Традиционные способы преобразования энергии органического

СОДЕРЖАНИЕ

Список принятых сокращений…………………………………………………		5
1.	Пояснительная записка……………………………………………………...	7
2.	Рабочая программа ………………………………………………………….	7
3.	Опорный конспект лекций…………………………………………………	9
	3.1. Общие сведения…………………………………………….……………..	9
	3.2. Энергетические ресурсы Земли …………………………………………	10
	3.2.1. Органическое топливо (ископаемое горючее)………….………	10
	3.2.2. Ядерное топливо………………..…………………………………..	19
	3.2.3. Геофизическая энергия………..……………………………………	22
	3.3. Основы теплотехники…………………………………………………….	24
	3.3.1. Основные положения технической термодинамики…………….	24
	3.3.2. Основные понятия теории теплообмена………………………….	36
	3.4. Традиционные способы преобразования энергии органического и   ядерного топлива ….………………………………………………………	43
	3.4.1. Тепловые конденсационные электрические станции…………….	43
	3.4.2. Теплоэлектроцентрали………………………………………...........	50
	3.4.3. Котельные установки …….….……………………………………..	51
	3.4.4. Газотурбинные установки………………………………………….	57
	3.4.5. Парогазовые установки…………………………………………….	58
	3.4.6. Атомные электрические станции………………………………….	59
	3.4.7. Воздействие тепловых и атомных электростанций на окружаю-         щую среду……………………………………………………………..	65
	3.5. Гидроэнергетика…………………………………………………………	67
	3.5.1. Типы гидроэнергетических установок……………………..…….	67
	3.5.2. Основные характеристики гидроэнергетических установок……	69
	3.5.3. Схемы использования водной энергии……………………………	71
	3.5.4. Гидравлические турбины………………………………………….	76
	3.5.5. Регулирование речного стока………………………………………	80
	3.6. Малая энергетика………………………………………………...……….	84
	3.6.1. Солнечные энергоустановки……………………………………….	84
	3.6.2. Геотермальные энергоустановки………………………….……….	86
	3.6.3. Ветроэнергетические установки…………………………………...	87
	3.6.4. Мини- и микроГЭС……………..………………………………….	90
	3.6.5. Когенерационные энергоустановки……………………………….	91
	3.6.6. Использование энергии биомассы…………………………………	91
	3.6.7. Волновые энергоустановки………………………………………...	92
	3.6.8. Методы прямого преобразования энергии………………………..	92
	3.7. Накопители энергии……………………………………….……………...	97
	3.7.1. Механические накопители……………………….………………..	98
	3.7.2. Химические накопители…..……………………………….………	99
	3.7.3. Тепловые накопители……………………………………………...	101
	3.7.4. Электромагнитные накопители ………………………..................	103
4.	Практическая часть…………………………………………………………	106
	4.1. Описание лабораторных работ……………..……….……………………	106
	4.2. Исходные данные………………………………………………….……...	109
	4.3. Методические указания к выполнению лабораторных работ…………	117
	4.3.1. Пример выполнения лабораторной работы 1…..………………..	117
	4.3.2. Пример выполнения лабораторной работы 2…………….………	119
	4.3.3. Пример выполнения лабораторной работы 3.…………………...	121
5.	Контроль знаний …………..………………………………………………...	123
Глоссарий…………………………………………………………………….........		125
Список рекомендуемой литературы…………..………………………………..		129

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АПВ – аккумулятор питательной воды

