8

Лекция 5. Тема 3. Методы преобразования энергии.

3.1. Схемы преобразования энергии.

Многие задачи, возникающие при анализе энергетических объектов и связанных с ними вопросов охраны окружающей среды, можно свести к рассмотрению последовательности процессов передачи энергии от одной системы к другой. На рис.3.1. стрелками 1 указаны основные стадии преобразования энергии органического и ядерного топлива в электрическую энергию. Электроэнергия наиболее удобна для транспортировки, использования и контроля расходования. Она легко превращается в свет, тепло, радиоволны, кинетическую энергию и в другие виды. Сначала внутренняя энергия топлива (химического или ядерного) превращается в тепло, то есть в энергию хаотического движения структурных частиц топлива. Затем тепло передается рабочему телу (пару или газу), которое за счет приобретенной кинетической энергии (при расширении) совершает работу, приводя в движение турбину и связанный с ней ротор электромеханического генератора (от латинского roto – вращаюсь). В электрогенераторе механическая энергия превращается в электрическую. Данная схема реализуется в широко распространенных в энергетике (на тепловых и ядерных электростанциях) паротурбинных и газотурбинных циклах.

2

Внутренняя энергия топлива		1	Тепло					1	Механическая энергия	1	Электроэнергия
						3

Рис.3.1. Схема преобразования внутренней энергии топлива в электрическую: 1-паро- или газотурбинное преобразование, 2-прямое преобразование внутренней энергии в электрическую, 3-прямое преобразование тепла в электроэнергию.

Стрелками 2 и 3 отмечены способы прямого преобразования энергии, в которых исключается механическая ступень (турбоэлектрогенератор), что дает ряд преимуществ: уменьшение габаритов и упрощение конструкции энергоустановки, повышение надежности, бесшумность работы и др. По схеме 2 работают электрохимические генераторы (электробатарейки, электроаккумуляторы, топливные батареи), ядерные батареи и лазеры с ядерной накачкой, а по схеме 3 – термоэлектрические, термоэмиссионные и магнитогидродинамические генераторы, солнечные батареи и др.

Простейшим количественным критерием для сравнения эффективности различных методов преобразования энергии служит коэффициент полезного действия (КПД), обозначаемый греческой буквой  («эта»), равный количеству совершенной полезной работы W, отнесенной к полному количеству затраченной энергии Q:

 = W/Q. (3.1)

Эффективность производства электроэнергии на различных электростанциях сравнивают по величине промышленного КПД, равного отношению количества произведенной электроэнергии к количеству энергии, заключенной в использованном топливе. Эта величина не превышает 60 % (см. табл.3.1), варьируясь от страны к стране, и во многих случаях значительно ниже этого значения.

Таблица 3.1.