Vrste energije i njihove karakteristike. Energija i njene vrste
Sve su to različite vrste energije. Svi procesi u prirodi zahtijevaju energiju. U svakom procesu, jedna vrsta energije se pretvara u drugu. Hrana - krompir, hleb itd. su zalihe energije. Gotovo sva energija koju koristimo na Zemlji dolazi od sunca. prenosi na Zemlju onoliko energije koliko bi proizvelo 100 miliona moćnih elektrana.
Vrste energije
Energija postoji u mnogo različitih oblika. Pored toplotne, svetlosne i energetske, postoji i hemijska energija, kinetička i potencijalna. Električna sijalica emituje toplotu i svetlosnu energiju. Zvučna energija se prenosi pomoću. Talasi uzrokuju da bubne opne vibriraju i tako čujemo zvukove. Hemijska energija se oslobađa u toku . Hrana, gorivo (ugalj, benzin) i baterije su skladište hemijske energije. Prehrambeni proizvodi su skladišta hemijske energije koja se oslobađa u telu.
Tela koja se kreću imaju kinetičku energiju, tj. energija kretanja. Što se tijelo brže kreće, veća je njegova kinetička energija. Gubeći brzinu, tijelo gubi kinetičku energiju. Udarajući u nepokretni predmet, tijelo koje se kreće prenosi na njega dio svoje kinetičke energije i unosi je. Dio energije primljene hranom životinje pretvaraju u kinetičku energiju.
Potencijalnu energiju posjeduju tijela koja se nalaze u polju sile, na primjer, u gravitacionom ili magnetskom polju. Elastična ili elastična tijela (koji imaju sposobnost rastezanja) imaju potencijalnu energiju napetosti ili elastičnosti. Klatno ima maksimalnu potencijalnu energiju kada je u najvišoj tački. Rasklapajući se, opruga oslobađa svoju potencijalnu energiju i uzrokuje rotaciju točkova u satu. Biljke dobijaju energiju i proizvode hranljive materije - stvaraju rezerve hemijske energije.
Energetska transformacija
Zakon održanja energije kaže da energija nije stvorena ni iz čega i da se ne gubi bez traga. Sa svim procesima koji se odvijaju u prirodi, jedna vrsta energije se pretvara u drugu. Hemijska energija baterija baterijske lampe pretvara se u električnu energiju. U sijalici, električna energija se pretvara u toplotu i svjetlost. Dali smo primjer ovog "energetskog lanca" da vam pokažemo kako se jedna vrsta energije pretvara u drugu.
Ugalj je zbijeni ostaci biljke koja je živjela prije mnogo godina. Jednom su primili energiju od Sunca. Ugalj je skladište hemijske energije. Kada ugalj gori, njegova hemijska energija se pretvara u toplotnu energiju. Toplotna energija se zagrijava i isparava. Para okreće turbinu. čime se proizvodi kinetička energija – energija kretanja. Generator pretvara kinetičku energiju u električnu energiju. Različiti uređaji - lampe, grijači, magnetofoni - troše električnu energiju i pretvaraju je u zvuk, svjetlost i toplinu.
Krajnji rezultati mnogih procesa konverzije energije su svjetlost i toplina. Iako energija ne nestaje, ona odlazi u svemir i teško ju je uhvatiti i iskoristiti.
solarna energija
Energija Sunca dolazi do u obliku elektromagnetnih talasa. Samo na taj način se energija može prenositi kroz svemir. Može se koristiti za proizvodnju električne energije pomoću fotonaponskih ćelija ili za zagrijavanje vode u solarnim kolektorima. Panel kolektora apsorbuje toplotnu energiju sunca. Na slici je prikazana ploča razdjelnika u presjeku. Crni panel upija toplinsku energiju koja dolazi od Sunca, a voda u cijevima se zagrijava. Ovako je uređen krov kuće koju grije Sunce. Sunčeva energija se prenosi u vodu koja se koristi za kućne potrebe i grijanje. Višak toplote ulazi u skladište energije. Energija se skladišti kroz hemijske reakcije.
Energetski resursi
Potrebna nam je energija za rasvjetu i grijanje domova, za kuhanje hrane, za pokretanje tvornica i premještanje automobila. Ova energija nastaje sagorevanjem goriva. Postoje i drugi načini dobivanja energije - na primjer, ona se proizvodi hidroelektrane. Gotovo polovina spaljuje drva, balegu ili ugalj za kuhanje i grijanje svojih domova.
Drvo, ugalj, nafta i prirodni gas se nazivaju neobnovljivi resursi jer se koriste samo jednom. Sunce, vjetar, voda je obnovljivi izvori energije, budući da oni sami ne nestaju u proizvodnji energije. U svojim aktivnostima, osoba koristi fosilne resurse za proizvodnju energije - 77%, drvo - 11%, obnovljive izvore energije - 5% i - 3%. Ugalj, naftu i prirodni gas zovemo fosilno gorivo, dok ih vadimo iz utrobe Zemlje. Nastali su od ostataka biljaka i životinja. Gotovo 20% energije koju koristimo dolazi iz uglja. 
Kada se gorivo sagori, oslobađaju se ugljični dioksid i drugi plinovi. To je dijelom uzrok pojava kao što su kisele kiše i efekat staklene bašte. Samo oko 5 posto energije dolazi iz obnovljivih izvora. To je energija Sunca, vode i vjetra. Drugi obnovljivi izvor energije je plin koji nastaje raspadanjem. Kada organska materija truli, oslobađaju se gasovi, posebno metan. Uglavnom se sastoji od prirodnog plina koji se koristi za grijanje kuća i grijanje vode. Hiljadama godina ljudi su koristili energiju vjetra za pogon jedrilica i okretanje vjetrenjača. Vjetar također može proizvoditi struju i pumpati vodu.
Energetske i energetske jedinice
Za mjerenje količine energije koristi se posebna jedinica - džul (J). Hiljadu džula jednako je jednom kilodžulu (kJ). Obična jabuka (oko 100 g) sadrži 150 kJ hemijske energije. 100 g čokolade sadrži 2335 kJ. Snaga je količina energije koja se koristi u jedinici vremena. Snaga se mjeri u vatima (W). Jedan vat je jednak jednom džulu u sekundi. Što više energije određeni mehanizam proizvede u određenom vremenu, to je njegova snaga veća. Sijalica od 60 W koristi 60 J u sekundi, a sijalica od 100 W koristi 100 J u sekundi.
Efikasnost
Svaki mehanizam troši energiju jedne vrste (na primjer električnu) i pretvara je u energiju druge vrste. Koeficijent performansi (COP) mehanizma je što je veći, što se veći dio potrošene energije pretvara u potrebnu energiju. Efikasnost skoro svih automobila je niska. U prosjeku, automobil pretvara samo 15% hemijske energije benzina u kinetičku energiju. Sva ostala energija se pretvara u toplotu. Fluorescentne sijalice su efikasnije od konvencionalnih sijalica jer fluorescentne sijalice pretvaraju više električne energije u svjetlost, a manje se koristi za proizvodnju topline.
Energija je sposobnost obavljanja posla: pomicanja, pomicanja predmeta, proizvodnje topline, zvuka ili struje.
Šta je energija?
Energija je skrivena svuda – u sunčevim zracima u obliku toplotne i svetlosne energije, u igraču u obliku zvučne energije, pa čak i u komadu uglja u obliku akumulirane hemijske energije. Energiju dobijamo iz hrane, a motor automobila je izvlači iz goriva – benzina ili gasa. U oba slučaja radi se o hemijskoj energiji. Postoje i drugi oblici energije: toplotna, svjetlosna, zvučna, električna, nuklearna. Energija je nešto nevidljivo i nematerijalno, ali sposobno da se akumulira i mijenja iz jednog oblika u drugi. Ona nikada ne nestaje.
mehaničko kretanje
Jedna od glavnih vrsta energije je kinetička - energija kretanja. Teški objekti koji se kreću velikom brzinom nose više kinetičke energije od lakih ili sporo pokretnih objekata. Na primjer, kinetička energija automobila je manja od one kamiona koji putuje istom brzinom.
Toplotna energija
Toplotna energija ne može postojati bez kinetičke energije. Temperatura fizičkog tijela ovisi o brzini kretanja atoma od kojih se sastoji. Što se atomi brže kreću, predmet će se toplije zagrijati. Stoga se toplinska energija tijela smatra kinetičkom energijom njegovih atoma.
Energetski ciklus
Sunce je glavni izvor energije na Zemlji. Stalno se pretvara u druge oblike energije. Prirodni izvori energije su i nafta, gas i ugalj, koji, zapravo, imaju dovoljnu količinu sunčeve energije.
Zalihe za budućnost
Energija se može skladištiti. Opruga skladišti energiju kada je stisnuta. Kada se pusti, ispravlja se, pretvarajući potencijalnu energiju u kinetičku. Kamen koji leži na vrhu stijene također ima potencijalnu energiju; kada padne, pretvara se u kinetičku energiju.
Energetska transformacija
Zakon održanja energije kaže da energija nikada ne nestaje, samo se pretvara u drugi oblik. Na primjer, ako dječak koji vozi bicikl zakoči i stane, njegova kinetička energija pada na nulu. Ali ne nestaje u potpunosti, već prelazi u druge vrste energije - toplinsku i zvučnu. Trenje biciklističkih guma o tlo stvara toplinu koja zagrijava i tlo i kotače. A zvučna energija se očituje u škripi kočnica i guma.
Rad, energija i snaga
Prijenos energije je rad. Količina obavljenog posla ovisi o veličini sile i udaljenosti na kojoj se objekt kreće. Na primjer, teškaš koji diže šipku radi puno posla. Brzina kojom se rad obavlja naziva se snaga. Što dizač tegova brže podiže težinu, veća je njegova snaga. Energija se mjeri u džulima (J), a snaga u vatima (W).
Potrošnja energije
Energija nikada ne nestaje, ali ako se ne koristi za rad, gubi se. Većina energije se troši na proizvodnju topline.
Na primjer, električna sijalica samo petinu A energije električne energije pretvara u svjetlo, a ostatak odlazi u nepotrebnu toplinu. Niska efikasnost automobilskih motora dovodi do činjenice da se prilično troši gorivo.