АСВ – аккумулятор сетевой воды

АФП – аккумулятор фазового перехода

АЭС – атомная электростанция

АЭУ – атомная энергетическая установка

БН – реактор на быстрых нейтронах

ВАЭС – воздухоаккумулирующая электростанция

ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор

ВлЭУ – волновая энергетическая установка

ВЭС – ветроэлектростанция

ВЭУ – ветроэнергетическая установка

ГАЭС – гидроаккумулирующая электростанция

ГеоТЭС – геотермальная электростанция

ГПА – газопоршневой агрегат

ГТУ – газотурбинная установка

ГЭС – гидроэлектростанция

ГЭУ – гидроэнергетическая установка

ДВС – двигатель внутреннего сгорания

ЕН – емкостный накопитель

КПД – коэффициент полезного действия

КЭС – конденсационная электростанция

МГЭС – мини- и микрогидроэлектростанции

НВИЭ – нетрадиционные возобновляемые источники энергии

ПА – паровой аккумулятор

ПВА – пароводяной аккумулятор

ПГ – парогенератор

ПТ – промежуточный теплообменник

ПГУ – парогазовая установка

ПД – продукты деления

ПТУ – паротурбинная установка

ПЭС – приливная электростанция

РОУ – редукционно-охладительная установка

РТ – регенеративный теплообменник

СГТ – синтетическое газообразное топливо

СЖТ – синтетическое жидкое топливо

СП – сетевой подогреватель

СПИН – сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии

СЭС – солнечная электростанция

ТВС – тепловыделяющие сборки

твэл – тепловыделяющий элемент

ТЭ – топливный элемент

ТЭГ – термоэлектрический генератор

ТЭП – термоэмиссионный преобразователь энергии

ТЭС – тепловая электростанция

ТЭЦ – теплоэлектроцентраль

ФЭП – фотоэлектрический преобразователь

ЭГ – энергетический газ

ЭГД – электрогидродинамический генератор

ЭХЭС – электрохимическая электростанция  

ЭР – энергоресурсы

ЭХА – электрохимический аккумулятор

ЭХГ – электрохимический генератор

ЭЭ – электроэнергия

ЭХЭУ – электрохимическая энергетическая установка

ЯР – ядерный реактор

ЯТ – ядерное топливо

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Целью преподавания дисциплины «Общая энергетика» является изучение теоретических основ работы энергетических установок, их количественных и качественных характеристик, необходимое специалистам электроэнергетического профиля, работающим на тепловых, атомных электростанциях, в энергетических системах, а также в системах энергоснабжения промышленных предприятий. Данная дисциплина базируется на комплексе предшествующих естественнонаучных и общетехнических дисциплин: физике, химии, гидравлике, электротехнике, экологии.

При изучении дисциплины «Общая энергетика» студенты получают сведения о невозобновляемых и возобновляемых энергетических ресурсах; основных положениях технической термодинамики и основах теплообмена; схемах и принципах работы тепловых, атомных, гидравлических и других электрических станций; основном оборудовании электрических станций; энергетических установках малой энергетики; накопителях энергии.

В результате изучения данной дисциплины студенты приобретают знания по теоретическим основам методов преобразования энергии; умение использовать принципы технологического процесса производства электроэнергии на различных типах энергетических установок, включая нетрадиционные источники энергии; навыки составления принципиальных схем основных типов энергоустановок и расчета их базовых энергетических показателей.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО по направлению подготовки бакалавров 140200 «Электроэнергетика».

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Тематический план дисциплины

Описание содержания основных тем

Общие сведения

Основные понятия и определения. Энергопроизводство в России. Пять стадий энергопроизводства. +

Энергетические ресурсы Земли

Органическое топливо (ископаемое горючее). Классификация и характеристики органического топлива. Нефть; природный газ; уголь (добыча, переработка, транспортировка). Синтетическое топливо. Горение органического топлива. Ядерное топливо. Ядерное деление. Ядерный топливный цикл. Термоядерный синтез. Геофизическая энергия: солнечная энергия; гидроэнергия; энергия ветра; геотермальная энергия.

Основы теплотехники

Основные положения технической термодинамики. Параметры состояния. Теплота и работа. Внутренняя энергия. Первый и второй законы термодинамики. Энтропия. Цикл и теоремы Карно. Термодинамические процессы. Первый закон термодинамики для потока. Свойства и уравнение состояния реальных газов. Понятие о водяном паре. Основные термодинамические процессы водяного пара в h,s-диаграмме. Термодинамические циклы паротурбинных и газотурбинных установок, двигателей внутреннего сгорания. Основные понятия теории теплообмена. Теплопроводность. Конвективный теплообмен. Тепловое излучение. Теплопередача. Типы теплообменных аппаратов и их расчет.

