Косметика

Что такое энергетика. Энергетика человека: как узнать свой энергетический потенциал

Энергетика оказывает существенное влияние на промышленность, в особенности в наше время. Для любого производственного предприятия, как, впрочем, и всей городской инфраструктуры, важен стабильный и бесперебойный режим работы. А это уже зависит от эффективной деятельности энергопроизводящих компаний. За этим тщательным образом следят энергетики. Причем данная профессия стала даже престижной, однако на специалиста еще возложена большая ответственность. Но что такое энергетик? Хороший вопрос, который требует продуманного ответа.

Небольшая историческая справка

Вне всякого сомнения, первым энергетиком по праву можно считать человека, который смог открыть и познать природу электрической энергии. Речь идет о Томасе Эдисоне. В конце XIX столетия им была создана целая электрическая станция, где было множество сложных устройств и конструкций, за которыми необходимо неусыпно следить. Немного позднее Эдисон открывает компанию, в которой было налажено производство электрических генераторов, кабелей и лампочек.

И с этого момента времени человечество осознало всю пользу электричества. Появилась потребность в технически грамотных специалистах, которые будут контролировать происходящие процессы на производстве. В наше время электроэнергия - это необходимый атрибут для полноценной деятельности и комфортного существования людей во всем мире.

Страшно даже представить себе, что будет, если все компании, производящую жизненно необходимую электроэнергию, вдруг остановят свою работу из-за аварии. Именно поэтому и стала одной из самых востребованных такая профессия, как энергетик дома (жилого) или какого-либо предприятия.

Важная специальность

Главная особенность данной профессии - это высокая степень риска, ведь человеку приходится по долгу службы иметь дело с высоковольтными приборами и сетями. А здесь есть вероятность получить серьезный удар электрическим током. При этом существует две категории этой профессии:

обычный специалист;
инженер-энергетик.

С простым специалистом все понятно - это человек со средним образованием в данной области, который работает по своему профилю не более чем 5 лет и еще пока не получил повышение по должности.

Что касается инженера-энергетика, то здесь все не так просто. Для такого звания нужно высшее образование, а стаж работы должен быть не менее 3 лет. К тому же у него гораздо больше обязанностей, что и делает эту должность более престижной. Именно ее мы и будем рассматривать.

Обязанности энергетика

Выработка тепла или электричества посредством ТЭЦ, АЭС, ГЭС - самая главная сфера на сегодня, за что следует благодарить министерство энергетики многих стран мира. Усилиями многих крупных исследовательских центров ведутся разработки в области получения нового вида энергии. Некоторые способы пока еще только в теории, а до промышленных масштабов и вовсе далеко.

К тому же в настоящее время тепловой и электрический виды энергии легче всего создавать, а также передавать на большие расстояния посредством сетей и распределять их между потребителями.

А так как от тепла и электричества зависит функционирование тех или иных систем и инфраструктуры в частности, необходима бесперебойная работа соответствующего оборудования. Именно в этом и заключается главная обязанность людей данной профессии.

На предприятиях по выработке электрической и тепловой энергии специалист ответственен за организацию и контроль технологического процесса и за его распределение. Помимо этого, он принимает непосредственнее участие в монтаже оборудования и производстве пусконаладочных работ. Немного схожие обязанности и у энергетика ЖКХ.

Энергоустановки промышленного назначения могут представлять серьезную опасность, а поэтому на плечи энергетиков возлагается и обеспечение безопасности при работе с таким оборудованием.

Решение важных задач

Большинство электростанций на территории России были построены более полувека назад, в связи с чем такие объекты нуждаются в срочном техническом перевооружении. И тут перед энергетиками встает сложнейшая задача: как при минимальных затратах можно получить новые генерирующие мощности, которые будут выдавать максимальный КПД?!

На самом производстве таким специалистам тоже имеется подходящая работенка. Обслуживание всех тепловых и электрических распределительных сетей предприятий, включая и такие параметры, как напряжение, давление и температура - это все их прерогатива.

Вот еще небольшой список задач, какие энергетик тоже должен выполнять:

Ведение контроля над состоянием вверенного оборудования.
Составление графика потребления электричества и нагрузок.
Проверка состояния энергозащитных систем и автоматики.
Обеспечение безопасности на предприятиях.
Подготовка документации на заключение соглашений в отношении сторонних организаций в сфере оказания услуг и прочих необходимых работ.
Контроль проведения ремонтных работ оборудования.
Внедрение опыта зарубежных и более развитых компаний в деятельность предприятия.
Выполнение поручений вышестоящего руководства, коим является главный инженер-энергетик.

В стране ведется активное техническое перевооружение энергетических объектов, что требует применения самого современного и эффективного оборудования. Энергетикам необходимо учитывать все имеющиеся в наличии технологии, чтобы каждый грамм топлива не сгорал впустую.