Energija paintballa
Kada igrate igru, energija stalno mijenja svoje stanje - potencijal prelazi u kinetiku. Lopta koja se kreće ima tendenciju da se zaustavi zbog trenja na dijelu automata. Njegova energija se troši na savladavanje sile trenja, ali ne nestaje, već se pretvara u toplinu. Kada igrač doda dodatnu energiju lopti pritiskom na lopaticu, kretanje lopte se ubrzava.
Pitanja koja se razmatraju:
1. Definicija energije.
2. Vrste energije
3. Određivanje i korištenje energije.
U svijetu oko nas materija postoji u obliku materije, polja i fizičkog vakuuma. U obliku materije i polja, materija ima masu, zamah i energiju. Neophodan uslov za bilo koje djelovanje, interakciju i postojanje općenito je potrošnja energije, razmjena energije. U ljudskom društvu, nivo kulture, materijalne i duhovne, usko je povezan sa količinom potrošene energije. Nivo dostupnosti energije određuje ekonomiju svake zemlje. Dakle, šta je energija?
1. Energija i njene vrste
Energija- univerzalna osnova prirodnih pojava, osnova kulture i svih ljudskih aktivnosti. Istovremeno, energija znači kvantitativna procjena različitih oblika kretanja materije, koji se mogu pretvoriti jedan u drugi.
Prema konceptima fizičke nauke, energija - je sposobnost tijela ili sistema tijela da obavljaju rad.
U prirodi postoji oko 20 naučno utemeljenih vrsta energije. Postoje i različite klasifikacije vrsta i oblika energije. Čovjek se u svakodnevnom životu najčešće susreće sa sljedećim vrstama energije: mehaničke, električne, elektromagnetne, termalne, hemijske, atomske (intranuklearne), gravitacione i druge vrste. U praksi se direktno koriste samo 4 vrste energije: termalni ( 70-75%), mehanički (20-22%), električni(3-5%), elektromagnetna– svjetlo (15%).
Više od dvije trećine sve potrošene energije koristi se kao toplina za tehničke potrebe, grijanje, kuhanje, preostali dio se koristi kao mehanička, prvenstveno u transportnim instalacijama, i električna energija. Štaviše, udio korištenja električne energije se stalno povećava.
Ako a energije- rezultat promjene stanja kretanja materijalnih tačaka ili tijela, tada se naziva kinetički; uključuje mehaničku energiju kretanja tijela, toplinsku energiju zbog kretanja molekula.
Ako je energija rezultat promjene relativnog položaja dijelova datog sistema ili njegovog položaja u odnosu na druga tijela, onda se naziva potencijal; uključuje energiju masa privučenih zakonom univerzalne gravitacije, energiju položaja homogenih čestica, na primjer, energiju elastičnog deformiranog tijela, i kemijsku energiju.
Energija se u prirodnim naukama, u zavisnosti od prirode, deli na sledeće vrste.
mehanička energija- manifestuje se u interakciji, kretanju pojedinačnih tela ili čestica. Uključuje energiju kretanja ili rotacije tijela, energiju deformacije pri savijanju, istezanju, uvrtanju, sabijanju elastičnih tijela (opruga). Ova energija se najviše koristi u raznim mašinama – transportnim i tehnološkim.
Toplotna energija je energija nesređenog (haotičnog) kretanja i interakcije molekula supstanci. Toplotna energija, koja se najčešće dobija sagorevanjem različitih vrsta goriva, široko se koristi za grejanje, izvođenje brojnih tehnoloških procesa (zagrevanje, topljenje, sušenje, isparavanje, destilacija itd.).
Električna energija je energija elektrona koji se kreću u električnom kolu (električna struja). Električna energija se koristi za dobijanje mehaničke energije uz pomoć elektromotora i sprovođenje mehaničkih procesa za obradu materijala: drobljenje, mlevenje, mešanje; za izvođenje elektrohemijskih reakcija; dobivanje toplinske energije u električnim grijaćim uređajima i pećima; za direktnu obradu materijala (elektroerozivna obrada).
Ova vrsta energije je najsavršenija zbog sljedećih faktora:
Mogućnost nabavke u velikim količinama u blizini ležišta zapaljivih minerala ili izvora vode;
Pogodnost transporta na velike udaljenosti uz relativno male gubitke;
Sposobnost transformacije u druge vrste energije;
Odsustvo zagađenja životne sredine;
Mogućnosti stvaranja fundamentalno novih tehnoloških procesa sa visokim stepenom automatizacije i robotizacije proizvodnje.
magnetna energija- energija trajnih magneta, koji imaju veliku zalihu energije, ali je "daju" vrlo nevoljko. Kada električna struja prođe kroz kolo, oko vodiča se stvara magnetsko polje. Električna i magnetska energija su međusobno usko povezane, svaka od njih se može smatrati "obrnutom" stranom druge. Budući da su električna i magnetna energija usko povezane, u praksi se koristi koncept elektromagnetne energije.
elektromagnetna energija je energija elektromagnetnih talasa, tj. pokretna električna i magnetna polja. Uključuje vidljivo svjetlo, infracrveno, ultraljubičasto, rendgensko zračenje i radio valove.
Navedeni rasponi zračenja razlikuju se po talasnoj dužini (i frekvenciji):
Radio talasi - više od 10 -2 cm;
Infracrveno zračenje - 2 * 10 -4 - 7, 4 * 10 -5;
Vidljivo svjetlo - 7, 4*10 -5 -4*10 -5; (420-760 nm);
Ultraljubičasto zračenje - 4 * 10 -5 -10 -6;
rendgensko zračenje - 10 -5 -10 -12;
Gama zračenje - više od 10 -12 cm.
Nuklearne energije- energija lokalizovana u jezgrima atoma radioaktivnih supstanci. Oslobađa se tokom fisije teških jezgara (nuklearna reakcija) ili sinteze lakih jezgara (termonuklearna reakcija).
Postoji i stari naziv za ovu vrstu energije - atomska energija, ali ovaj naziv ne odražava tačno suštinu pojava koje dovode do oslobađanja kolosalnih količina energije, najčešće u obliku termičke i mehaničke.
Gravitaciona energija- energija zbog interakcije (gravitacije) masivnih tijela, posebno je uočljiva u svemiru. U zemaljskim uslovima to je, na primjer, energija koju "pohrani" tijelo podignuto na određenu visinu iznad površine Zemlje - energija gravitacije.
Često su izolovani u posebne vrste energije biološkim i mentalnim energije. Međutim, prema savremenim pogledima prirodne nauke, mentalni i biološki procesi su posebna grupa fizičkih i hemijskih procesa, ali se odvijaju na osnovu gore opisanih vrsta energije.
Dakle, u zavisnosti od nivoa manifestacije, može se razlikovati energije makrokosmosa- gravitaciona, energija interakcije tela - mehanička, energija molekularnih interakcija - toplotna,
Za energiju, formirana na nivou mikrosvet, refer - energija atomskih interakcija - hemijska; energija zračenja - elektromagnetna; energija sadržana u jezgrama atoma - nuklearna.
Moderna nauka ne isključuje postojanje drugih vrsta energije koje još nisu utvrđene, ali ne narušavaju jedinstvenu prirodno-naučnu sliku svijeta i koncept energije i zakon održanja energije.
U međunarodnom sistemu jedinica SI as energetske jedinice usvojeno Joule(J). 1 J ekvivalent
1 njutn x metar (Nm). Ako se proračuni odnose na toplinu, na proračun energije bioloških objekata i mnoge druge vrste energije, onda se kao jedinica energije koristi izvansistemska jedinica - kalorija(cal) ili kilokalorija (kcal), 1cal \u003d 4,18 J. Za mjerenje električne energije koriste takvu jedinicu kao Watt sat(Wh, kWh, MWh), 1 Wh=3,6 MJ. Za mjerenje mehaničke energije koristi se vrijednost od 1 kg m = 9,8 J.
Energija koja se direktno izdvaja u prirodi (energija goriva, vode, vetra, toplotna energija Zemlje, nuklearna), a koja se može pretvoriti u električnu, toplotnu, mehaničku, hemijsku se naziva primarni. U skladu sa klasifikacijom energetskih resursa na osnovu iscrpljivosti, može se klasifikovati i primarna energija. Na sl. 1 prikazuje shemu klasifikacije primarne energije.
Energija plime i oseke
geotermalna energija
Energija morskih talasa
biogorivo
Energija vjetra
solarna energija
Netradicionalne vrste energije
Gasovita goriva
Tečna goriva
Čvrsta goriva
Atomska energija
Riječna hidroenergija
organsko gorivo
Tradicionalni oblici energije
primarna energija
Rice. 1. Klasifikacija primarne energije
Energija koju osoba primi nakon konverzije primarne energije na posebnim instalacijama - stanicama, naziva se sekundarno(električna energija, energija pare, topla voda, itd.).
Nešto više od polovine sve potrošene energije koristi se kao toplota za tehničke potrebe, grijanje, kuhanje, ostatak - u obliku mehaničke, prvenstveno u transportnim instalacijama, i električne energije.
Električna energija se s pravom može smatrati osnovom moderne civilizacije. To je zbog njegovih prednosti i jednostavnosti korištenja. Ogromna većina tehničkih sredstava mehanizacije i automatizacije proizvodnih procesa (oprema, instrumenti, računari), zamjena ljudskog rada mašinskim radom u svakodnevnom životu, ima električnu osnovu.
Električna energija je najsvestraniji oblik energije. Našao je široku primenu u svakodnevnom životu iu svim sektorima nacionalne privrede. Postoji više od četiri stotine vrsta električnih aparata za domaćinstvo: frižideri, mašine za pranje veša, klima uređaji, ventilatori, televizori, kasetofoni, rasvetni uređaji itd. Industriju je nemoguće zamisliti bez električne energije. U poljoprivredi se upotreba električne energije stalno širi: hranjenje i pojenje životinja, briga o njima, grijanje i ventilacija, inkubatori, grijalice, sušare itd. Elektrifikacija- osnova tehničkog napretka bilo koje grane nacionalne privrede. Omogućuje vam zamjenu energetskih resursa koji su nezgodni za korištenje univerzalnom vrstom energije - električnom energijom, koja se može prenijeti na bilo koju udaljenost, pretvoriti u druge vrste energije, na primjer, mehaničku ili toplinsku, i podijeliti između potrošača.
Prednosti električne energije:
1. Električna energija je univerzalna, može se koristiti u razne svrhe. Konkretno, vrlo ga je lako pretvoriti u toplinu, svjetlost. To se radi, na primjer, u električnim izvorima svjetlosti (sijalice sa žarnom niti), u tehnološkim pećima koje se koriste u metalurgiji, u raznim uređajima za grijanje i grijanje. Pretvaranje električne energije u mehaničku energiju koristi se u pogonima elektromotora.