Традиционные способы преобразования энергии органического

 и ядерного топлива

Конденсационные электрические станции. Паровые турбины. Конденсаторы. Теплоэлектроцентрали. Котельные установки. Принцип получения пара и типы паровых котлов. Тепловой баланс и КПД котла. Водоподготовка и водный режим котлов. Газотурбинные установки. Парогазовые установки. Атомные электростанции. Принципиальные схемы АЭС. Реакторы АЭС. Воздействие тепловых и атомных электростанций на окружающую среду.

Гидроэнергетика

Типы гидроэнергетических установок: гидроэлектростанции, насосные станции, гидроаккумулирующие и приливные электростанции. Основные характеристики гидроэнергетических установок: напор, расход воды, мощность, энергия. Плотинная и деривационная схемы использования водной энергии; каскады гидроэлектростанций и водохранилищ, схемы насосного аккумулирования энергии; схемы использования энергии приливов. Гидравлические турбины: классификация; активные и реактивные гидротурбины. Кавитация. Регулирование речного стока: суточное, недельное, годичное, многолетнее. Каскадное и комплексное использование гидроресурсов.

6. Малая энергетика

Солнечные энергоустановки. Геотермальные энергоустановки. Ветроэнергетические установки. Мини- и микроГЭС. Когенерационные энергоустановки. Использование энергии биомассы. Волновые энергоустановки. Методы прямого преобразования энергии: топливные элементы; термоэлектрические генераторы; термоэмиссионный преобразователь.

Накопители энергии

    Механические накопители: гидроаккумулирующие и воздухоаккумулирующие электростанции, инерционные накопители. Химические аккумуляторы электроэнергии. Водородный накопитель. Тепловые накопители. Электромагнитные накопители: сверхпроводящие индукционные накопители энергии; емкостные накопители.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Общие сведения

Энергетика – совокупность больших естественных и искусственных систем, предназначенных для получения, преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех типов.

Энергетическими ресурсаминазывают материальные объекты, в которых сосредоточена возможная для использования человеком энергия. Различают возобновляемые и невозобновляемые энергоресурсы. Возобновляемые энергоресурсы – те, которые природа непрерывно восстанавливает (вода, ветер и др.). Невозобновляемые – ранее накопленные в природе (каменный уголь, нефть и др.).

Под энергией понимается общая мера различных форм движения материи. Для количественной характеристики качественно различных форм движения материи и соответствующих им взаимодействий условно вводят различные виды энергии: тепловую, механическую, электрическую, ядерную и др. Энергия, непосредственно извлекаемая в природе, называется первичной (топлива, воды, ветра). Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на специальных установках – станциях, называется вторичной(электрическая, пара, горячей воды). Станции в своем названии содержат указание на то, какой вид первичной энергии в какую вторичную энергию на них преобразуется. Например, тепловая электрическая станция (ТЭС) преобразует тепло (первичную энергию) в электрическую энергию (вторичную).

 В России на традиционные способы преобразования энергоресурсов        (с помощью тепловых электростанций (ТЭС), атомных электростанций (АЭС), гидроэлектростанций (ГЭС)) приходится 99 % всей выработанной электрической и тепловой энергии (рис.3.1), нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ) составляют 1 %.

Рис. 3.1. Энергопроизводство в России. Источники энергии

Получение энергии необходимого вида и снабжение этой энергией потребителей происходят в процессе энергетического производства. Выделяют пять стадий энергопроизводства: 1) получение и концентрация энергоресурсов; 2) передача энергоресурсов к установкам, преобразующим энергию; 3) преобразование первичной энергии во вторичную; 4) передача и распределение вторичной энергии; 5) потребление энергии.