Что относится к энергетическим ресурсам
Глава 2 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Общие положения
Энергетическими ресурсами называют выявленные природные запасы различных видов энергии, пригодные для использования в широких масштабах для народного хозяйства. К основным видам энергетических ресурсов в современных условиях относятся: уголь, газ, нефть, торф, сланцы, гидроэнергия и атомная энергия. Энергетические ресурсы используют для получения того или иного вида энергии. Под энергией понимается способность какой-либо систе-
мы производить работу или тепло. Получение требуемого количества энергии связано с затратой какого-либо рода энергетического ресурса.
Энергоресурсы, также как и энергия, могут быть первичными и вторичными. Первичные ресурсы имеются в природе в начальной форме. Среди них выделяют возобновляемые и невозобновляемые.
Возобновляемые ресурсы восстанавливаются постоянно. К ним относятся: излучение солнца, энергия ветра, волн, морских течений, приливов, биомассы, гидроэнергия, геотермальная и гравитационная энергии.
Если исходная форма первичных энергоресурсов в результате превращения или обработки изменяется, то образуются вторичные энергоресурсы (ВЭР) и соответственно вторичная энергия. К таким ресурсам относятся все первичные энергоресурсы после одного или нескольких превращений:
твердые — торф (брикеты), бурый уголь (обогащенный), кокс; газообразные — искусственный и жидкий газ, водород; жидкие — мазут, дизельное топливо, горючие масла.
3. Тепловая энергия — пар, горячая вода, отходы тепла.
4. Потери на превращение энергии, ее транспорт (передачу) и
распределение.
Для соизмерения ресурсов и определения действительной экономичности их расходования принято использовать понятие «условное топливо». Его низшую рабочую теплоту сгорания Qp принимают равной 29 300 ГДж/кг (7000 Гкал/кг). Зная теплоту сгорания и количество натурального топлива (н.т.), можно определить эквивалентное число тонн условного топлива, ту.т.:
где ВШТ — количество натурального топлива, т н.т.
В современных условиях 80. 85 % энергии получают, расходуя невозобновляемые энергоресурсы. Преобразование топлива в конечные виды энергии связано с вредными выбросами твердых частиц, газообразных соединений, а также большого количества тепла, воздействующих на окружающую среду.
Возобновляемые энергоресурсы (исключая гидроэнергетические) не нуждаются в транспортировке к месту потребления, но обладают низкой концентрацией энергии, поэтому преобразование энергии большинства возобновляемых источников требует больших затрат материальных ресурсов и, следовательно, больших удельных затрат денежных средств (р./кВт) на каждую установку. В экологическом отношении возобновляемые источники энергии обладают наибольшей чистотой. Из возобновляемых энергоресурсов в настоящее время в основном используются гидроэнергия и в относительно малых количествах энергия солнца, ветра, геотермальная энергия. Из всех видов потребляемой энергии наибольшее распространение получила электроэнергия.
Дата добавления: 2015-08-01 ; просмотров: 5328 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Энергетические ресурсы. Основные понятия
Энергетика, энергосбережение и
Общество в целом и каждый человек в отдельности не может обходиться без потребления энергии.
Тепловая энергия используется человеком для обеспечения необходимых условий его существования, для развития и совершенствования общества, для получения электрической энергии на тепловых электростанциях, для технологических нужд производства, для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Источниками энергии могут служить вещества и системы, энергетический потенциал которых достаточен для последующего целенаправленного использования.
Энергетические ресурсы – это любые источники механической, химической и физической энергии.
Энергетические ресурсы можно разделить на:
Ø первичные, источник которых – природные ресурсы и природные явления;
Ø вторичные, куда относятся промежуточные продукты обогащения и сортировки углей; гудроны, мазуты и другие остаточные продукты переработки нефти; щепки, пни, сучья при заготовке древесины; горючие газы; тепло уходящих газов; горючая вода из систем охлаждения; отработанный пар силовых промышленных установок.
Первичные энергетические ресурсы делят на:
— невозобновляемые или истощаемые (уголь, нефть, сланцы, природный газ, горючее);
— возобновляемые (древесина, гидроэнергия, энергия ветра, геотермальная энергия, торф, термоядерная энергия);
Около 90% используемых в настоящее время энергоресурсов составляют невозобновляющиеся (уголь, нефть, природный газ, уран и т.п.) благодаря их высокому энергетическому потенциалу, относительной доступности и целесообразности извлечения; темпы добычи и потребления их обусловливают энергетическую политику.