Что должен знать специалист

К слову сказать, в городе Братске Энергетик - это жилой район, который строился для рабочих гидроэлектростанции. Впрочем, такое звучное название можно встретить и в других местах России. Но вернемся к нашей теме.

Чтобы человеку стать ведущим специалистом по данному направлению, он обязан получить высшее образование по одному из профилей в сфере энергетики, которых немало. Также ему необходимо ознакомиться со всей нормативно-технической документацией, которая относится к эксплуатируемой энергоустановке. Цена ошибки здесь очень высока!

Помимо этого, специалист должен в подробностях изучить технические характеристики вверенного оборудования и понимать всю суть протекающего в нем технологического процесса. В противном случае невозможно грамотно эксплуатировать оборудование на станциях, котельных и прочих подобных предприятиях.

В наше время активно развиваются информационные технологии. Поэтому специалист должен обладать навыками владения компьютерного оборудования. И речь идет не только о специализированном программном обеспечении, чтобы просматривать или создавать рабочие чертежи. Также это сложные автоматизированные системы управления.

Но что такое энергетик, в чем залог его успеха? Впрочем, это касается любой другой профессии. Это - совершенствование собственных знаний и повышение уровня навыков.

Востребованность на рынке труда

Некоторые профессии перестают быть актуальными, что связано с быстрыми темпами развития технического прогресса и науки. Только это никоим образом не коснется данной специальности. Разве что через несколько десятков лет человечество сможет приручить другие способы получения энергии. Но даже и в этом случае такие люди будут всегда нужны.

Абсолютно все промышленные предприятия нуждаются в электроэнергии и теплоносителе. Поэтому не обойтись без соответствующих служб. Если у кого-то есть еще сомнения, то вот явные подтверждения высокой востребованности:

Любой вид энергии нужно для начала получить, где это и происходит в тепловых, атомных и гидравлических электростанциях - нужны новые специалисты.
Всю страну в буквальном смысле опутывают обширные энергетические сети, за которыми нужен своевременный уход, - работа для энергетиков.
Также нужно установить оборудование, дающее драгоценную энергию, - тоже нужны специалисты.

Перечислять можно очень долго, и на то, чтобы полностью раскрыть, что такое энергетик, уйдет много времени. Тем не менее факт налицо: без таких людей прогресс бы не достиг того совершенства, как сегодня.

Возможные недостатки

В нашем мире у всего есть свои преимущества и недостатки. Пока до сих пор еще не удалось создать что-либо по-настоящему уникальное, что можно назвать одним словом - идеал. То же самое касается и профессий - у каждой свои плюсы и минусы. Что касается энергетиков, то самый очевидный недостаток - это большая ответственность.

К тому же процесс получения и потребления энергии непрерывен. В связи с чем любая ошибка неизбежно приводит к серьезному ущербу. Ничто не совершенен в этом мире, есть люди, которые не отличаются особой внимательностью и бывают рассеяны. В сфере энергетики они долго не задерживаются.

Это та область человеческой жизнедеятельности, которая не потерпит к себе халатного обращения и безразличия. Возможно, для кого-то перечисленные минусы покажутся несущественными. Но тот, кто приобщился к этой профессии, и она ему нравится - это уже навсегда. Он по праву может гордиться своей работой!

Положение дел в отечественной сфере энергетики

По данным министерства энергетики, на территории Российской Федерации энергетика является важной отраслью для развития отечественной промышленности. С электроэнергией непосредственным образом связана экономика страны. Ни одно производство не обходится без такого ценного источника. Однако российская энергетика сталкивается с определенными проблемами. Но разрешаемы ли он? И какие перспективы имеются в этой сфере человеческой деятельности?

Проблемная ситуация

В настоящий момент времени энергетика Россия находится в первой десятке стран мира по объему производимого электричества и наличию крупных запасов энергоресурсов. В последние годы отечественные специалисты пока еще не могут предоставить стоящие разработки. Дело в том, что текущее лидерство обусловлено стараниями проектов, которые были успешно реализованы еще во времена СССР. Первое, что появилось - это ГОЭЛРО, затем АЭС. Одновременно с этим разрабатывались сибирские природные ресурсы.

Главная проблема энергетики России заключается в оборудовании. Средний его возраст на ТЭС насчитывает более 30 лет, при этом 60 % турбин и даже больше свой ресурс уже выработали. ГЭС уже работают более 35 лет, причем лишь 70 % всего оборудования рассчитано на больший срок службы, тогда как остальная часть свое уже отработало.

В результате существенно снижается КПД таких объектов. Как отмечают исследователи, если ничего не предпринимать, то российскую энергетику ожидает полный коллапс.

Альтернативный вариант

Будущие перспективы пока не радуют отечественных энергетиков: согласно произведенной оценке каждый год внутренний спрос на электроэнергию будет увеличиваться на 4 %. Однако с действующими мощностями решить задачу такого прироста очень сложно.

Однако выход есть, и он заключается в активной разработке альтернативной энергетики. Что под этим понимается? Это установки по выработке энергии (в основном электрической) посредством таких источников:

солнечный свет;
ветер.