2. Kada se troši električna energija, može se beskonačno drobiti. Tako je snaga električnih strojeva, ovisno o njihovoj namjeni, različita: od djelića vata u mikromotorima koji se koriste u mnogim granama tehnike i u proizvodima za kućanstvo, do ogromnih vrijednosti koje prelaze milijun kilovata u generatorima elektrana.
3. U procesu proizvodnje i prijenosa električne energije moguće je koncentrirati njenu snagu, povećati napon i prenijeti putem žica na kratke i velike udaljenosti bilo koju količinu električne energije iz elektrane u kojoj se proizvodi do svih njenih potrošača. .
Razvoj prirodne nauke kroz život čovječanstva nepobitno je dokazao da se energija nikada ne stvara ni iz čega i ne uništava se bez traga, već samo prelazi iz jednog oblika u drugi, tj.
zbir svih vrsta energije ostaje konstantan. Ovo je suština jednog od najosnovnijih zakona univerzuma - zakon očuvanja energije.
U svakoj raspravi o pitanjima vezanim za korištenje energije, potrebno je razlikovati energiju uređenog kretanja, poznatu u tehnici pod nazivom slobodna energija(mehanički, hemijski, električni, elektromagnetni, nuklearni) i energija haotičnog kretanja, tj. Bilo koji oblik slobodne energije može se skoro u potpunosti iskoristiti. U isto vrijeme, haotična energija topline gubi se u obliku topline kada se pretvara u mehaničku energiju. Nismo u mogućnosti u potpunosti urediti nasumično kretanje molekula, pretvarajući njihovu energiju u slobodnu. Štaviše, trenutno praktično ne postoji način direktnog pretvaranja hemijske i nuklearne energije u električnu i mehaničku energiju, kao najčešće korištenu. Potrebno je unutrašnju energiju supstanci pretvoriti u toplotnu, a zatim u mehaničku ili električnu energiju sa velikim neizbežnim gubicima toplote.Tako se nakon obavljanja korisnog rada sve vrste energije pretvaraju u toplotu sa nižom temperaturom, što je praktično neprikladan za dalju upotrebu.
Zakon održanja energije našao je potvrdu u raznim oblastima - od Njutnove mehanike do nuklearne fizike. Štaviše, zakon održanja energije nije samo plod mašte ili generalizacija eksperimenata. Zato se u potpunosti možemo složiti sa izjavom jednog od najvećih teorijskih fizičara Poincaréa: „Pošto ne možemo dati opštu definiciju energije, princip njenog očuvanja znači da postoji nešto što ostaje konstantno. Stoga, bez obzira na kakve nas nove ideje o svijetu budući eksperimenti doveli, unaprijed znamo: u njima će postojati nešto konstantno, što se može nazvati ENERGIJA.
Disciplina "Osnove uštede energije" je osmišljena da osposobi budućeg specijaliste poznavanjem opštih zakonitosti i pristupa proračunu procesa koji se dešavaju tokom proizvodnje, transformacije i prenosa energije.
3. Problemi korištenja ljudske energije
Od svih vrsta energetskih resursa, solarna energija je od posebnog značaja. Sve vrste energetskih resursa su rezultat prirodnih transformacija sunčeve energije. Ugalj, nafta, prirodni gas, treset, uljni škriljci i ogrevno drvo su rezerve sunčeve energije zračenja, koje biljke izvlače i transformišu. U procesu reakcije fotosinteze iz neorganskih elemenata okoline - vode H 2 O i ugljičnog dioksida CO 2 - pod utjecajem sunčeve svjetlosti u biljkama nastaje organska tvar čiji je glavni element ugljik. OD. U određenoj geološkoj epohi, milionima godina, iz odumrlih biljaka, pod uticajem uslova pritiska i temperature, koji su, pak, rezultat pada određene količine Sunčeve energije na Zemlju, dolazi do organskih energetskih resursa. formirani, koji se zasnivaju na ugljiku koji je prethodno akumuliran u biljkama. Energija vode se također dobiva iz sunčeve energije, koja isparava vodu i podiže paru u visoke slojeve atmosfere. Vjetar nastaje zbog različite temperature zagrijavanja od strane Sunca različitih tačaka naše planete. Osim toga, direktno zračenje Sunca, koje pada na površinu Zemlje, ima ogroman energetski potencijal.
Dakle, nastanak organskog goriva rezultat je, s jedne strane, prirodnih transformacija sunčeve energije, as druge strane, rezultat termičkih, mehaničkih i bioloških efekata tokom više vekova na ostatke flore i faune taložene u sve geološke formacije. Sva ova goriva su na bazi ugljika i energija se iz njih oslobađa prvenstveno stvaranjem ugljičnog dioksida (CO2).
Čovječanstvo je tokom svog postojanja koristilo energiju koju je priroda akumulirala milijardama godina. Istovremeno, metode njegove upotrebe su stalno unapređivane kako bi se postigla maksimalna efikasnost.
Dakle, samo na samom početku svog evolutivnog razvoja energija mišića njegovog tijela
. Kasnije je čovek naučio da prima i koristi vatrena energija
. Sljedeći krug evolucijskog razvoja ljudskog društva donio je priliku za korištenje energija vode i vjetra
- pojavile su se prve vodene i vjetrenjače, vodeni kotači, jedrenjaci, koristeći snagu vjetra za kretanje. Parna mašina je izumljena u 18. veku toplotnu energiju
, dobijena kao rezultat sagorevanja uglja ili drveta, pretvarala se u energiju mehaničkog kretanja. U XIX veku otkriven je naponski luk, električna rasveta, izumljen je električni motor, a zatim i električni generator - što je bio početak veka struja
. 20. stoljeće je bila prava revolucija u razvoju čovječanstva načina dobivanja i korištenja energije: grade se termo, hidraulične, nuklearne elektrane ogromne snage, grade dalekovodi visoke, super i ultravisoke električne energije. izgrađene, razvijaju se nove metode proizvodnje, transformacije i prenosa električne energije ( kontrolirana termonuklearna reakcija, magnetohidrodinamički generator, supravodljivi turbogeneratori itd.), stvaraju se moćni energetski sistemi. Istovremeno su se pojavili moćni sistemi snabdijevanja naftom i plinom.
Dakle, svijet oko nas ima zaista neiscrpni izvor različitih vrsta energije. Neki od njih se još uvijek ne koriste u potpunosti u ovom trenutku - energija Sunca, energija interakcije Zemlje i Meseca, energija termonuklearne fuzije, energija toplote Zemlje
.
Sada energija igra odlučujuću ulogu u razvoju ljudske civilizacije. Postoji bliska veza između potrošnje energije i izlaza. Energija je od velikog značaja u životu čovečanstva. Nivo njegovog razvoja odražava nivo razvoja proizvodnih snaga društva, mogućnosti naučnog i tehnološkog napretka i životnog standarda stanovništva. Nažalost, većina energije koju čovjek potroši pretvara se u beskorisnu toplinu zbog niske efikasnosti korištenja raspoloživih energetskih resursa.
Približna distribucija godišnje potrošene energije u svijetu data je u tabeli. 1.1. Energetska vrijednost je data u količini uglja u megatona(Mt), koji bi, kada bi se spalio, dao istu energiju.
Približno 400 Mt godišnje se koristi za ishranu ljudi, od čega se oko 40 Mt pretvara u korisnu radnu snagu. Otprilike 800 Mt se troši za potrebe domaćinstava, 1000 Mt za društvenu proizvodnju.
Tabela 1.1
Godišnja potrošnja energije u svijetu
|
Oblik energije
|
Količina, Mt |
Izvor |
|
Ljudska ishrana i stočna hrana |
650 |
sunčeva svetlost (prisutno) |
|
Drva za ogrjev |
150 |
sunčeva svetlost (u prošlosti) |
|
hidroelektrane |
100 |
kretanje vode |
|
Ugalj, nafta, gas, treset |
6 600 |
sunčeva svetlost (u prošlosti) |
Tako se od godišnje potrošnje od 7500 Mt korisno iskoristi 2200 Mt, a ostatak se troši kao toplota. Ali čak i sa efikasnošću od 2200/7500 Mt, čovječanstvo se ne može pohvaliti, jer se ne uzima u obzir upad sunčevog zračenja na Zemlju, koji iznosi 10.000.000 Mt godišnje.
Rice. 2 Distribucija energije sunčeve svjetlosti.
Neravnomjerno korištenje energije od strane stanovništva prikazano je na slici 3.
Rice. 3. Neravnomjerno korištenje energije od strane stanovništva.
Energija je odigrala odlučujuću ulogu u razvoju civilizacije. Potrošnja energije i akumulacija informacija ima približno isti obrazac promjene tokom vremena, postoji bliska veza između potrošnje energije i obima proizvodnje. Utvrđeno je da je za zadovoljavanje fizioloških potreba modernog čovjeka potrebna približno ista količina energije kao i primitivnoj osobi. Istovremeno, rast potrošnje energije je upadljivo visok. Ali zahvaljujući njemu, osoba može posvetiti značajan dio svog života slobodnom vremenu, obrazovanju, kreativnoj aktivnosti, postigla je sadašnji dug životni vijek.
Energiju smatramo nečim neophodnim, sposobnim da radi za nas.
Opskrba društva energijom neophodna je za: grijanje prostorija, osiguranje kretanja, proizvodnju robe koja nam je potrebna, održavanje rada raznih mašina, mehanizama, aparata, kuhanje, rasvjetu, održavanje života itd.
Ovi primjeri primjene energije mogu se podijeliti u tri velike grupe:
a)napajanje . Skuplji je od drugih vrsta energije: pšenica je, u džulima, mnogo skuplja od uglja. Ishrana daje toplinu za održavanje tjelesne temperature, energiju za njegovo kretanje, za obavljanje mentalnog i fizičkog rada;
b) energije u obliku topline za grijanje domova i kuhanje hrane. Omogućava život u različitim klimatskim uslovima i diverzifikaciju ljudske ishrane;
u) energije za osiguranje funkcionisanja društvene proizvodnje. To je energija za proizvodnju dobara i usluga, fizičko kretanje ljudi i robe u prostoru, za održavanje efikasnosti svih komunikacionih sistema. Cijena ove energije po glavi stanovnika je mnogo veća od cijene energije za hranu.