Эффективность использования энергоресурсов определяется степенью преобразования их энергетического потенциала в конечную используемую продукцию или потребляемые конечные виды энергии (механическая энергия движения, теплота для систем отопления или технологических нужд и т.д.), что характеризуется коэффициентом полезного использования энергоресурсов ηэр:
1.2. Истощаемые и возобновляемые энергетические
ресурсы. Виды топлива, их состав и теплота сгорания.
Мировой запас угля оценивается в 9-11 трлн.т. (условного топлива) при добыче более 4,2 млрд./год. Наибольшие разведанные месторождения уже находятся на территории США, СНГ, ФРГ, Австралии. Общегеологические запасы угля на территории СНГ составляют 6 трлн.т. /50% мировых/, в т.ч. каменные угли 4,7 и бурые угли – 2,1 трлн.т. Ежегодная добыча угля – более 700 млн.т., из них 40% открытым способом.
Человечество ещё, по крайней мере, 50 и более лет сможет обеспечить значительную часть своих потребностей в различных видах энергии за счет органического топлива. Ограничить чрезмерное их потребление могут два фактора:
— очевидная исчерпаемость запасов топлива;
— осознание неизбежности глобальной катастрофы из-за увеличения вредных выбросов в атмосферу.
К ресурсам возобновляемой энергии относятся:
— сток рек, волны, приливы и отливы, ветер как источники механической энергии;
— градиент температур воды морей и океанов, воздуха, недр земли /вулканов/ как источники тепловой энергии;
— солнечное излучение как источник лучистой энергии;
— растения и торф как источник химической энергии.
Топливо— вещество, выделяющее при определенных экономически целесообразных условиях большое количество тепловой энергии, которая в дальнейшем используется непосредственно или преобразуется в другие виды энергии.
Ø горючее— выделяет тепло при окислении, окислитель- обычно О2, N2, азотистая кислота, перекись водорода и пр.
Более 90% потребляемой энергии образуется при сжигании естественного органического топлива 3 видов:
¨ твердое топливо (уголь, торф, сланцы).
¨ жидкое топливо (нефть и газоконденсаты).
¨ газообразное топливо (природный газ, СН4, попутный газ нефти).
Различают три стадии преобразования исходного органического материала:
Жидкая смесь углеводородов мигрировала сквозь пористые породы, при этом образовались месторождения нефти, газа; высокое содержание минеральных примесей приводило к возникновению горючих сланцев.
Твердое и жидкое органическое топливо характеризуется сложностью химического состава, поэтому обычно дается только процентное содержание (элементный или элементарный процентный состав топлива) химических элементов, без указания структур соединений.
Состав твердого и жидкого топлива выражается в % по массе, при этом за 100% могут быть приняты:
4) сухая беззольная масса;
5) органическая масса.
При охлаждении продуктов сгорания влага может конденсироваться, выделяя теплоту парообразования. Поэтому различают высшую — без учета конденсации влаги, и низшую — теплоту сгорания, при этом:
Средние теплоты сгорания, кДж/кг(кДж/м 3 )
,
Твердое органическое топливо по степени углефикации делится на древесину, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит.
Эти продукты сгорания оказывают большое влияние на КПД топочного оборудования (загрязнения, зашлаковка), надежность работы (разрушение обмуровок, пережог труб).
Синтетическое топливо (полукокс, кокс, угольные смолы) в Беларуси не используется.
Общеизвестны страны, обладающие самыми богатыми месторождениями нефти, при этом разведанные запасы нефти все время увеличиваются; прирост идет в основном за счет морских шельфов. Если некоторые страны берегут свои запасы в земле (США), другие (Россия) интенсивно их «выкачивают». Общие запасы нефти в мире ниже, чем угля, но более удобное для использования топливо, особенно в переработанном виде. После подъема через скважину нефть подается потребителям в основном нефтепроводами, железной дорогой, танкерами, расстояние может достигать нескольких тысяч километров. Поэтому в себестоимости нефти существенную долю имеет транспортная составляющая. Энергосбережение при добычи и транспортировке жидкого топлива заключается в уменьшении расхода электроэнергии на прокачку (удаление вязких парафинистых компонентов, нагрев нефти, применение экономичных насосов, увеличение диаметров нефтепроводов).