В последнее время вопросом изучения и освоения альтернативных способов в области энергетики занимаются многие страны по всему миру. Обычные источники недешевы, а ресурсы рано или поздно закончатся. Более того, работа таких объектов, как ТЭС, ГЭС, АЭС влияет на экологическую обстановку всей планеты. В марте 2011 года случалась крупная авария на АЭС Фукусима, причиной которой послужило сильное землетрясение с образованием цунами.

Подобный инцидент был и на Чернобыльской АЭС, но лишь после происшествия в Японии многие государства стали отказываться от атомной энергетики.

Энергия солнца

Что характерно для данного направления, так это безграничные запасы, ведь солнечный свет - это неисчерпаемый и возобновляемый источник, который всегда будет, пока живет солнце. А его ресурса хватит еще на протяжении нескольких миллиардов лет.

Вся его энергия возникает в самом центре - ядре. Именно здесь атомы водорода преобразуются в молекулы гелия. Данный процесс протекает при колоссальных значениях давления и температуры:

250 миллиардов атмосфер (25,33 триллиона кПа).
15,7 миллиона °C.

Именно благодаря солнцу на земле присутствует жизнь в самых разнообразных формах. Поэтому развитие энергетики в данном направлении позволит человечеству выйти на новый уровень. Ведь это позволит отказаться от использования топлива, некоторые его виды весьма токсичны. К тому же изменится уже ставший привычным ландшафт: больше не будет высоких труб тепловых электростанций и саркофагов АЭС.

Но что куда приятнее - исчезнет зависимость от закупок сырья. Ведь солнце светит круглый год, и оно везде.

Сила ветра

Здесь идет речь о преобразовании кинетической энергии воздушной массы, коей полно в атмосфере, в другой ее вид: электрическую, тепловую и прочую, которая будет уместна для применения в человеческой деятельности. Освоить силу ветра можно при помощи таких средств, как:

Ветрогенератор для производства электроэнергии.
Мельницы - получение механической энергии.
Парус - для применения в транспортных средствах.

Подобного вида альтернативная энергетика, вне всякого сомнения, может стать успешной отраслью по всему миру. Как и солнце, ветер - это тоже неисчерпаемый, но, что самое главное, тоже возобновляемый источник. В конце 2010 года суммарная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватта. А количество произведенного электричества - 430 тераватт-часов. Это 2,5 % от всего объема электроэнергии, произведенной человечеством.

Некоторые страны уже стали применять такую технологию на практике по производству электричества:

Дания - 28 %.
Португалия - 19 %.
Ирландия - 14 %.
Испания - 16 %.
Германия - 8 %.

Наряду с этим ведется освоение геотермальной энергетики. Ее суть заключается в производстве электричества посредством энергии, что содержится в недрах земли.

Заключение

Несмотря на радужные перспективы, сможет ли альтернативная энергетика полностью вытеснить традиционные методики? Многие оптимисты склоняются к общему мнению: да, так и должно произойти. И пусть не сразу, но это вполне возможно. Пессимисты же придерживаются иного взгляда.

Кто будет прав, покажет время, и нам остается надеяться на лучшее будущее, которое мы сможем оставить нашим детям. Но пока нас будет продолжать интересовать вопрос о том, что такое энергетик, значит, еще не все потеряно!

к.т.н. А.В. Мартынов, доцент кафедры ПТС МЭИ (ТУ).

Любая установка предназначена для производства какого – либо продукта в широком смысле слова (от потребительского до энергетического). Этот продукт является полученным эффектом (ПЭ), ради которого создаётся данная установка. Продукт – это цель, достижение которой требует затраты энергии. Эффективность достижения этой цели определяется коэффициентом этой цели (К ц). Так для КЭС – таким продуктом является электроэнергия, для ТЭЦ кроме электроэнергии – является и тепло.

Для любых нагревательных установок: котельных, печей, электроподогревателей полезным эффектом (ПЭ) – является тепло. Для холодильных установок ПЭ – является холод, для кислородных установок – кислород, для азотных – азот и т.д.

Для определения энергетической эффективности любой установки кроме полученного ПЭ необходимо учесть затраты энергии (ЗЭ), которая подводится к установке, для обеспечения её работы.

Для определения эффективности любой установки часто используются целевые коэффициенты (К ц), учитывающие ПЭ и ЗЭ:

Для разных установок этот коэффициент К ц имеет разные названия (табл. 1):

1. Так для холодильных установок, производящих холод: это - холодильный коэффициент:

а) Для парокомпрессорных установок: ,

б) Для абсорбционных установок: ;

2. Для тепловых насосов: коэффициент преобразования или трансформации: ;

3. Для электростанций, производящих электроэнергию – коэффициент работоспособности: ;

4. Для любых теплопроизводящих установок - тепловой коэффициент: (Для сжигающих топливо ).