Nažalost, dinamika razvoja civilizacije je takva da je čovječanstvu svake godine potrebno sve više energije za svoje postojanje i razvoj. Unatoč prisutnosti velikog broja energetskih resursa i korištenju različitih vrsta energije od strane čovječanstva, stopa potrošnje energetskih resursa značajno premašuje mogućnost njihove obnove po prirodi. To se prvenstveno odnosi na neobnovljive prirodne resurse. Ljudske potrebe rastu, ljudi je sve više, a to uzrokuje gigantske količine proizvodnje energije i stope rasta njene potrošnje. Danas tradicionalni izvori energije (razna goriva, hidroresursi) i tehnologije za njihovo korišćenje više nisu u stanju da obezbede potreban nivo energetske dostupnosti društva, jer se radi o neobnovljivim izvorima. I iako su dokazane rezerve prirodnih goriva veoma velike, problem iscrpljenosti prirodnih skladišta sadašnjim i predviđenim tempom njihovog razvoja kreće se u realnu i blisku budućnost. Već danas brojna polja su zbog iscrpljenosti nepogodna za industrijski razvoj, a za naftu i gas se, na primjer, mora ići na teško dostupna, udaljena područja, na okeanske police itd. Ozbiljni prognostičari tvrde da ako trenutne količine i stope rasta potrošnje energije ostanu na 3 ... 5% (a bez sumnje će biti još veće), rezerve fosilnih goriva će potpuno nestati za 70 - 150 godina.
Drugi faktor koji ograničava značajno povećanje proizvodnje energije iz sagorijevanja goriva je povećanje zagađenja životne sredine otpadom od proizvodnje energije. Ovi otpadi su velike mase i sadrže veliki broj raznih štetnih sastojaka. Tako se u proizvodnji 106 kWh električne energije u modernoj elektrani na čvrsta goriva koristi 14.000 kg šljake, 80.000 kg pepela, 1.000.000 kg ugljičnog dioksida, 14.000 kg sumpordioksida, 4.000 kg azotnih oksida,010 kg para, kao i jedinjenja fluora, arsena, vanadijuma i drugih elemenata. Ali količina proizvedene električne energije godišnje iznosi stotine i hiljade milijardi kilovat-sati! Odatle dolaze kisele kiše, trovanje poljoprivrednog zemljišta i vodenih površina i slične pojave. Štaviše, priroda više nije u stanju da obrađuje ova zagađenja i samopopravke prirodnim fizičko-hemijskim i mikrobiološkim metodama.
U nuklearnoj energiji javljaju se ekološki problemi drugačije vrste. Oni su povezani s potrebom da se isključi ulazak nuklearnog goriva u okoliš i pouzdani odlaganje nuklearnog otpadašto je uz sadašnji nivo razvoja tehnologije i tehnologije povezano sa velikim poteškoćama.
Ništa manje štetno nije termičko zagađenje životne sredine okruženje koje može dovesti do globalnog zagrijavanja klime na Zemlji, topljenja glečera i podizanja nivoa mora. U svjetlu navedenog, sve je aktuelnija rasprostranjena praktična upotreba takozvanih netradicionalnih i obnovljivih izvora energije, koji su, osim toga, ekološki prihvatljivi i ne zagađuju okoliš. Takvi izvori uključuju sunčevu energiju, energiju vjetra, energiju morskih valova i plime, energiju biomase, geotermalnu energiju itd. Priroda svakog od ovih izvora energije nije ista, a različiti su i načini njihove primjene i korištenja. Istovremeno, imaju i zajedničke karakteristike, a posebno nisku gustinu generisanog toka energije, zbog čega je potrebno da se akumulira i rezerviše.
4. Energetska sigurnost i ušteda energije
Prema predviđanjima naučnika, ugljovodonična goriva i nuklearno gorivo ostaće glavni izvori energije u doglednoj budućnosti. Ali čovječanstvo se već približava takvoj granici povećanja ukupnog kapaciteta tradicionalnih elektrana, čije će prevladavanje neminovno dovesti do ekološka katastrofa. Stoga je moderna „netradicionalna“ energija rezerva koja daje nadu i mogućnost da se prevaziđu mnogi naizgled nerešivi problemi i zadovolje rastuće potrebe čoveka u budućnosti. Sa unapređenjem tehnologija i obima praktične upotrebe, neke od "netradicionalnih" elektrana preći će u kategoriju tradicionalne "velike" energije, drugi dio će svoju nišu naći u "maloj" energiji za energiju. snabdevanje lokalnim objektima. Na ovaj ili onaj način, za netradicionalne izvore energije postoji velika budućnost i moramo učiniti sve da ta budućnost što prije postane stvarna. Od toga zavise pitanja života i smrti na našoj planeti, što određuje hitnu potrebu za racionalnom potrošnjom energije, smanjenjem njenih jediničnih troškova u svim sferama ljudskog djelovanja. Ovaj pravac je dobio naziv - štednja energije.
Jedan od rezultata očuvanja energije je i direktno smanjenje troškova za nekoliko puta ubrzavanjem tempa konstantne potrage za izvorima energije i njihovog razvoja. Želja za rješavanjem ovih i drugih problema uočena je gotovo od samog početka velike elektroprivrede. Implementira se kako u potrazi za drugim primarnim izvorima energije (elektrohemijski i termonuklearni pretvarači), tako i u razvoju novih metoda za pretvaranje energije primarnih izvora u električnu energiju, na primjer, u termoelektričnim ili termoelektronskim uređajima, u MHD generatorima.
uštedu energije- organizacione, naučne, praktične, informativne aktivnosti državnih organa, pravnih i fizičkih lica. Ova djelatnost ima za cilj smanjenje potrošnje (gubitaka) energenata i energetskih resursa u procesu njihovog vađenja, prerade, transporta, skladištenja, proizvodnje, upotrebe i odlaganja. Ušteda energije - skup mjera za osiguranje efikasnog i racionalnog korištenja energetskih resursa.
Trenutno su sljedeća područja aktivnosti uštede energije prepoznata kao najefikasnija:
1. Stvaranje regulatornog i pravnog okvira za uštedu energije.
2. Stvaranje potrebnih ekonomskih mehanizama.
3. Stvaranje finansijskih mehanizama za uštedu energije.
4. Vođenje politike cijena koja odražava troškove energenata, proizvedenih proizvoda, usluga i određuje životni standard stanovništva.
5. Kreiranje sistema upravljanja uštedom energije.
6. Kreiranje informacionog sistema za propagandu problema uštede energije, obuku, prekvalifikaciju kadrova, rukovodilaca koji rade u ovoj oblasti.
Osnova uštede energije - racionalno korišćenje energetskih resursa i smanjiti njihove gubitke. Politika uštede energije se široko primjenjuje u svim naprednim zemljama.
Na osnovu definicije pojma ušteda energije kao skup mjera za efikasno korištenje energije, postoji zahtjev da se ograniče mogućnosti korištenja materijalnih resursa vanjskog okruženja, ako je riječ o tzv. neobnovljivim primarnim izvorima energije u obliku organskih mineralnih goriva. Sasvim je razumljivo da u savremenim uslovima postoji želja mnogih zemalja za maksimalnim korišćenjem, ali na novim principima, obnovljivih izvora energije - vetra, sunca, biomase itd. Njihovo korištenje omogućit će danas rješavaju mnoge ekološke probleme,što stvara preduslove za rezervisanje za potomstvo dijela rezervi fosilnih goriva(ako se u isto vreme neće izvoziti u inostranstvo), uključujući i za neenergetske potrebe: proizvodnju hemijskih proizvoda, lekova, svih vrsta lekova.
Pod energetskom sigurnošću podrazumjeva se takvo stanje države kada svi potrošači kojima su potrebni ne oskudijevaju u svim vrstama energije. U širem smislu -
ovo je stanje gorivno-energetskog kompleksa koje obezbjeđuje dovoljno i pouzdano snabdijevanje zemlje energijom koja je neophodna za održivi razvoj privrede i ugodne uslove života stanovništva u normalnim uslovima i minimiziranje štete u vanrednim situacijama.
- Stanje društva je da održava potreban nivo nacionalne sigurnosti
Dostupnost energetskih resursa ili rezervi energetske sirovine
Rezerve električnih i termičkih kapaciteta(najmanje 15% u poređenju sa vršnim opterećenjem)
Pouzdanost elektroenergetske opreme
Upravljivost energetskog sistema država za državu
Ako se energija države zasniva na uvozu energenata - kupovine se ne smiju obavljati u jednoj zemlji. Udio svakog izvora napajanja ne bi trebao biti veći od 50%
Politika uštede energije države- pravno, organizaciono, finansijsko i ekonomsko uređenje djelatnosti u oblasti uštede energije. Primjer svijesti o važnosti rješavanja problema uštede energije je Zakon Republike Bjelorusije „O uštedi energije“, usvojen 1998. godine. Ovim zakonom uređuju se odnosi koji nastaju u obavljanju delatnosti pravnih i fizičkih lica u oblasti očuvanja energije u cilju povećanja efikasnosti korišćenja energenata i energetskih resursa i utvrđuje pravni osnov za te odnose. . Za implementaciju uštede energije na državnom nivou se stalno razvijaju programi za uštedu energije.
Republikanski - na 5 godina, počevši od 2001.
Regionalno - na 1 godinu
Naučno-tehnička industrija - postoje dugoročne (na 5 godina) i kratkoročne (na 1 godinu)
RB je suočen sa zadatkom ušteda energije i smanjenje energetskog intenziteta bruto domaćeg proizvoda.
Da biste riješili ovaj problem, potrebno vam je:
- stvaranje sistema za obuku stručnjaka iz oblasti uštede energije, tehnologija uštede energije i upravljanja energijom;
- osigurati restrukturiranje razmišljanja društva u cjelini, radikalno promijeniti njegov odnos prema problemu očuvanja energije i resursa.
Predavanje 2
Energetski resursi svijeta
Pitanja koja se razmatraju:
1. Osnovne definicije
2. Vrste energetskih resursa i njihova klasifikacija.
3. Struktura i stanje svjetske energetske ekonomije
2.1. Energetski resursi i njihova klasifikacija
Prema Zakonu Republika Bjelorusija "O uštedi energije" koji je usvojen 29. juna 1998. Energetski resursi su izvor energije:
Energetski resursi- To su materijalni predmeti u kojima je koncentrisana energija, pogodni za praktičnu upotrebu od strane osobe. Energetski resurs je bilo koji izvor energije, prirodan ili umjetno aktiviran. Energetski resursi- nosioci energije koji se trenutno koriste ili se mogu korisno koristiti u budućnosti.
goriva i energetskih resursa(FER) - ukupnost svih prirodnih i pretvorenih vrsta goriva i energije koje se koriste u republici Energetski resursi su klasifikovani prema sledećoj šemi (slika 1).