Природный газ располагается в залежах, представляющих собой купола из водонепроницаемого слоя (типа глины), под которым в пористой среде (передатчик) под давлением находится газ, состоящая в основном из СН4. На выходе из скважины газ очищается от песчаной взвеси, капель конденсата и других включений и подается на магистральный газопровод диаметром 0,5…1,5 м длиной несколько тысяч километров. Давление газа в газопроводе поддерживается на уровне 5 МПа при помощи компенсаторов, установленных через каждые 100…150 км. Компрессоры вращаются газовыми турбинами, потребляющими газ, общий расход газа составляет 10…12% от всего прокачиваемого. Поэтому транспорт газообразного топлива весьма энергозатратен. Транспортные расходы намного ниже для сжигания газа, но и доля его потребления мала. Энергосбережение при добычи и транспорте газообразного топлива заключается в использование передовых технологий бурения, очистки, распределения, повышения экономичности газотурбинных установок для привода компрессоров магистралей.
Для всех видов топлива коэффициент извлечения из недр составляет 0,3…0,6, а для его увеличения требуется существенные затраты.
1.3. Основные типы электростанций.
Электрическая станция – предприятие или установка, вырабатывающая электроэнергию путем преобразования других видов энергии.
Электрические станции вырабатывают электрическую и тепловую энергию для нужд народного хозяйства страны и коммунально-бытового обслуживания. В зависимости от источника энергии различают:
Энергетические ресурсы РФ
Энергетические ресурсы – это разные виды природных ресурсов, необходимых для выработки электрической энергии.
К энергетическим ресурсам относятся: топливные (горючие) полезные ископаемые – природный газ, нефть, каменный и бурый уголь, горючие сланцы и торф; водная энергия рек, особенно горных рек; энергия радиоактивных химических элементов (уран, плутоний); солнечная энергия; ветровая энергия; энергия морских приливов и отливов; геотермальная энергия (внутреннее тепло Земли).
Россия обладает большими запасами энергетических ресурсов. Так, по запасам (48 трл тонн) и добыче природного газа Россия – на 1-м месте в мире (1/3 часть всех мировых запасов). По запасам нефти (1/7 часть всех мировых запасов) Россия входит в первую десятку стран мира, а по ее добыче занимает 1—3 места. По угольным запасам (1/8 часть всех мировых запасов) занимает 1-е место в мире, а по добыче – 3-е место. Как по запасам, так и по добыче урановых руд Россия входит в первую десятку стран мира.
В России на 1 человека потребляется около 4000 кг условного топлива (у. т.), что почти в 2 раза больше среднемирового уровня (2100 кг).
Энергоресурсы в России находятся в основном в ее азиатской части (3/4 всего угля, более 2/3 нефти и свыше 9/10 газа), в то время как население и производство сконцентрированы в европейской части. Такая диспропорция создает проблему добычи и транспортировки энергоресурсов с востока на запад России.
В России из всех энергетических ресурсов важнейшее значение имеют топливные ресурсы (газ – 50%, нефть – 29%, уголь – 14%). Первое место в России по запасам и добыче горючих полезных ископаемых занимает Западная Сибирь, в северной части которой добывают природный газ, в средней – нефть, а на юге (в Кузбассе) – каменный уголь. Затем следуют районы Урало-Поволжья (нефть, газ, бурый уголь), Северного Кавказа (каменный уголь Донбасса, нефть и газ кавказского краевого прогиба), северо-восточной части Русской равнины (Печорский каменноугольный бассейн и Ухтинская нефтегазоносная провинция в Республике Коми) и Восточной Сибири (бурый уголь Канско-Ачинского бассейна, каменный уголь Иркутского бассейна, Южно-Якутский каменноугольный бассейн – месторождение Нерюнгри и Вилюйская нефтегазоносная провинция в Якутии). Большое значение имеют шельфовые участки морей, омывающих территорию России, на которых обнаружено углеводородное сырье. Промышленная добыча нефти и газа ведется в Каспийском, Баренцевом, Карском и Охотском морях.