Однако, с целевыми коэффициентами начинаются проблемы, связанные с тем что они имеют разные значения и могут изменяться в пределах:

0 ≤ К ц ≤ ∞

Т.е целевой коэффициент может быть больше 1.

Посмотрим, что будет с целевым коэффициентом для электростанции (К р), работающей по циклу Карно (рис. 1):

Рис. 1 Идеальный цикл Карно.

Отсюда видно, что .

Таким образом коэффициент работоспособности показывает какое количество работы (L) можно получить от данного количества тепла (Q) с температурой Т при переводе его на уровень окружающей среды Т ос. Коэффициент работоспособности имеет различное обозначение: ω; τ .

Примем любое значение для Т. Например Т = 220 ºС. Тогда:

Другие целевые коэффициенты

Например, холодильный коэффициент (ε) может достигать значений более 100 % (может составлять: 150; 200; 250; и т.д. %).

Для тепловых насосов коэффициент трансформации тепла (μ) может достигать и 300; 400; 500 и более %.

Отсюда ясно, что все выше упомянутые целевые коэффициенты, хотя и отражают в какой-то степени энергетическую эффективность, но не являются КПД, т.к. могут принимать значения более 100%.

Следовательно, все целевые коэффициенты не отражают реальную эффективность энергетических установок и систем и не являются коэффициентами полезного действия (КПД). Это происходит потому, что в них входят различные виды энергии, такие, например, как работа (L), электроэнергия (N), тепло (Q) и т.д.

Но очевидно, что все виды энергии имеют различную природу и относятся к разным группам, таким как:

I. Упорядоченный вид энергии (L и N)

II. Неупорядоченный вид энергии (Q и J).

Поэтому нельзя с энергией различных групп, производить различные действия (арифметические, алгебраические и т.д.). (Например: Нельзя как это часто делается делить тепло на работу или наоборот: или ).

Отсюда все вышеприведённые целевые коэффициенты и дают, как уже указывалось, значение больше 100%.

Только КПД (коэффициент полезного действия) объективно и правильно отражает эффективность той или иной установки, аппарата, системы. Значения КПД находится всегда в пределах (0 ≤ η ≤ 1), т.е. не превышает значения 100 %.

Для идеальной установки - η = 1 (т.е. её эффективность равна 100%). Для реальных установок η < 1 (т.е. меньше 100 %). И, естественно, чем ближе η реальных установок к 1, тем больше их эффективность. Малоэффективные установки имеют низкие значения КПД.

КПД дает правильную оценку энергетической эффективности, т.к. бузируется на использовании всех видов энергии, приведённых к одному виду, учитывающему работоспособность энергии (эксергии):

где: Э – количнство любой энергии;

τ – коэффициент работоспособности, показывает какое количество работы (L) может произвести данное количество энергии (Э):

Для энергий I группы (упорядоченной энергии) коэффициент работоспособности τ = 1.

Аналогично и для электроэнергии (N): τ N = 1.

Для энергий II группы (неупорядоченной энергии), τ ≠ 1. Так для тепла (Q) коэффициент работоспособности зависит от температурного уровня (Т) данного количества тепла: (Рис. 2).

Рис. 2. Пределы измерения τ q от Т

I. Котла

Тепловой коэффициент

II. Эл. станции (цикл Карно)

Коэффициент работы

(работоспособности)

III. Холодильной установки

Холодильный коэффициент

IV. Теплового насоса

Коэффициент трансформации

V. Теплообменника

Коэффициент теплообменника

Эксергия (работоспособность) тепла:

При Т = Т ос; τ q = 0. Это говорит о том, что любое количество тепла (Q) при Т ос не обладает работоспособностью (Е), т.е. не может произвести работу, (Е q = 0).

Для любых теплоэнергетических установок (аппаратов), где производится или потребляется тепло (Q) при Т > Тос коэффициент работоспособности тепла (τ q) находится в пределах от 0 до 1 т.е. для реальных установок 0 < τ q < 1. Поэтому, работоспособность (эксергия) любого количества тепла (Е = Q∙ τ q) всегда меньше данного количества тепла: E < Q.

Эксергия (работоспособность) различных видов энергии:

1) Эксергия работы: E L = L∙τ L = L∙1 = L

(эксергия работы = количеству работы)

2) Эксергия электроэнергии: E N = N∙τ N = N∙1 = N

(эксергия мощности = мощности)

3) Эксергия тепла:

(эксергия тепла зависит от его темпераьуры и прямо пропорциональна коэффициенту работоспособности τ q (рис 2).

Поэтому КПД отражающий действие (Д), которое является аналогом работы (L), должен включить и в числитель и в знаменатель величины связанные с работоспособностью энергии, т.е. эксергию:

Следовательно, только эксергетический КПД объективно отражает энергетическую эффективность любого аппарата, установки или системы. Его значения всегда находятся в пределах 0 ≤ η ≤ 1.