Primarni prirodni energetski resursi- prirodno nastale kao rezultat geološkog razvoja Zemlje ili manifestirane kroz kosmičke veze (sunčevo zračenje), dijele se na neobnovljiv (ugalj, nafta, prirodni gas, škriljci, treset) i obnovljivi (riječna energija, sunčevo zračenje, energija plime i oseke, biogoriva).
Za obnovljive uključuju resurse koji su po prirodi obnovljivi (zemlja, biljke, životinje, itd.), na neobnovljive- resursi koji su prethodno akumulirani u prirodi, ali praktično nisu formirani u novim geološkim uslovima (nafta, ugalj i druge rezerve podzemlja) .
Sekundarni energetski resursi(VER)- energija primljena u toku bilo kojeg tehnološkog procesa kao rezultat neiskorišćenosti primarne energije u obliku nusproizvoda glavne proizvodnje i koja se ne koristi u ovom energetskom procesu. Ova vrsta resursa obuhvata: kućni i industrijski otpad, vruće otpadne nosače toplote, istrošene zapaljive organske materije, poljoprivredni otpad. R i str.1. Struktura energetskih resursa.
Jedna od klasifikacija prirodnih resursa je klasifikacija iscrpljivosti, prema kojoj se energetski resursi dijele na iscrpljivaineiscrpno (sl. 3). Zauzvrat, iscrpni se mogu podijeliti na obnovljiviineobnovljiv.
To neiscrpna uključuju prostor, klimu, vodne resurse.
Fig.2. Iscrpni i neiscrpni izvori energije.
Svi nepresušni izvori energije smatraju se obnovljivim.
U stvari, u svemiru ne postoje nepresušni izvori energije. Prije ili kasnije će isteći. Tako će, na primjer, nakon 4,5 milijardi godina naša zvijezda Sunce preći u svoju sljedeću fazu evolucije i pretvoriti se u bijelog patuljka. Takav prijelaz naziva se eksplozija supernove. Istovremeno, ogroman tok energije će se zračiti u svemir, koji će stići do naše planete, uništiti (spaliti) Zemljinu atmosferu, okeani će ispariti i Zemlja će se pretvoriti u beživotno kosmičko tijelo.
Međutim, u poređenju sa ljudskim životom i vremenom postojanja ljudske civilizacije, takvi se izvori smatraju neiscrpnim. Dakle, obnovljivi izvori energije su izvori čiji energetski tokovi stalno postoje ili se periodično javljaju u okolini i nisu rezultat svrsishodne ljudske aktivnosti.
Obnovljivi izvori energije uključuju energija:
Svjetski okean u obliku energije plime, energije valova;
- vjetar;
morske struje;
Slano;
morske alge;
Proizvedeno od biomase;
Oluci;
čvrsti kućni otpad;
geotermalni izvori.
Nedostatak obnovljivih izvora energije je njegova niska koncentracija. Ali to je u velikoj mjeri kompenzirano širokom rasprostranjenošću, relativno visokom ekološkom čistoćom i njihovom praktičnom neiscrpnošću. Najracionalnije je koristiti takve izvore direktno u blizini potrošača bez prijenosa energije na daljinu. Energija, radeći na ovim izvorima, koristi tokove energije koji već postoje u okolnom prostoru, preraspoređuje, ali ne narušava njihovu ukupnu ravnotežu.
Oko 90% energetskih resursa koji se trenutno koriste su neobnovljiv(ugalj, nafta, gas, itd.). To je zbog njihovog visokog energetskog potencijala, relativne dostupnosti njihove ekstrakcije. Stope vađenja i potrošnje ovih resursa određuju energetsku politiku. Najčešće korišteni energetski izvori tzv tradicionalno, nove vrste energetskih resursa, čija je upotreba počela relativno nedavno - alternativa ( energetski resursi rijeka, rezervoara i industrijskih odvoda, vjetra, sunca, obnovljivog prirodnog plina, biomase (uključujući drvni otpad), kanalizacije i komunalnog čvrstog otpada) .
U savremenom menadžmentu životne sredine energetski resursi se klasifikuju na tri grupe
– učestvuje u stalnom prometu i protoku energije(solarna, svemirska energija, itd.),
- deponovani energetski resursi(nafta, gas, treset, škriljac, itd.) i
- umjetno aktivirani izvori energije(atomska i termonuklearna energija).
Sa ekonomske tačke gledišta, postoje bruto, tehnički i ekonomski energetskih resursa.
Bruto resurs predstavlja ukupnu energiju sadržanu u ovoj vrsti energetskog resursa.
Tehnički resurs – to je energija koja se može dobiti iz ove vrste energetskog resursa uz postojeći razvoj nauke i tehnologije. To je od djelića procenta do deset posto bruto, ali se stalno povećava kako se elektroenergetska oprema unapređuje i savladavaju nove tehnologije.
Ekonomski resurs – energije, čiji je prijem iz date vrste resursa ekonomski isplativ s obzirom na postojeći odnos cijena opreme, materijala i rada. Ona čini određeni dio tehničkog, a povećava se i razvojem energetskog sektora.
Energetski resursi se obično karakterišu brojem godina tokom kojih će dati resurs biti dovoljan za proizvodnju energije na savremenom nivou kvaliteta. Prema izvještaju komisije Svjetskog energetskog savjeta (1994), pri sadašnjem nivou potrošnje, rezerve uglja trajaće 250 godina, gasa - 60 godina, nafte - 40 godina. Istovremeno, prema Međunarodnom institutu za primijenjenu sistemsku analizu, svjetska potražnja za energijom će porasti sa 9,2 milijarde tona u smislu nafte (kraj 1990-ih) na 14,2–24,8 milijardi tona 2050. godine.
Indeks energetske efikasnosti- naučno zasnovana apsolutna ili specifična vrijednost potrošnje goriva i energetskih resursa (uzimajući u obzir njihove standardne gubitke) za bilo koju svrhu, utvrđenu regulatornim dokumentima.
Efikasnost upotreba energetskih resursa određena je stepenom transformacije njihovog energetskog potencijala u krajnje iskorišćene proizvode ili krajnje utrošene vrste energije i karakteriše ga faktor iskorištenja energetskih resursa:
gdje η d – faktor oporavka potencijalna rezerva energetskog resursa (odnos ekstrahovanog prema ukupnoj količini resursa),
η P – faktor konverzije(odnos primljene korisne energije i svih isporučenih energetskih resursa), η i – faktor iskorištenja energije(odnos utrošene energije i energije isporučene potrošaču).
Za neke vrste fosilnih energetskih resursa η d je:
za naftu - 30, ... 40%, za gas - 80%, za ugalj - 40%. Prilikom sagorijevanja goriva η P iznosi 94-98%.
Koncepti efikasnog i racionalnog korišćenja energetskih resursa povezani su sa konceptom energetske efikasnosti.
Energetski bilans- ovo je sistem indikatora koji odražava kvantitativnu korespondenciju između prihoda i potrošnje energetskih resursa, distribucije po vrsti i potrošačima (vidi sliku 3).
Rice. 3. Struktura energetskog bilansa.
Racionalno korišćenje resursa - to je sistem aktivnosti osmišljen da obezbijedi ekonomsku korištenje i reprodukcija resursa vodeći računa o obećavajućim interesima nacionalne ekonomije u razvoju i očuvanju zdravlja ljudi.
Efikasno korišćenje resursa - korišćenje svih vrsta energije na ekonomski opravdane, progresivne načine uz postojeći nivo razvoja tehnologije i tehnologije (podrazumeva reciklažu resursa, smanjenje potrošnje, očuvanje energije, ne prekoračenje ekološkog praga održivosti ekosistema).
Korisnici goriva i energetskih resursa- privredni subjekti, bez obzira na oblik svojine, registrovani na teritoriji Republike Belorusije kao pravna lica ili preduzetnici bez osnivanja pravnog lica, kao i druga lica koja, u skladu sa zakonodavstvom Republike Belorusije, imaju pravo na zaključivanje privrednih ugovora, te građani koji koriste energente i energente.
Proizvođači goriva i energenata- privredni subjekti, bez obzira na oblik svojine, registrovani na teritoriji Republike Belorusije kao pravna lica, za koje je bilo koja od vrsta goriva i energenata koji se koriste u republici robni proizvod.
Pod energijom ili energetskim sistemom, treba razumjeti ukupnost velikih prirodnih (prirodnih) i vještačkih (uvijenih) sistema dizajniranih da primaju, transformišu, distribuiraju i koriste energetske resurse svih vrsta u nacionalnoj ekonomiji.
Energija smatra se velikim sistemom koji uključuje, kao podsisteme, dijelove drugih velikih sistema.
Drugo tumačenje energetskog sistema, usvojen među inženjerima energetike, glasi: energetski sistem- ovo je skup međusobno povezanih elektrana, trafostanica, dalekovoda, električnih i toplotnih mreža, centara za potrošnju električne energije i toplote.
U sklopu energetskog sistema, koji obezbjeđuje potrebe cjelokupne privrede za električnom i toplotnom energijom, rade sljedeći veliki sistemi:
elektroenergetski sistem (energetika), koji kao podsistem obuhvata sistem za snabdevanje toplotom (toplotna industrija);
sistem snabdijevanja naftom i plinom;
sistem vađenja uglja;
Nuklearna energija;
netradicionalna energija.
Proizvodnja energije obezbijediti elektrane; transformacija– transformatori, transport;
distribucija električne energije– dalekovodi; potrošnja– razni prijemnici.
2.2 Goriva, karakteristike i rezerve
Prema definiciji D. I. Mendeljejeva, „gorivo je zapaljiva supstanca koja se namerno sagoreva da bi se proizvela toplota“. Mineralno gorivo je glavni izvor energije u savremenoj ekonomiji i najvažnija industrijska sirovina. Prerada mineralnog goriva je osnova za formiranje industrijskih preduzeća, uključujući petrohemiju, gasnu hemijsku, tresetnu briketu itd.Goriva su podijeljena u sljedeće četiri grupe:
Solid;
gasoviti;
Nuklearni.