Россия занимает 2-е место в мире по гидроэнергетическому потенциалу (энергия рек) (2500 млрд кВт·ч), большая часть которого сосредоточена в азиатской части (85%). На долю Дальнего Востока приходится 53%, Восточной Сибири – 26% суммарного гидропотенциала России. Гидроэнергия Енисея и Ангары от всего гидроэнергетического потенциала – 28%.
Основные месторождения урановой руды расположены в Восточной Сибири (Краснокаменск в Читинской области) и в Северном районе.
Благоприятные перспективы использования солнечной энергии есть на Северном Кавказе, в Нижнем Поволжье и в Забайкалье, т. е. в районах, где в году много ясных солнечных дней.
К числу нетрадиционных источников энергии относится ветровая энергия. Самые ветряные районы в расположены вдоль береговой линии Северного Ледовитого океана и в Калининградской области.
На Кольском полуострове, в Кислой губе есть небольшая электростанция, работающая на энергии морских приливов и отливов. Большие возможности для строительства такого рода электрических станций имеются на побережье Охотского моря, где приливы достигают 18 м.
Источники геотермальной энергии есть в сейсмически активных зонах Земли. Это Камчатка (в Долине гейзеров работает небольшая электростанция) и Курильские острова.
ТЭК – это группа отраслей, занимающихся добычей и переработкой топлива, выработкой электроэнергии и доставкой ее потребителю. На развитие ТЭК затрачивается в РФ почти 30% средств, выделяемых государством для промышленности. ТЭК связан с другими межотраслевыми комплексами. Например, транспортный комплекс перевозит грузы для ТЭК, МК производит оборудование, машины. Основа экспорта России – нефть, газ, уголь в зарубежные страны – также приходятся на ТЭК, они составляют 40% от общего объема экспорта по стране.
топливную промышленность (Добыча и переработка угля, нефти, газа, сланца и торфа. Переработка топлива происходит у мест добычи, на путях грузопотоков, в районах потребления топлива.)
электроэнергетику (Производство электроэнергии на ТЭС (ТЭЦ, КЭС), ГЭС, АЭС. Передача электроэнергии по ЛЭП.)
В состав ТЭК входят нефте- и газопроводы, образующие единую сеть.
Энергетика – фундамент экономики, основа всего материального производства, ключевой элемент жизнеобеспечения страны и основа экспортной базы страны. Электроэнергетика – один из важнейших показателей уровня развития экономики и страны. Использование энергетических ресурсов – один из показателей уровня развития цивилизации. Без топлива и электроэнергии невозможно развитие любой отрасли экономики.
Энергетика является одним из факторов размещения экономики, т. к. ТЭК располагается вблизи крупных источников энергии (угольных и нефтяных бассейнов), мощных электростанций, у которых вырастают целые промышленные районы, создаются города и поселки, т. е. ТЭК играет районообразующую роль. Технический прогресс увеличивает расстояния, на которые передается топливо и электроэнергия. Это способствует развитию районов, бедных собственными источниками энергии, и более рациональному размещению экономики.
Роль электроэнергетики и обеспечивающей ее топливной промышленности в переводе всей экономики на современную техническую основу была определена в плане ГОЭЛРО в 1920 году, т. к. на использование электроэнергии базировалась вся техника. Поэтому масштабы, технологический уровень, темпы развития всех отраслей экономики зависят от ТЭК. Внедрение прогрессивной техники и технологий, связанных с НТП, в экономику требует энерговооружения труда рабочих, т. е. затраты всех видов энергии в расчете на одного занятого в производстве.
Россия – единственная страна в мире, которая практически полностью обеспечена собственными энергоресурсами, но размещены они по территории страны неравномерно. Свыше 90% запасов приходится на Сибирь и Восток. В Западной Сибири добывается 70% нефти и газа, 50% угля, а 75% энергии потребляется в европейской части страны. Это является основной экономико-географической проблемой энергетики России, т. к. требует перевозок на огромные расстояния.
Задачи для перспективного развития ТЭК:
внедрение новых технологий во все отрасли ТЭК, а также создание энергосберегающих технологий
пересмотр взаиморасчетов со странами СНГ, т. к. ТЭК обслуживает и страны СНГ
использование нетрадиционных источников энергии
Виды энергетических ресурсов:
Топливные (уголь, нефть, газ, сланцы, торф).