Отсюда КПД цикла Карно, т.е. идеального цикла будет равен1 (η = 1):

Очевидно, что η и для других установок будут находится в пределах 0 ≤ η ≤ 1, что является критерием правильной оценки энергетической эффективности любой установки и системы:

Для теплотехнической установки (котла) (табл.1);

где ; ;

Т – температура полученного тепла;

Т Т – температура горения топлива.

Для холодильной установки:

; где

Для теплового насоса:

; где

Для солнечного нагревателя:

; где

Для теплоэлектрической станции (ТЭС):

где N э – мощность электростанции;

Q – теплопроизводительность;

Q Т – тепло, подведённое к ТЭС (топливо, гео и т.д.);

Мощность циркуляционных насосов.

Используя эксергетический метод, можно изменить ценовую политику по определению стоимости отпускаемого тепла от ТЭЦ. Сейчас ТЭЦ отпускает тепло не учитывая его качество, которое зависит от температуры отпускаемого тепла. Например, если цена за Гкал составляет Ц = 600 руб/Гкал, то при изменении температуры, в соответствии с температурным графиком 150 – 70 и его уменьшении при повышении t наружного воздуха температура отпускаемого тепла от ТЭЦ понижается, т.е. тепло подается уже не при 150 ºС, а при более низких t, т.е. 140; 130; 110; 100 и т.д.

Следовательно, эксергия этого тепла уменьшается в соответствии с уменьшением коэффициента работоспособности τ q (табл. 2).

Поэтому цена за Гкал отпущенного тепла не должна оставаться постоянной, а должна уменьшаться с понижением температуры, отпускаемого тепла в соответствии с изменениями τ q (рис.3).

Рис. 3 Изменение стоимости тепла в зависимости от температурного уровня, отпускаемого тепла.

Выводы

1) Для определения энергетической эффективности используется:

а) целевые коэффициенты, которые могут приобретать значение больше 1;

б) коэффициенты полезного действия КПД, которые не могут быть больше 1;

2) КПД определяются на основе эксергетического метода, учитывающего потери;

3) На основе эксергетического метода анализа необходимо определить ценовую политику на отпускаемое тепло, эл. энергию и другие виды энергии.

Литература

1. Соколов Е.Я., Бродянский В.М., «Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения», М., Энергоиздат, 1981 г.

2. Бродянский В.М., «Эксергетический метод термодинамического анализа», М., Энергия, 1973 г.

Часть энергетического комплекса, снабжающая народное хозяйство преобразованными энергоносителями, включает электро- и теплоэнергетику. Их общественная миссия как базовых инфраструктурных отраслей (наряду с топливными) состоит в обеспечении энергетическое безопасности страны - важнейшего элемента национальной безопасности. Ведь энергия - один из главных факторов производства и формирования современного общества в целом.

Энергетика – область хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы; выработку, преобразование и использование различных видов энергии.

Теплоэнергетика – отрасль теплотехники, занимающаяся преобразованием тепловой энергии в другие виды энергии (механическую, электрическую).

Электроэнергетика является ведущим звеном энергетики страны. Рассматриваемая как производственно-технологический комплекс, она включает установки для генерирования электроэнергии, совместного (комбинированного) производства электрической и тепловой энергии, а также передачи электроэнергии к абонентским установкам потребителей

Электроэнергия - самый прогрессивный и уникальный энергоноситель. Ее свойства таковы, что она способна трансформироваться практически в любой вид конечной энергии, в то время как топливо, непосредственно используемое в потребительских установках, пар и горячая вода - только в механическую энергию и тепло разного потенциала.

Электрическая станция – промышленное предприятие, вырабатывающее электроэнергию и обеспечивающее ее передачу потребителям по электрической сети.

Теплоснабжение – обеспечение потребителей тепловой энергией.

Теплопотребляющая установка – комплекс устройств, использующих тепловую энергию для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, кондиционирования воздуха и технологических нужд.

Источник теплоты (тепловой энергии) – энергоустановка, производящая тепло (тепловую энергию)

Общественные функции и структура энергетики.

Электроэнергетика призвана выполнять следующие важные общественные функции:

Надежное и бесперебойное электроснабжение потребителей в соответствии с действующими государственными стандартами параметров качества электроэнергии.

Обеспечение дальнейшей электрификации народного хозяйства как процесса расширения использования электроэнергии для получения разных форм конечной энергии (механической, тепловой, химической и др.) и замены электричеством других энергоносителей.

Развитие теплофикации городов: процесса высокоэффективного централизованного теплоснабжения на основе комбинированной выработки электрической и тепловой энергии.

Вовлечение в топливно-энергетический баланс страны (через производство электрической энергии) возобновляемых источников энергии, низкокачественного твердого топлива, ядерной энергии. В этом случае в электроэнергетике сокращается использование дефицитных и высококачественных видов топлива, прежде всего природного газа, который находит более эффективное применение в других отраслях народного хозяйства.