Prva vrsta čvrstog goriva bila je (a na mnogim mjestima i danas) drvo i druge biljke: slama, trska, stabljike kukuruza itd.
Prva industrijska revolucija, koja je u 19. veku potpuno transformisala poljoprivredne zemlje Evrope, a potom i Amerike, dogodila se kao rezultat prelaska sa drvnog goriva na fosilni ugalj. Zatim je došlo doba električne energije.
Otkriće električne energije imalo je ogroman utjecaj na život čovječanstva i dovelo do pojave i rasta najvećih gradova na svijetu.
Upotreba nafte (tečnog goriva) i prirodnog gasa, u kombinaciji sa razvojem elektroenergetske industrije, a potom i razvojem atomske energije, omogućila je industrijalizovanim zemljama da izvrše grandiozne transformacije, čiji je rezultat formiranje modernog lica. Zemlje.
Dakle, do čvrsto gorivo uključuju:
Drvo, drugi proizvodi biljnog porijekla;
Ugalj (sa svojim sortama: kameni, smeđi);
Treset;
- uljnih škriljaca.
Fosilna čvrsta goriva (sa izuzetkom škriljaca) su produkt razgradnje organske mase biljaka. Najmlađi od njih treset, koji je gusta masa nastala od raspadnutih ostataka močvarnih biljaka. Sljedeći u "dobu" su mrki ugalj- zemljana ili crna homogena masa, koja se tokom dužeg skladištenja na vazduhu delimično oksidira (isperi) i raspada u prah. Onda idi bitumenski ugalj, koji po pravilu imaju povećanu čvrstoću i manju poroznost. Organska masa najstarijeg od njih - antraciti pretrpeo je najveće promene i sastoji se od 93% ugljenika. Antracit se odlikuje velikom tvrdoćom.
uljnih škriljaca su mineral iz grupe čvrstih kaustobiolita, koji pri suvoj destilaciji daje značajnu količinu smole, po sastavu slične ulju.
Tečna goriva dobijene preradom nafte. Sirova nafta se zagrijava na 300 ... 370 ° C, nakon čega se nastale pare raspršuju u frakcije koje se kondenziraju na različitim temperaturama:
Tečni gas (izlaz oko 1%);
Benzin (oko 15%, tk = 30...180°C);
Kerozin (oko 17%, tc = 120 ... 135 ° C);
Dizel (oko 18%, tc = 180 ... 350 ° C).
Tečni ostatak sa početnom tačkom ključanja od 330 - 350 °C naziva se lož ulje.
Gasovita goriva su prirodni gas, proizvedeni direktno i slučajno s proizvodnjom nafte, koji se nazivaju povezani. Glavna komponenta prirodnog gasa je metan CH4 i mala količina dušika N2, viši ugljikovodici CnHm, ugljični dioksid CO2. Povezani gas sadrži manje metana od prirodnog gasa, ali više ugljovodonika, te stoga oslobađa više toplote tokom sagorevanja.
U industriji, a posebno u svakodnevnom životu, ima široku primjenu tečni gas dobijene tokom primarne prerade ulja. U metalurškim postrojenjima dobijaju kao nusproizvode plinovi iz koksnih peći i visokih peći. Ovdje se koriste u tvornicama za grijanje peći i tehnoloških aparata. U područjima gdje se nalaze rudnici uglja može biti svojevrsno "gorivo". metan, koji se oslobađa iz slojeva tokom njihovog ventiliranja. Gasovi dobijeni gasifikacijom (generator) ili suhom destilacijom (grijanje bez pristupa zraka) čvrstih goriva su u većini zemalja praktično zamijenjeni prirodnim plinom, ali se sada ponovo javlja interes za njihovu proizvodnju i korištenje.
U posljednje vrijeme sve se više koristi biogas- proizvod anaerobne fermentacije (fermentacije) organskog otpada (stajnjak, biljni ostaci, smeće, kanalizacija itd.).
nuklearno gorivo je Uran. Efikasnost njegove upotrebe pokazuje rad prvog nuklearnog ledolomca na svijetu "Lenjin" deplasmana od 19 hiljada tona, dužine 134 m, širine 23,6 m, visine 16,1 m, gaza od 10,5 m. , brzinom od 18 čvorova (oko 30 km/h). Stvoren je za vođenje karavana brodova duž Sjevernog morskog puta, gdje je debljina leda dostizala 2 metra ili više. Dnevno je konzumirao 260-310 grama uranijuma. Ledolomcu na dizel motor bi bilo potrebno 560 tona dizel goriva da obavi istu količinu posla kao i Lenjin ledolomac.
Analiza procjene dostupnosti goriva i energetskih resursa pokazuje da je najređi vrsta goriva nafta. Prema različitim izvorima, trajat će 250 godina. Tada će za 35-64 godine rezerve zapaljivog gasa i uranijuma biti iscrpljene. Najbolja situacija je sa ugljem, čije su rezerve u svijetu prilično velike, a zalihe uglja će biti 218-330 godina.
2.2 Konvencionalno gorivo, sadržaj kalorija, energetski potencijal.
Ekonomski proračuni, poređenje međusobnih pokazatelja uređaja koji koriste gorivo i planiranje moraju se vršiti na jedinstvenoj osnovi. Stoga je uveden koncept tzv. uslovnog goriva.Konvencionalno gorivo je obračunska jedinica fosilnih goriva koja se koristi za poređenje efikasnosti različitih vrsta goriva i ukupnog obračuna. Upotreba standardnog goriva je posebno pogodna za poređenje efikasnosti različitih termoelektrana.
Kao jedinica referentnog goriva koristi se 1 kg goriva sa kalorijskom vrijednošću od 7000 kcal/kg (29,3 MJ/kg), što odgovara dobrom niskopepelnom suhom uglju. Poređenja radi, ističemo da mrki ugalj ima kalorijsku vrijednost manju od 24 MJ/kg, a antracit i kameni ugalj 23-27 MJ/kg. Odnos između konvencionalnog goriva i prirodnog goriva izražava se formulom
W \u003d (Qnr / 7000) Vn \u003d E Vn,
gdje je W masa ekvivalentne količine referentnog goriva, kg;
Vn - masa prirodnog goriva, kg (čvrsto i tečno gorivo) ili m3 - gasovitog;
Qnr je najniža kalorijska vrijednost ovog prirodnog goriva, kcal/kg ili kcal/m3.
OmjerE = Qnr / 7000
pozvao omjer kalorija, a prihvata se za:
Ulje - 1,43;
Prirodni gas - 1,15;
Treset - 0,34-0,41 (u zavisnosti od vlažnosti);
Briketi treseta - 0,45 -0,6 (u zavisnosti od vlažnosti);
Dizel gorivo - 1,45;
Lož ulje - 1,37.
Kalorična vrijednost raznih vrsta goriva, kcal/kg, je otprilike:
ulje - 10.000 (kcal / kg);
prirodni gas - 8.000 (kcal/m3);
ugalj - 7000 (kcal / kg);
ogrevno drvo sa sadržajem vlage od 10% - 3900 (kcal / kg);
40% - 2400(kcal/kg);
vlažnost treseta 10% - 4100 (kcal / kg);
40% - 2500(kcal/kg);
Parametar koji određuje mogućnost korištenja izvora energije je Energetski potencijal. Izražava se u jedinicama energije J ili kWh. Energetski potencijal energetskih resursa Zemlje, mjeren u exajoules, (eJ=10 18
J), procjenjuje se sljedećim vrijednostima:
nuklearna energija fisije 1,97 10 6
geotermalna energija 2,94 10 6
solarna energija na nivou Zemlje, za 1 godinu 2,41 10 6
hemijska energija hemijskog goriva 5.21 10 5
termonuklearna energija 3,60 10 5
energija plime i oseke, za 1 godinu 2,52 10 5
energija vjetra, za 1 godinu 6,12 10 3
šumska bioenergija, za 1 godinu 1,46 10 3
riječna energija, za 1 godinu 1,19 10 2
Struktura svjetske energetske ekonomije danas se razvila na način da se 80% potrošene električne energije dobija sagorijevanjem goriva u elektranama, gdje se kemijska energija goriva prvo pretvara u toplinu, toplina u rad, a rad u struja. Hidroenergija također daje značajan postotak (oko 15%), ostatak pokrivaju drugi izvori, uglavnom nuklearne elektrane. Ljudske potrebe rastu, ljudi je sve više, a to uzrokuje gigantske količine proizvodnje energije i stope rasta njene potrošnje. Danas tradicionalni izvori energije (razna goriva, hidroresursi) i tehnologije za njihovo korišćenje više nisu u stanju da obezbede potreban nivo energetske dostupnosti društva, jer su to neobnovljivi izvori i njihov broj se ubrzano smanjuje. I iako su istražene rezerve prirodnih goriva veoma velike, problem iscrpljivanja prirodnih rezervi sadašnjim i projektovanim stopama njihovog razvoja seli se u realnu i blisku budućnost. Već danas brojna polja su zbog iscrpljenosti nepogodna za industrijski razvoj, a za naftu i gas se, na primjer, mora ići na teško dostupna, udaljena područja, na okeanske police itd. Ozbiljni prognostičari tvrde da ako trenutne količine i stope rasta potrošnje energije ostanu na 3 ... 5% (a bez sumnje će biti još veće), rezerve fosilnih goriva će potpuno nestati za 70 - 150 godina.
Ograničene rezerve neobnovljivih resursa koji se koriste za proizvodnju električne energije, čak i uzimajući u obzir uštede, prikazane su u tabeli 2.1. Razvoj modernih tehnologija zahtijeva povećanje nivoa korištenja električne energije. Osim toga, treba uzeti u obzir da nam stope rasta stanovništva omogućavaju da predvidimo da će za 40 godina na Zemlji živjeti 12 milijardi ljudi, zbog čega su problemi očuvanja energije tako teški. Tabela 2.1. Energetski resursi svijeta
Elektroprivreda je najvažnija grana privrede svake zemlje, jer njeni proizvodi (električna energija) pripadaju univerzalnoj vrsti energije. Može se lako prenijeti na značajne udaljenosti, podijeljeno na veliki broj potrošača. Bez električne energije nemoguće je odvijati mnoge tehnološke procese, kao što je nemoguće zamisliti naš svakodnevni život bez grijanja, rasvjete, hlađenja, transporta, TV-a, frižidera, veš mašine, usisivača, pegle, upotrebe savremenih sredstava. komunikacija (telefon, telegraf, telefaks, kompjuter), koji takođe troše električnu energiju.