Гидроресурсы (сила падающей воды, приливов и отливов).
Атомные ресурсы – атомная энергия урана, радия, тория.
Нетрадиционные ресурсы (энергия солнца, ветра, геотермальная энергия).
Из суверенных государств СНГ:
Украина обеспечена углем и частично нефтью и газом
Казахстан – углем и нефтью (п-ов Магышлак и Тэнгизское месторождение)
Азербайджан – нефтью и газом
Туркменистан – газом и нефтью
В других государствах или совсем отсутствуют топливные ресурсы или есть небольшие месторождения (Молдавия – нет, Грузия – уголь, Армения – ГЭС, Киргизстан – уголь).
ТЭБ – топливно-энергетический баланс.
Развитие хозяйства связано с непрерывным ростом ТЭК при одновременном проведении жесткой политики энергосбережения. Чтобы учитывать пропорции в добыче различных видов топлива, производстве энергии и распределении их между различными потребителями, используют ТЭБ.
Соотношение добычи различных видов топлива и выработки энергии (приход) и использовании их в экономике (расход) называют ТЭБ. Поскольку при сгорании 1 кг топлива выделяется неодинаковое количество топлива, топливный баланс рассчитывают в единицах условного топлива. Для составления ТЭБ все виды топлива переводят в условные. Теплота сгорания 1 кг каменного угля определена в 2000 ккал, а тепловой коэффициент = 1. 1 кг – 2 Квт/час электроэнергии с учетом КПД электростанций.
В системе ТЭК от добычи горных ископаемых и производства электроэнергии на электростанциях до потребления топлива и электроэнергии коэффициент полезного использования ресурсов = 43%. Это значит, что 57% теряются ежегодно на электростанциях, при транспортировке. Поэтому необходимо принимать меры, направленные на сбережение топлива и электроэнергии.
Топливный баланс. | |||
Уголь | 48% | 66% | 14% |
Нефть | 31% | 17,4% | 33% |
Газ | — | 2,3% | 37% |
Другие виды топлива | 21% | 13,3% | 16% |
Таким образом, с 50 по 93 год ТБ превратился из угольного в нефтегазовый. Начиная с 1990 года, перспективное значение принимает газ и уголь открытой добычи. В целом же, пока на долю нефти и газа приходится около 70% всей добычи и использования топлива.
3. Роль и значение ТЭК для экономики и внешней торговли Росссии
Проблемы и угрозы энергетической безопасности России
Под энергетической безопасностью принято понимать защищенность государства и его экономики от угроз дефицита в обеспечении энергетических потребностей экономически доступными энергоресурсами приемлемого качества. Реализация таких угроз влечет за собой ухудшение экономической или политической стабильности, социально-экономического положения стран, замедление или полное прекращение экономического роста.
Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме:
Второй закон связан с понятием энтропии, являющейся мерой хаоса (или мерой порядка). Второй закон термодинамики гласит, что для вселенной в целом энтропия возрастает.
Существует два классических определения второго закона термодинамики :
Не существует циклического процесса, который извлекает количество теплоты из резервуара при определенной температуре и полностью превращает эту теплоту в работу. (Невозможно построить периодически действующую машину, которая не производит ничего другого, кроме поднятия груза и охлаждения резервуара теплоты)
Не существует процесса, единственным результатом которого является передача количества теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. (Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара)
Оба определения второго закона термодинамики опираются на первый закон термодинамики, утверждающий, что энергия убывает.
Циклы ЭУ
Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).
Конвекция осуществляется путем перемещения в пространстве неравномерно нагретых объемов среды. При этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.
Тепловое излучение характеризуется переносом энергии от одного тела к другому электромагнитными волнами.
В гидравлике различают следующие характеристики потока: живое сечение, смоченный периметр, гидравлический радиус, расход, средняя скорость.
Живым сечением потока называется поверхность (поперечное сечение), нормальная ко всем линиям тока, его пересекающим, и лежащая внутри потока жидкости. Площадь живого сечения обозначается буквой Й. Для элементарной струйки жидкости используют понятие живого сечения элементарной струйки (сечение струйки, перпендикулярное линиям тока), площадь которого обозначают через dЙ.