Электроэнергия производится на электростанциях разных типов: тепловых (ТЭС), гидравлических (ГЭС), атомных (АЭС), а также на установках, использующих так называемые нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ). Основным типом электростанций являются тепловые, на которых используется органическое топливо уголь, газ, мазут. Среди НВИЭ наибольшее распространение в мире получили солнечные, ветровые, геотермальные электростанции, установки, работающие на биомассе и твердых бытовых отходах.

Тепловые электростанции оборудуются паротурбинными энергоблоками различных мощностей и параметров пара, а также газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми (ПГУ) установками. Последние могут работать и на твердом топливе (например, с внутри цикловой газификацией).

Основу производственного потенциала электроэнергетики России составляют электростанции общего пользования; на них приходится более 90% генерирующих мощностей. Остальная часть - ведомственные электростанции и децентрализованные энергетические источники.

В структуре мощностей электростанций общего пользования лидируют паротурбинные ТЭС (рис. 1).

Рис 1. Структура генерирующих мощностей электроэнергетики

Тепловые электростанции включают конденсационные (КЭС), генерирующие только электроэнергию, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых осуществляется комбинированная выработка электроэнергии и тепла. В топливном балансе ТЭС определяющую роль играет природный газ. Его доля составляет около 65% и превышает долю угля более чем в 2 раза. Участие нефтетоплива незначительное (менее 5%).

Первое определение : «Энергетика – топливно-энергетический комплекс страны; охватывает получение, передачу, преобразование и использование различных видов энергии и энергетических ресурсов».

Второе определение : «Энергетика – область хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу, сохранение (в том числе экономию) и использование различных видов энергии. Энергетика — одна из форм природопользования. В перспективе технически возможный объем получаемой энергии практически не ограничен. Однако энергетика имеет существенные ограничения по термодинамическим (тепловым) лимитам биосферы. Размеры этих ограничений, видимо, близки к количеству энергии, усваиваемому живыми организмами биосферы в совокупности с другими энергетическими процессами, идущими на поверхности Земли (удвоение этих количеств энергии, вероятно, катастрофично или, во всяком случае, кризисно отразится на биосфере). Указанный …
лимит близок 140 ¸ 150·10 12 Вт (фотосинтетические процессы — 104·10 12 Вт , геотермальная энергия — 32·10 12 Вт ), но следует учитывать охлаждающее антропогенное воздействие, оцениваемое в 150·10 12 Вт , из которого необходимо вычитать отепляющее воздействие этой же деятельности, приближающееся к 100 ¸ 150·10 12 Вт ».

Еще одно понятие : «Электроэнергетика – отрасль электротехники, занимающаяся проблемами получения больших количеств электрической энергии, передачи этой энергии на расстояние и распределения ее между потребителями. Развитие электроэнергетики идет по пути строительства крупных электрических станций (тепловых, гидравлических, атомных), объединяемых между собой линиями электропередачи высокого напряжения в энергетические системы, улучшения технико-экономических показателей оборудования для производства, преобразования и передачи энергии».

Энергетика по сути зародившись в XX столетии стала жизнеобеспечивающей отраслью деятельности человека. Развитие энергопроизводства тесно связано с потреблением, образуя единую систему «производитель-потребитель». Энергопроизводство не может работать на склад. Оно наращивается вместе с потребностью в ней, а недостаток энергии может тормозить дальнейшее развитие цивилизации. По состоянию на начало XXI века энергетика удовлетворяет только около 80 % общего мирового потребления электроэнергии. Дефицит ее в отдельных регионах сдерживает дальнейшее развитие общества, прогресс отдельных национальностей и стран. Нехватка энергоресурсов в регионах мира влияет не только на материальное благосостояние общества, но и на политический климат, создавая различные варианты так называемого системного кризиса, провоцирующего вооруженные конфликты за обладание и контроль над природными запасами энергоисточников (природный газ, нефть и др.).

Научно-технический прогресс невозможен без существования и развития энергетики и электрификации. Для повышения производительности труда огромное значение имеет механизация и автоматизация производственных процессов, т.е. замена человеческого труда машинным. Однако подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических моторов различных механизмов.

Понятие «энергетика» тесно связано с ключевым словом «энергия» : «Энергия – общая мера различных форм движения материи, рассматриваемых в физике. Для количественной характеристики качественно различных форм движения и соответствующих им взаимодействий вводят различные виды энергии: механическую, внутреннюю, гравитационную, электромагнитную, ядерную и т.д. В замкнутой системе выполняется закон сохранения энергии. В теории относительности установлена универсальная связь между полной энергией тела и его массой: , где с – скорость света в вакууме».

Наиболее часто человек пользуется двумя видами энергии — электрической и тепловой. Эти виды энергии человечеству необходимы, причем потребности в них возрастают с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газов и ядерного) конечны. Поэтому на сегодняшний день важно найти выгодные источники энергии, не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкции, эксплуатации, надежности материалов, необходимых для существования и долговечности электростанций.