U većini razvijenih stranih zemalja, električna komponenta cjelokupnog gorivno-energetskog kompleksa dostiže 35-40%, a do početka 21. stoljeća premašila je 50%. Električna energija se uvodi u skoro sve nove oblasti industrije, poljoprivrede i svakodnevnog života.
Sjedinjene Države proizvode oko 2,5 triliona. kWh električne energije, u ZND - oko 1,75 triliona. kWh Ukupni kapacitet elektrane u SAD je 660 miliona kWh, u ZND oko 350 miliona kWh, od čega je 30% u SAD u vrućoj rezervi. U ZND nema tople rezerve, a hladna rezerva je 6–8%, dok je standard 13%.Stepen električne opreme u Republici Belorusiji je 22%, što je znatno niže nego ne samo u razvijenim zemljama. , ali svjetski prosjek (27%).
Iako su razvijene zemlje prestale da povećavaju potrošnju energije po glavi stanovnika u posljednjih 25 godina, rast potrošnje ostaje visok zbog povećanja potrošnje energije po glavi stanovnika u zemljama u razvoju. Dosadašnjim tempom, rast elektroprivrede će se nastaviti još dugo, pa tako i naše.
3.1 Energija i njene vrste
3.2 Metode za dobijanje i pretvaranje energije
3.3 Električna i toplinska opterećenja i kako ih kontrolirati
3.4 Direktna konverzija solarne energije u toplotu i električnu energiju
3.5 Snaga vjetra
3.6 Hidroenergija
3.7 Bioenergija
3.8 Transport toplotne i električne energije
3.8.1 Transport toplotne energije
3.8.2 Transport električne energije
3.9 Energetska ekonomija industrijskih preduzeća
3.1 Energija i njene vrste
Energija(od grčkog energeie - djelovanje, aktivnost) je opća kvantitativna mjera kretanja i interakcije svih vrsta materije. To je sposobnost obavljanja rada, a rad se obavlja kada na predmet djeluje fizička sila (pritisak ili gravitacija). Posao je energija u akciji.
U svim mehanizmima, pri obavljanju posla, energija prelazi iz jednog oblika u drugi. Ali u isto vrijeme, nemoguće je dobiti energije jedne vrste više od druge, u bilo kojoj njenoj transformaciji, jer je to u suprotnosti sa zakonom održanja energije.
Postoje sljedeće vrste energije: mehanička; električni; termalni; magnetni; atomski.
Električni energija je jedan od savršenih oblika energije. Njegova široka upotreba je uzrokovana sljedećim faktorima:
Dobijanje u velikim količinama u blizini ležišta resursa i izvora vode;
Mogućnost transporta na velike udaljenosti uz relativno male gubitke;
Sposobnost transformacije u druge vrste energije: mehaničku, hemijsku, toplotnu, svetlosnu;
Nedostatak zagađenja životne sredine;
Uvođenje fundamentalno novih progresivnih tehnoloških procesa zasnovanih na električnoj energiji sa visokim stepenom automatizacije.
termalni energija se široko koristi u modernim industrijama iu svakodnevnom životu u obliku pare, tople vode, produkata sagorevanja goriva.
Pretvaranje primarne energije u sekundarnu, posebno u električnu, vrši se na stanicama koje u svom nazivu sadrže naznake koja se vrsta primarne energije na njima pretvara u električnu energiju:
U termoelektrani (TE) - termo;
Hidroelektrane (HE) - mehaničke (energija kretanja vode);
Hidroakumulacija (PSPP) - mehanička (energija kretanja vode prethodno napunjene u vještačkom rezervoaru);
Nuklearna elektrana (NPP) - nuklearna (energija nuklearnog goriva);
Plimna elektrana (TPS) - plima.
U Republici Bjelorusiji više od 95% energije proizvodi se u termoelektranama, koje su prema namjeni podijeljene u dvije vrste:
Kondenzacijske termoelektrane (CPP) dizajnirane za proizvodnju samo električne energije;
Kombinovane toplotne i elektrane (CHP), koje provode kombinovanu proizvodnju električne i toplotne energije.
3.2 Metode za dobijanje i pretvaranje energije
Termoelektrana uključuje skup opreme u kojoj se unutrašnja hemijska energija goriva (čvrsto, tečno ili gasovito) pretvara u toplotnu energiju vode i pare, koja se pretvara u mehaničku energiju rotacije, koja stvara električnu energiju. Šema proizvodnje električne energije u TE prikazana je na slici 6.
Kao što se vidi iz prikazanog dijagrama, gorivo koje se doprema iz skladišta (S) do parogeneratora (SG) tokom sagorevanja oslobađa toplotnu energiju, koja je, zagrevajući vodu dovedenu iz vodozahvata (VZ), pretvara u energiju. vodene pare sa temperaturom od 550°C. U turbini (T) energija vodene pare se pretvara u mehaničku energiju rotacije, koja se prenosi na generator (G), koji je pretvara u električnu energiju. U kondenzatoru pare (K), ispušna para s temperaturom od 123 ... 125 °C odaje latentnu toplinu isparavanja rashladnoj vodi i, uz pomoć cirkulacijske pumpe (H), ponovo se dovodi u kotao-parogenerator u obliku kondenzata.
Slika 6 - Šema rada TE
CHP shema se razlikuje od TPP-a po tome što je umjesto kondenzatora instaliran izmjenjivač topline, gdje para pod značajnim pritiskom zagrijava vodu dovedenu u glavnu toplotnu mrežu.
Kotlovnica je skup uređaja za proizvodnju pare pod pritiskom ili tople vode. Sastoji se od kotlovske jedinice i pomoćne opreme, plinovoda i zračnih cjevovoda, parovoda i vodovoda sa armaturom, uređaja za provlačenje itd.
Distrikt, ili industrijske kotlovnice dizajnirane su za centralizirano snabdijevanje toplinom stambeno-komunalnih usluga ili samog poduzeća. Puštanjem u rad termoelektrana, neke od njih su ostale u stanju mirovanja i mogu se koristiti kao rezervne i vršne, pa se tada nazivaju rezervno-vršnim.
Gasnoturbinsko postrojenje- ovo je motor u čijem se lopatičnom aparatu potencijalna energija plina pretvara u kinetičku energiju, a zatim se djelomično pretvara u mehanički rad, koji se pretvara u električnu energiju.
Slika 7 - Šema gasnoturbinskog postrojenja sa dovodom toplotne energije na = saonst
1 - vazdušni kompresor; 2 - gasna turbina; 3 - električni generator; 4 - pumpa za gorivo; 5 - komora za sagorevanje
U najjednostavnijem gasnoturbinskom postrojenju konstantnog sagorevanja (slika 7), vazduh komprimovan do određenog pritiska u kompresoru 1 ulazi u komoru za sagorevanje 5, gde njegova temperatura raste usled sagorevanja goriva koje dovodi pumpa za gorivo 4 pri konstantnoj pritisak. Proizvodi sagorevanja pod pritiskom i na visokoj temperaturi dovode se u turbinu 2, u kojoj se obavlja rad ekspanzije gasa. Kao rezultat, pritisak i temperatura pada. Produkti sagorevanja se zatim ispuštaju u atmosferu.
Postrojenje sa kombinovanim ciklusom- radi se o turbinskoj termoelektrani u čijem se termičkom ciklusu koriste dva radna fluida - vodena para i dimni gasovi koji dolaze iz kotlovske jedinice.
Vazduh koji ulazi u kompresor 1 iz atmosfere (slika 8) se komprimuje sa porastom temperature i dovodi u komoru za sagorevanje 5, u koju se gorivo ubrizgava uz pomoć pumpe za gorivo. U komori za sagorevanje 5 sagoreva gorivo, a nastali gasovi ulaze u gasnu turbinu 2, gde se obavlja rad.
Slika 8 - Šema postrojenja sa kombinovanim ciklusom
1 - vazdušni kompresor; 2 - gasna turbina; 3 - električni generator; 4 - pumpa za gorivo; 5 - komora za sagorevanje; 6 - grijač; 7 - kotao; 8 - parna turbina; 9 - kondenzator pare; 10 - pumpa za napajanje
Izduvni gasovi temperature 350°C i sniženog pritiska ulaze u grijač 6, gdje odaju dio topline za zagrijavanje napojne vode koja ulazi u kotao 7 i nakon hlađenja se ispuštaju u atmosferu. Napojna voda se koristi u kotlu za proizvodnju pare, koja ulazi u parnu turbinu 8 na temperaturi
540 °C. U njemu se para širi, proizvodeći tehnički rad. Para koja se izbacuje u turbini ulazi u kondenzator 9, u kojem se kondenzuje, a nastali kondenzat se pomoću pumpe 10 prvo šalje u grejač 6, gde percipira toplotu gasova koji se ispuštaju u gasnoj turbini, i zatim u parni kotao 7. Brzine protoka pare i gasa se biraju na ovaj način tako da voda percipira maksimalnu količinu toplote gasova. Termička efikasnost instalacija je preko 60%.
Efikasnost uvođenja parnih turbinskih agregata pokazuje uvođenje dve parne turbine u Vitebsko proizvodno udruženje „Vityaz“, koje su u stanju da proizvedu 1.500 kW električne energije (po 750 kW) i uštede do 30 hiljada dolara mesečno. za kupovinu energije. Rok otplate za projekat je nešto više od godinu dana.
hidroelektrana je kompleks hidrauličnih konstrukcija i energetske opreme, kroz koje se energija vodenih tokova ili rezervoara koji se nalaze na relativno višim nivoima pretvara u električnu energiju.
Tehnološki proces proizvodnje električne energije u hidroelektrani uključuje:
Stvaranje različitih nivoa vode u gornjim i donjim bazenima;
Pretvaranje energije protoka vode u energiju rotacije osovine hidrauličke turbine;
Transformacija rotacijske energije u energiju električne struje pomoću hidrogeneratora.
Hydrostorage elektrana je hidroelektrana u kojoj se dotok vode u uzvodnu akumulaciju obezbjeđuje umjetno, pomoću pumpi koje se napajaju električnom energijom iz sistema. Osim turbina, opremljen je pumpama (pumpama) ili samo turbinama koje mogu raditi u pumpnom režimu (reverzne turbine) za podizanje vode tokom sati niskog opterećenja u elektroenergetskom sistemu od nizvodnog ka uzvodnom rezervoaru povezivanjem na struju. sistem. Pri velikim opterećenjima, pumpne elektrane rade kao konvencionalne hidroelektrane.