Смоченный периметр потока – линия, по которой жидкость соприкасается с поверхностями русла в данном живом сечении. Длина этой линии обозначается буквой c.
В напорных потоках смоченный периметр совпадает с геометрическим периметром, так как поток жидкости соприкасается со всеми твёрдыми стенками.
Гидравлическим радиусом R потока называется часто используемая в гидравлике величина, представляющая собой отношение площади живого сечения S к смоченному периметру c:
Закон (уравнение) Бернулли является (в простейших случаях [1][2][3][4] ) следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости:
— плотность жидкости,
— скорость потока,
— высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,
— давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости,
— ускорение свободного падения.
Константа в правой части часто называется полным давлением и зависит, в общем случае, от линии тока.
Размерность всех слагаемых — единица энергии, приходящаяся на единицу объёма жидкости. Первое и второе слагаемое в интеграле Бернулли имеют смысл кинетической и потенциальной энергии, приходящейся на единицу объёма жидкости. Следует обратить внимание на то, что третье слагаемое по своему происхождению является работой сил давления (см. приводимый в приложении вывод уравнения Бернулли) и не представляет собой запаса какого-либо специального вида энергии («энергии давления» [10] ).
Соотношение, близкое [11] к приведенному выше, было получено в 1738 г. Даниилом Бернулли, с именем которого обычно связывают интеграл Бернулли. В современном виде интеграл был получен Иоганном Бернулли около 1740 года.
Для горизонтальной трубы высота постоянна и уравнение Бернулли принимает вид: .
Эта форма уравнения Бернулли может быть получена путём интегрирования уравнения Эйлера для стационарного одномерного потока жидкости, при постоянной плотности : .
Согласно закону Бернулли, полное давление в установившемся потоке жидкости остается постоянным вдоль этого потока.
Полное давление состоит из весового , статического и динамического давлений.
Из закона Бернулли следует, что при уменьшении сечения потока, из-за возрастания скорости, то есть динамического давления, статическое давление падает. Это является основной причиной эффекта Магнуса. Закон Бернулли справедлив и для ламинарныхпотоков газа. Явление понижения давления при увеличении скорости потока лежит в основе работы различного рода расходомеров (например труба Вентури), водо- и пароструйных насосов. А последовательное применение закона Бернулли привело к появлению технической гидромеханической дисциплины — гидравлики.
Закон Бернулли справедлив в чистом виде только для жидкостей, вязкость которых равна нулю. Для приближённого описания течений реальных жидкостей в технической гидромеханике (гидравлике) используют интеграл Бернулли с добавлением слагаемых, учитывающих потери на местных и распределенных сопротивлениях.
Цепна́я я́дерная реа́кция — последовательность единичных ядерных реакций, каждая из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге последовательности. Примером цепной ядерной реакции является цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов, при которой основное число актов деления инициируетсянейтронами
, полученными при делении ядер в предыдущем поколении.
Цепные реакции широко распространены среди химических реакций, где роль частиц с неиспользованными связями выполняют свободные атомы илирадикалы. Механизм цепной реакции при ядерных превращениях могут обеспечить нейтроны, не имеющие кулоновского барьера и возбуждающие ядра при поглощении. Появление в среде необходимой частицы вызывает цепь следующих, одна за другой реакций, которая продолжается до обрыва цепи вследствие потери частицы-носителя реакции. Основных причин потерь две: поглощение частицы без испускания вторичной и уход частицы за пределы объёма вещества, поддерживающего цепной процесс. Если в каждом акте реакции появляется только одна частица-носитель, то цепная реакция называется неразветвлённой. Неразветвлённая цепная реакция не может привести к энерговыделению в больших масштабах.
При работе реактора в тепловыводящих элементах (твэлах), а также во всех его конструктивных элементах в различных количествах выделяется теплота. Это связано с торможением осколков деления, бета- и гамма- излучением осколков и ядер, испытывающих взаимодействие с нейронами, и, наконец, с замедлением быстрых нейронов. Осколки при делении ядра топлива классифицируются по скоростям, соответствующим температуре в сотни миллиардов градусов.