Учитывая все вышесказанное схематически производство и потребление тепло- и электроэнергии можно представить следующим образом (рис.1.1). Существует некоторый источник генерации потенциальной энергии 1 (например, котел на ТЭС, реактор на АЭС, плотина на ГЭС). Генерация потенциальной энергии происходит за счет химических реакций при сжигании топлива; ядерных реакций расщепления атомов урана или естественного кругооборота воды в природе. Потенциальная энергия преобразовывается в механическую энергию вращения ротора паровой или гидравлической турбины 2. В свою очередь, механическая энергия преобразуется в электрическую в электрогенераторе 3. Затем электрическая энергия трансформируется в удобную для передачи на дальние расстояния форму на подстанции 4. Все эти преобразования происходят в едином комплексе, называемом электрической станцией 5. По линиям электрических передач 6 (помните знаменитые «ЛЭП-500 не простая линия») энергия может передаваться на расстояния, измеряемые сотнями километров к месту потребления. Здесь также установлены подстанции 7 для преобразования электрической энергии в форму удобную для потребления и передачи ее потребителю 8. Например, для бытового потребителя необходимо иметь электрический ток на входе с параметрами 220 В и 50 Гц . Тепловая энергия, как правило, производится на тепловых электростанциях 5 и через бойлерные установки 9 по тепловым сетям 10 насосами 11 направляется к потребителю 8.

Именно такое производство тепло- и электроэнергии для человека оказалось наиболее удобным и универсальным при потреблении. Конечно, хотелось бы иметь более индивидуальный и более удобный источник энергии, но его, к сожалению, нет. А как было бы приятно иметь маленький источник энергии в кармане, чтобы он всегда был «при мне», и чтобы его можно было бы по необходимости включать и выключать для обогрева, освещения, приготовления пищи или для просмотра и прослушивания телевизора, приемника и т.д. При этом можно забыть о существовании громадных малоэффективных электростанций, о добыче топлива для них, о строительстве дамб, перекрывающих реки и затапливающих плодородные земли. Однако в настоящее время это всего лишь мечты.

Рис. 1.1. Схема производства и потребления тепло- и электроэнергий

1 – генератор потенциальной энергии; 2 – турбина; 3 – электрогенератор; 4 – трансформаторы электроэнергии; 5 – электростанция; 6 – линии дальних передач; 7 – сетевые подстанции; 8 – потребитель; 9 – котельная – бойлерная тепловых сетей; 10 – тепловые сети; 11 – сетевой насос.

Проблема энергоснабжения прямо или косвенно затрагивает интересы всех жителей планеты, даже тех, кто о ней представления не имеет. Человек стал венцом творения природы лишь с того момента, когда он напрямую стал осваивать энергию; сначала механическую в виде палочного рычага. Однако на собственной мускулатуре далеко не уедешь, хотя Архимед и верил, что можно перевернуть весь мир, лишь бы был рычаг. Тепловая энергия, которая досталась человеку как подарок от Прометея (по легенде), оказалась более благодатной по своим возможностям. Но и она не смогла обеспечить постоянно возрастающие потребности человека. Только электроэнергия оказалась способной передаваться на большие расстояния в больших количествах и трансформироваться легко и быстро в любой другой вид энергии.

Здравомыслящие руководители государств и обществ с момента зарождения электроэнергетики (конца Х1Х — начала ХХ веков) поняли, что для обеспечения экономического роста электроэнергетика должна иметь опережающее развитие. Это позволило странам, вставшим на путь электрификации, совершить прорыв в экономической, научно-технической, социальной и культурной сферах. Однако со временем рост промышленно-энергетического производства вошел в противоречие с экологическими проблемами. Развитие социального и культурного самосознания способствовали возникновению ситуации, когда в обществе стало возникать некоторое противодействие промышленно-энергетическому развитию. Таким образом, возникла обратная связь, влияющая на экономику. Рост уровня потребления, ставший возможным благодаря развитию энергетики, шел на Западе практически параллельно с развитием понимания ценности человеческой жизни. В обществе формировалась идея: богатая жизнь в загрязненной природной среде абсурдна. Борьба за чистоту окружающей среды стала реальным фактором жизни многих стран. Появилось практическое следствие этого в сферах экономики, политики и международных отношений. Например, перенос энергоемких и грязных производств в другие экономически слабо развитые страны путем экспорта капитала.

