Введение

Энергетические ресурсы – органическое топливо: уголь, нефть, газ и горючие сланцы.

На сколько велики их запасы?

В 1913 году на Международном геологическом конгрессе уже были высказаны опасения о наступающем угольном голоде.

В связи с этим стали разрабатываться различные фантастические проекты создания энергетических установок, использующих энергию прибоя, морских приливов и отливов, ветра и др.

Проект г. Зейгеля

Идея основана на том, что с поверхности Средиземного моря ежегодно испаряется свыше 4000 м³ воды. Постоянство уровня моря достигается в основном за счет притока воды через Гибралтарский пролив из Атлантического океана. Т.о. если Гибралтарский пролив перекрыть плотиной и за несколько лет создать разность уровней воды в Атлантическом океане и Средиземном море в несколько десятков метров (по Зейгелю – до 200 м ) и соорудить ГЭС, то ее мощность будет до сотен тысяч КВт (160 млн. КВт).

│ плотина должна быть 29км и высотой 200м. при этом адриатическое

│ море исчезнет, сицилия соединится с италией, сардиния с корсикой.

Большинство ученых оценивают запасы органического топлива (угля, нефти, природного газа, горючих сланцев) в 10¹³ тут (тут – тонна условного топлива, т.е. топлива с теплотворной способностью 7000 ккал/кг). При чем твердое топливо составляет 80%.

При коэффициенте извлечения равном 0,5 запас топлива составит тут=5 трлн. тут.

Много это или мало?

В 1980 г. всеми странами мира было потреблено ~10млр.тут. Т.о. при постоянном потреблении запасов органического топлива хватило бы на лет. Однако к 2000 г. потребление уже составляет 13 – 17млр. тут и оно увеличивается. Т.о. если потребление считать 20млр. тут, то органического топлива хватит на 250 лет.

Наиболее перспективными являются АЭС.

Запасы урана на Земле при использовании АЭС с реакторами на тепловых нейтронах, приблизительно равны по энергетическому эквиваленту запасам нефти и газа вмести взятым.

Если на АЭС использовать реакторы на быстрых нейтронах, то запсы урана можно считать практически неисчерпаемыми. Кроме того, если говорить об энергетических ресурсах, то нельзя забыть об возобновляемых источниках энергии: солнечной, геотермальной и энергии ветра.

Перспективы теплоэнергетики

Теплоэнергетика остается актуальной темой. При развитии атомных электростанций, управляемом термоядерном синтезе, парогазовых установках, методах прямого преобразования тепловой энергии в электрическую может и не стоит говорить о теплоэнергетике? Такой взгляд ошибочный. Чтобы ответить на этот вопрос необходимо учесть такие показатели как: технико-экономические, ресурсное обеспечение (топливом), экологические.

Прежде всего, на базе изучения вопросов о тепловой энергии и ее взаимосвязи с другими видами энергии наука обогатилась законами Л. Больцмана (австрийский физик), А. Авогадро (итальянский учений), С. Карно, И. Ньютона, А. Эйнштейна.

Так А. Эйнштейн, установив взаимопревращаемость энергии и массы, расширил рамки закона сохранения энергии, показал, что тепловая энергия не может быть уничтожена или получена из нечего, а может быть только преобразована в любые другие виды энергии и что другие виды энергии могут быть преобразованы в тепловую энергию.

Проблема теплоэнергетики в том, что тепловая энергия имеет существенное отличие от других видов энергии, обусловленное тем, что в ее основе лежит неупорядоченное движение мельчайших частиц вещества.

│ порядок просто превратить в хаос,

│ упорядочить же хоос гораздо труднее.

Все виды энергии легко и полностью превращаются в тепловую (лучший пример – трение!!!). Тепловая энергия всегда не полностью превращается в другие виды энергии.

Термодинамикой установлено, что для непрерывного получения механической энергии из тепловой энергии необходимо иметь три основных элемента:

• резервуар тепла с более высокой температурой;

• резервуар тепла с более низкой температурой;

• рабочее тело, непрерывно совмещающее круговой процесс или цикл, с помощью которого тепловая энергия превращается в механическую.

Практически свойства рабочего тела только существенно влияют на КПД цикла, а сам тип рабочего тела не влияет на экономичность процесса преобразования энергии, т.п. рабочее тело возвращается в свое исходное состояние.

Наибольшее применение, в качестве рабочего тела, получили продукты сгорания топлива, в двигателях внутреннего сгорания (автомобиль, теплоход, самолет, ракета и др.) и водяной пар в энергетически тепловых установках. Реже используются углекислота и гелий (на АЭС), фреон и аммиак (в холодильниках). Однако главным производителем механической энергии является не рабочее тело, а источник тепла.

Из второго закона термодинамики следует:

• источники тепла всегда должны иметь различную температуру:

• один из них – более высокую (горячий источник);

• второй – более низкую (холодный источник).

В каждом цикли от горячего источника передается рабочему телу определенное количество тепла, а от рабочего тела переходит к холодному, но количество тепла будет всегда меньше.

Т.к. рабочее тело после завершения цикла возвращается в исходное состояние, то произведенная за один цикл механическая энергия обязательно должна быть равна разности двух количеств тепла: полученного от горячего источника и переданная холодному мину потери.

Для повышения тепла температура горячего источника должна быть как можно выше, а холодного – как можно ниже.

В качестве холодного источника всегда выступает окружающая среда – воздух и вода. В качестве горячего источника может выступать энергия Солнца или тепло глубинных слоев Земли, но в большинстве случаев – это искусственные, создаваемые человеком источники тепла: в результате сжигания органического топлива или как следствие проведения экзотермической (с выделением тепла) управляемой ядерной реакции в атомном реакторе. В первом случае температура может быть достигнута , во втором – неограниченно высокая.

Теоретически для повышения КПД процесса желательно увеличить начальную температуру. Однако она имеет свой предел из-за свойств реальныхматериалов и их цены.

Так в теплосиловых установках начальная температура водяного пара во всех странах в настоящее время принимается ~540 . Дальнейшее повышение температуры резко увеличивает стоимость.

Пример:

1. Температура источника тепла 400К ( ) – геотермальный источник.

2. Температура холодного источника 300К (27 ).

Тогда на 1Дж тепловой энергии можно получить не более 0,25Дж механической энергии.

Если температура горячего источника 1000К ( ), а температура холодного источника 300К (27 ), то на 1Дж тепловой имеем 0,7Дж механической энергии.