Особенность ядерного реактора состоит в том, что 94% энергии деления превращается в теплоту мгновенно, т.е. за время, в течение которого мощность реактора или плотность материалов в нем не успевает заметно измениться. Поэтому при изменении мощности реактора тепловыделение следует без запаздывания за процессом деления топлива. Однако при выключении реактора, когда скорость деления уменьшается более чем в десятки раз, в нем остаются источники запаздывающего тепловыделения (гамма- и бета-излучение продуктов деления), которые становятся преобладающими.
Мощность ядерного реактора пропорциональна плотности потока нейронов в нем, поэтому теоретически достижима любая мощность. Практически же предельная мощность определяется скоростью отвода теплоты, выделяемой в реакторе. Удельный теплосъем в современных энергетических реакторах составляет 102-103 МВт/м3. От реактора теплота отводится циркулирующим через него теплоносителем. Характерной особенностью реактора является остаточное тепловыделение после прекращения реакции деления, что требует отвода теплоты в течение длительного времени после остановки реактора. Хотя мощность остаточного тепловыделения значительно меньше номинальной, циркуляция теплоносителя через реактор должна обеспечиваться очень надежно, так как остаточное тепловыделение регулировать нельзя. Удаление теплоносителя из работавшего некоторое время реактора категорически запрещено во избежание перегрева и повреждения тепловыделяющих элементов.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ
20.
Преобразование энергии электростанциями может быть разных типов, как гидравлическими, так и тепловыми (в их число входят и атомные), это зависит от рода их первичного двигателя.
-ТЭС (Тепловые Электрические Станции).
ТЭС делятся на станции с паровыми турбинами, газовыми турбинами и двигателями с внутренним сгоранием. Самыми распространенными являются паровые ТЭС.
На сегодняшний день 80% всего электричества производится на тепловых станциях. Их работа осуществляется на не возобновляемых ресурсах: нефть, торф, уголь, газ.
Турбины, соединенные с генераторами, приводятся в движение при помощи раскаленного пара воды. Если весь пар идет на вращение турбин, тогда станцию именуют кондиционерной или ГРЭС, такие станции располагаются у водоемов и мест добычи топлива, их мощность 22-750 кВ.
ТЭС предназначаются для снабжения предприятий и городов тепловой и электрической энергией.
-АЭС (Атомные Электрические Станции).
Все большее внимание уделяется возведению Атомных электрических станций, так как они помогают сэкономить большое количество органических ресурсов для добычи электроэнергии.
«Сердцем» АЭС являются несколько реакторов, в которых происходит деление ядер урана, за счет этого получается тепловая энергия. Реактор состоит из отражателей, системы управления, системы охлаждения, активной зоны, системы контроля и регулирования корпуса.
А рабочую зону помещаются стержни урана или плутония, в специальной герметичной оболочке. В таких стержнях и происходят реакции деления ядер, при которых и выделяются большие количества теплоты.
Такие стержни называются твэлами (тепловыделяющими элементами). Количество таких элементов в зоне активности может достигать пару десятков тысяч.
Зона активности окружается отражателями, которые не позволяют нейтронам покинуть реактор. Так же реактор окружен специальной биологической защитой, в виде слоя бетона, толщина которого не позволяет радиации просочиться.
Такие электростанции экономят не возобновляемое топливо, для сравнения: 1 кг U-235 (уран), эквивалентен 2900 тонн угля.
-ГЭС (Гидравлические Электрические Станции).
ГЭС возводятся на водопадах и река, чтобы использовать энергию от потоков воды. Это является возобновляемым источником энергии. Установленная мощность таких станций больше чем 20% общем мощности. Запуск агрегатов ГЭС не занимает более 30с времени, именно по этой причине резерв мощности осуществляется агрегатами станции. КПД ГЭС равен 85-90%.
Из-за того, что поток солнечных лучей у поверхности Земли довольно низок, что затрудняет проводимые работы по добыче электричества из энергии солнца, довольно сложный процесс. Благодаря современному оборудованию удалось достичь от 12 до 20% КПД. В Крыму такая станция вырабатывает 5 МВт.
Ветрами богата прибрежная часть Северного Ледовитого Океана и его восточные районы. В этих частях могут быть установлены установки для использования силы ветра, мощность этих установок 300 кВт.