В энергетике обсуждается вопрос – возможна ли в электроэнергетике рыночная конкуренция. Рыночная конкуренция возможна только между независимыми, работающими на одном направлении, системами. Система по определению это объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, а также знаний о природе и обществе. В науке и технике это множество элементов (узлов, агрегатов, приборов и т.д.), понятий, образующих некоторую целостность и подчиненных определенному руководящему принципу. Что можно рассматривать как систему в энергетике? Электроэнергия не может производиться на склад или аккумулироваться. Если где-то включили электродвигатель (аппарат, лампочку…), то на электростанции должно быть увеличено производство электроэнергии ровно на столько же. Поэтому в энергетике производитель закономерно связан с потребителем и, таким образом, системой здесь необходимо рассматривать единство «производитель – потребитель электроэнергии». Как можно организовать конкуренцию в такой системной связи? Это будет либо сговор, либо обман. Конкуренцию можно организовывать только между отдельными системами, обеспечивающими жизнедеятельность какой-то третьей системы. Например, энергомашиностроительные заводы могут конкурировать между собой при создании котлов, турбин и другого оборудования; станкостроительные заводы и др. В единой системе энергетика является основной образующей любого производства. Индивидуальный потребитель (человек) также становится зависимым от производителя энергии. Поэтому отдать энергетику в частные руки это, значит, потерять контроль над страной. Энергетика должна быть под государственным контролем, как это и делается во многих странах. В России со стороны государства в настоящее время контроль над энергетикой несколько ослаблен. Большинство электростанций уже давно выработали свой моторесурс. В связи с этим наша энергетика нуждается в новых идеях (новых планах ГОЭЛРО), в новых разработках, способствующих дальнейшему ее взлету, что даст надежду людям в освоении новых высоких творческих и промышленных успехов.

При проектировании дуговой сталеплавильной печи выбор мощности печного трансформатора производится на основании энергетического баланса печи в период расплавления и по результатом этого баланса определяется кроме необходимой мощности печного трансформатора и длительность расплавления и удельный расход электроэнергии в период расплавления, т.е. важнейшие параметры печи, определяющие ее производительность и технико-экономическую эффективность.

Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака.

К концу периода плавления за счет угара и физических потерь с удаленным из печи шлаком происходит потеря некоторой части загруженного в печь металла. По уточненным данным эти потери Кп составляют до 3 % массы лома.

1. Для получения заданного количества жидкого металла в печь необходимо загрузить увеличенное количество скрапа, исходя из соотношения:

где Gзагр - масса загружаемого в печь скрапа;

Gж - масса жидкого металла в конце периода плавления;

Kп - потери металла по отношению к массе загружаемого в печь скрапа,%;

2. Энергия, необходимая для нагрева и расплавления скрапа:

W1 = Gзагр · С1 · (tпл - t0) + 0,278· лж= 87,63 · 179 · (1600-50) + 750 · 0,278= 24313152 Вт · ч

где С1 - средняя удельная теплоемкость материала в интервале от начальной

температуры до температуры плавления, Вт · ч/(кг · 0С)

tпл - температура плавления, ос;

tпер - заданная температура перегрева, 0С;

лж - скрытая теплота плавления жидкого металла, кДж/кг;

3. Энергия, необходимая для перегрева расплавленного металла (Вт · ч):

W2 = Gж · С2 · tпер =87,63· 181 · 50 = 793051,5 Вт · ч

где С2 - средняя удельная теплоемкость жидкого материала в интервале от температуры плавления до заданной температуры перегрева, Вт · ч / (кг ·0С).

4. Энергия, необходимая для нагрева и расплавления шлакообразующих материалов, а также для перегрева расплавленного шлака, равна (Вт · ч):

W3 = Gш · (Сш · (tпер - tпл) + лш·0,278)= 5,26 · (34 · (1600-50) + 752·0,278) = 278301,66 Вт · ч.

где Gш - масса шлака (кг) принимается по отношению к массе загружаемого в печь скрапа и зависит от условий проводимой технологии.

Gш =87,63 · 0,06=5,26т.

5. Суммарная энергия периода расплавления:

Wпол = W1 + W2 + W3 = 24313152+793051,5+278301,66 =25384505,2 Вт · ч

Определение тепловых потерь через футеровку:

При работе ДСП огнеупорная кладка стен и свода с каждой плавкой изнашивается и утончается. Принимая, что к концу компании кладка может износиться на 50 % первоначальной ее толщины, вводить в расчет 0,75 толщины огнеупорной кладки. К футеровке подины эта рекомендация не относится.

1. Определим удельный тепловой поток нижнего участка стены при толщине равной:

0,75· 0,46=0,345м.

2. Коэффициент теплопроводности магнезитохромитового кирпича:

Температуру внутренней поверхности огнеупорной кладки принимаем равной єС, температуру окружающего воздуха єС. Температурой внешней поверхности кладки задаемся в первом приближении (для определения tср) єС.

3. При этих условиях определяем коэффициент теплопроводности:

где = 31,35 Вт/(м2К) - коэффициент теплоотдачи с поверхности кожуха.

4. Толщина верхнего участка стены:
5. Задаемся температурой кожуха єС и определяем коэффициент теплопроводности:
6. Расчетная внешняя поверхность каждого участка стен равна:

7. Суммарные тепловые потери через стены печи:

Для определения удельных потерь принимаем температуру внутренней поверхности футеровки подины t1=1600єС и задаемся в первом приближении температурой внешней футеровки, а также температурой на границе огнеупорного и теплоизоляционного слоев футеровки