Toplotne sheme nuklearnih elektrana zavisi od tipa reaktora; vrsta rashladnog sredstva; sastava opreme i može biti jedno-, dvo- i trokružna.
Šema proizvodnje električne energije za jednostruka Nuklearna elektrana je prikazana na slici 9. Para se stvara direktno u reaktoru i ulazi u parnu turbinu. Izduvna para se kondenzuje u kondenzatoru, a kondenzat se pumpa u reaktor. Shema je jednostavna, ekonomična. Međutim, para (radni fluid) na izlazu iz reaktora postaje radioaktivna, što nameće povećane zahtjeve za biološku zaštitu i otežava praćenje i popravku opreme.
Slika 9 - Termička shema najjednostavnije nuklearne elektrane s jednom petljom
1 - nuklearni reaktor; 2 - turbina; 3 - električni generator; 4- kondenzator vodene pare; 5 - pumpa za napajanje
AT dvostruki krug sheme za proizvodnju električne energije u nuklearnim elektranama, postoje dva nezavisna kruga (slika 10) - rashladno sredstvo i radni fluid. Njihova zajednička oprema je generator pare, u kojem rashladno sredstvo zagrijano u reaktoru odaje svoju toplinu radnom fluidu i vraća se u reaktor uz pomoć cirkulacijske pumpe.
Slika 10 - Termička shema najjednostavnije nuklearne elektrane s dva kruga
1 - nuklearni reaktor; 2 - izmjenjivač topline-generator pare; 3 - glavna cirkulaciona pumpa; 4 - turbina; 5 - električni generator; 6 - kondenzator vodene pare; 7 - pumpa za napajanje
Pritisak u primarnom krugu (krug rashladne tečnosti) je mnogo veći nego u drugom. Para dobijena u generatoru toplote se dovodi u turbinu, obavlja rad, zatim kondenzuje, a kondenzat se napojnom pumpom dovodi u generator pare. Iako generator pare komplikuje instalaciju i smanjuje njenu efikasnost, on sprečava radioaktivnost u sekundarnom krugu.
AT trostruki U shemi, tekući metali (na primjer, natrij) služe kao primarne rashladne tekućine. Radioaktivni natrijum iz reaktora ulazi u izmenjivač toplote srednjeg kruga sa natrijumom, koji odaje toplotu i vraća se u reaktor. Pritisak natrijuma u drugom krugu je veći nego u prvom, što eliminira curenje radioaktivnog natrijuma. U srednjem drugom krugu, natrijum daje toplotu radnom fluidu (vodi) trećeg kruga. Nastala para ulazi u turbinu, obavlja rad, kondenzira se i ulazi u generator pare.
Šema s tri petlje je skupa, ali osigurava siguran rad reaktora.
Razlika između TE i nuklearne elektrane je u tome što je izvor topline u TE parni kotao u kojem se sagorijeva organsko gorivo; u nuklearnoj elektrani - nuklearni reaktor, toplina u kojoj se oslobađa fisijom nuklearnog goriva, koje ima visoku kalorijsku vrijednost (milijune puta veću od organskog goriva). Jedan gram uranijuma sadrži 2,6 10 jezgara, čijom se fisijom oslobađa 2000 kWh energije. Da biste dobili istu količinu energije, potrebno je sagorjeti više od 2000 kg uglja.
Međutim, tokom rada nuklearnih elektrana u gorivu, rashladnoj tečnosti i konstrukcijskim materijalima stvara se velika količina radioaktivnih materija. Stoga je nuklearna elektrana izvor opasnosti od zračenja za operativno osoblje i stanovništvo koje živi u blizini, što povećava zahtjeve za pouzdanošću i sigurnošću njenog rada.
Kombinovana termoelektrana(CHP) je termoelektrana koja proizvodi ne samo električnu energiju, već i toplinu koja se isporučuje potrošačima u obliku pare i tople vode za kućnu potrošnju. Ovakvom kombinovanom proizvodnjom toplotne i električne energije, uglavnom se toplota pare (ili gasa) izduvana u turbinama prenosi u toplotnu mrežu, što dovodi do smanjenja potrošnje goriva za 25-30% u odnosu na odvojenu proizvodnju energije kod CPP ili GRES (državne područne elektrane) i grijanje u kotlarnicama.
Energija ne nastaje ni iz čega i nigdje ne nestaje, može samo prelaziti iz jednog oblika u drugi.
drugi (očuvanje energije). povezuje sve pojave prirode u jednu celinu, je
opšta karakteristika stanja fizičkih tela i fizičkih polja.
Zbog postojanja zakona održanja energije, koncept "energija" povezuje sve prirodne pojave.
U fizici se pojam energije obično označava latiničnim slovom E.
U SI sistemu energija se mjeri u džulima. Pored ovih osnovnih mjernih jedinica, u praksi se
postoji puno drugih jedinica koje su pogodne za određenu upotrebu. U atomskoj i nuklearnoj fizici, kao i u fizici elementarnih čestica, koncept energije se mjeri elektronskim voltima, u hemiji kalorijama, u fizici čvrstog stanja stepenom Kelvina, u optici obrnutim centimetrima, u kvantnoj hemiji samokonzistencijom .
Vrste energije Energetski sistemi
Prema različitim oblicima kretanja materije, razlikuje se nekoliko vrsta energije: mehanička, elektromagnetna, hemijska, nuklearna, termička, gravitaciona itd. Ova podela je prilično konvencionalna. Dakle, hemijska energija se sastoji od kinetičke energije kretanja elektrona, njihove interakcije i interakcije sa atomima.
Osim toga, prema konceptu, razlikuje se unutrašnja energija i energija u polju vanjskih sila. Unutrašnja energija jednaka je zbiru kinetičke energije kretanja molekula i potencijalne energije međudjelovanja molekula. Unutrašnja energija izolovanog sistema je konstantna.
U rizomantskim fizičkim procesima različite vrste energije mogu se transformirati jedna u drugu. Na primjer, nuklearna energija u nuklearnim elektranama prvo se pretvara u unutrašnju toplinsku energiju pare koja rotira turbine (mehanička energija), koja zauzvrat inducira električnu struju u generatorima (električna energija), koja se koristi za rasvjetu (energija elektromagnetnog polja ), itd.
Energija sistema jedinstveno zavisi od parametara koji karakterišu njegovo stanje. U slučaju kontinuiranog medija, uvodi se koncept gustoće.
Istorija razvoja koncepta energije
Koncept energije prisutan je u fizici vekovima. Njegovo shvatanje se promenilo. Prvi put je termin energija u modernom fizičkom smislu upotrijebio 1808. Thomas Young. Osim toga, korišten je i termin “vitalna sila” (lat. vis viva), koji je Leibniz uveo u 17. vijeku, definišući ga kao proizvod mase puta kvadrata brzine.
Koriolis je 1829. prvi put upotrebio termin kinetička energija u modernom smislu, a termin potencijalna energija uveo je Vilijam Rankin 1853. godine. Do tada su podaci dobijeni istraživanjima u različitim oblastima nauke počeli da se oblikuju u širu sliku. Zahvaljujući eksperimentima Joulea, Mayera, Helmholtza, razjašnjena su pitanja pretvaranja mehaničke energije u toplinsku energiju. U jednom od prvih djela "O očuvanju sile" (1847), Helmholtz je, slijedeći ideju jedinstva prirode, matematički obrazložio očuvanje energije
i stav da je živi organizam fizičko-hemijska sredina u kojoj je naznačeni zakon tačno ispunjen. Helmholtz je formulisao "princip očuvanja sile" i nemogućnosti Perpetuum Mobilea. Ova otkrića su omogućila da se formuliše prvi zakon termodinamike ili koncept očuvanja energije. Koncept energije je postao centralni za razumijevanje fizički procesi. Uskoro se termodinamika prirodno uklapa u koncept energije. hemijske reakcije i teorija električnih i elektromagnetnih pojava.
Izgradnjom teorije relativnosti, konceptu energije dodano je novo razumijevanje. Ako ranije
potencijalna energija je određena do proizvoljne konstante, a zatim je uspostavljena Ajnštajnova teorija
odnos između energije i mase.
Kvantna mehanika je obogatila koncept energije kvantizacijom - za određene fizičke sisteme, energijom
može uzeti samo diskretne vrijednosti. Osim toga, princip nesigurnosti je uspostavio granice tačnosti
mjerenje energije i njen odnos s tim. Noetherov teorem je pokazao da je zakon održanja energije
proizilazi iz principa vremenske homogenosti, prema kojem se odvijaju fizički procesi u identičnim sistemima
isti, čak i ako počinju u različito vrijeme.
Teorija relativnosti Energetski sistemi
Energija tijela zavisi od referentnog okvira, tj. različita za različite posmatrače. Ako se tijelo kreće sa
brzina v u odnosu na posmatrača, onda za drugog posmatrača koji se kreće istom brzinom, to
izgledaće nepomično. Shodno tome, za prvo, kinetička energija tijela će biti jednaka
(zasnovano na zakonima klasične mehanike) m v2/2′ gdje je m masa tijela, a nula za drugo.
Ova zavisnost energije od referentnog okvira je takođe sačuvana u teoriji relativnosti. Za transformacije koje se dešavaju sa energijom prilikom prelaska iz jednog inercijalnog referentnog okvira u drugi, koristi se složena matematička konstrukcija - tenzor energije-momenta.
Energija tijela ovisi o brzini ne kao u Njutnovoj fizici, već na drugačiji način:
kvantna mehanika
Dok se u klasičnoj fizici koncept energije bilo kojeg sistema stalno mijenja i može poprimiti proizvoljne vrijednosti, kvantna teorija tvrdi da energija mikročestica vezanih silom interakcije s drugim mikročesticama u ograničenim područjima prostora može dobiti samo određene diskretne vrijednosti.
Dakle, atomi zrače energiju u obliku diskretnih dijelova - svjetlosnih kvanta, ili fotona.
Operator energije u kvantnoj mehanici je Hamiltonijan. U stacionarnim stanjima kvanta energetski sistemi može imati samo vrijednosti koje odgovaraju svojstvenim vrijednostima Hamiltonijana. Za lokalizirana stanja energija može imati samo određena diskretna stanja.