Состав и компоновка сооружений ГЭС определяются схемой концентрации напора. Как уже говорилось, существует основные схемы создания напора: плотинная и деривационная. Гидроэлектростанции, сооруженные по плотинной схеме, делятся, в свою очередь, на два типа: русловые и приплотинные. Деривационные ГЭС также делятся на два типа: с безнапорной и с напорной деривацией.
Основными сооружениями ГЭС, выполненными по плотинной схеме, являются плотины и здание ГЭС. При напоре до 25 – 30 м здание станции размещается в одном створе с плотиной и воспринимает напор. Такие гидроэлектростанции называются русловыми. При комплексном использовании водотока в состав гидроузла кроме плотины и здания ГЭС включаются сооружения, предназначенные для удовлетворения специфических нужд каждого участка комплекса (шлюз для водного транспорта, водозаборные сооружения для орошения и водоснабжения, рыбоходы и т.п.).
При напоре, превышающем 25–30 м, здание ГЭС размещается за плотиной в нижнем бьефе и уже не воспринимает напор. Такие ГЭС носят название приплотинных. При комплексном назначении гидроузла в него так же, как и в предыдущем случае, включаются сооружения неэнергетических участников комплекса. Поскольку в этой схеме здание ГЭС не воспринимает напор, для подачи воды к турбинам ГЭС необходимы водоприемники и турбинные трубопроводы. Компоновка гидроузлов с приплотинными ГЭС в значительной степени зависит от типа плотины и создаваемого ею напора.
Если в рассматриваемой схеме плотина ГЭС сооружена не из бетона, а из грунта или каменной наброски, то водоприемник, турбинные водоводы (трубопроводы) и водосбросы устанавливаются не совмещенными с плотиной.
Сооружения деривационных ГЭС располагаются в двух узлах – головном и станционном, соединенных между собой деривацией.
Головной узел ГЭС с безнапорной деривацией (рис. 6.5) состоит из плотины с водосбором и поверхностного водоприемника, а в случае надобности в нем дополнительно размещаются отстойник, грязеспуск, шугосброс и водоприемникдля неэнергетических потребителей воды.
Безнапорная деривация устраивается в виде открытого канала. Там, где деривационный канал пересекается с поперечно направленными оврагами, долинами, ручьями и реками, создаются сооружения для пропуска воды под или над каналами – дюкеры, трубы под каналами, лотки над каналом, а иногда и крупные мосты – акведуки для пересечения каналом широкой поперечной долины. У станционного узла канал заканчивается и переходит в напорный бассейн, откуда вода по турбинным трубопроводам поступает к турбинам, расположенным в здании ГЭС, и далее в отводящий канал и реку.
Каскады гидроэлектростанций и водохранилищ
Несколько ГЭС, последовательно расположенных на одном водотоке, образуют каскад, в котором могут быть плотинные и деривационные ГЭС. Проектирование и осуществление каскадов ГЭС имеет целью возможно более полное использование падения реки и ее стока в интересах всего народного хозяйства. При этом стремятся за счет создания водохранилищ наилучшим образом зарегулировать сток рек.
Местоположение каждого гидроузла, его напор, объем образуемого им водохранилища и т. п. выбираются на основе тщательного изучения природных условий и всестороннего технико-экономического анализа. Для того чтобы использовать возможно больший сток на данной установке, створ плотины стремятся расположить ниже крупного притока, а для уменьшения ущерба от затопления створ плотины выбирают выше крупных городов. При выборе створа плотины часто решающее значение имеют топографические и геологические условия
При сооружении каскада ГЭС обычно оказывается целесообразным некоторый подпор вышерасположенной ступени, благодаря чему падение реки используется более полно и может производиться глубокое суточное регулирование мощности ГЭС без существенных колебаний уровня НБ.
На рис. 7 приведена схема Волжско-Камского каскада ГЭС и водохранилищ. Река Волга имеет длину 3690 км и общее падение 250 м. Ступенчатой линией показаны проектные уровни воды после осуществления всей схемы реконструкции Волги.
Каскады ГЭС построены на многих реках — Енисее, Ангаре, Иртыше, Каме, Свири, Вуоксе, Днепре, Сырдарье, Нарыне, Чирчике, Куре, Риони, Ингури, Сулаке и др.
3. Комплексное использование водных ресурсов