Кпд теплового двигателя

Можно ли повысить коэффициент полезного действия ТЭС? На этот вопрос отвечает термодинамика – наука, изучающая взаимные превращения различных видов энергии. Оказывается, что невозможно всю имеющуюся в нашем распоряжении тепловую энергию превратить в механическую, электрическую или другую энергию. А вот обратное преобразование всех других видов энергии в тепловую возможно безо всяких ограничений.

Причина этого заключается в самой природе тепловой энергии, основанной на неупорядоченном движении частиц. Чем горячее тело, тем быстрее движутся составляющие его молекулы, тем больше беспорядок этого движения. Порядок легко превратить в хаос, упорядочить хаос гораздо труднее. Поэтому все виды энергии легко и просто превращаются в тепловую. Тепловая же энергия не всегда, и в любом случае – не полностью превращается в другие виды энергии.

Для работы любого циклического теплового двигателя необходимы два тела – холодное (холодильник) и горячее (нагреватель). В ТЭС холодильником является конденсатор пара, нагревателем – топливо, сгорающее в топке котла. Как показывают расчеты, КПД идеального теплового двигателя рассчитывается по формуле

КПД реального теплового двигателя никогда не может превысить значения, полученного по этой формуле, и даже сравняться с ним. В реальных условиях для повышения КПД выгодно уменьшать температуру холодильника и повышать температуру нагревателя. Оба процесса ограничиваются реальными условиями работы электростанции. Например, если в описанной здесь ТЭС температура пара превысит 550^оС, рассчитанный формально КПД увеличится. Но для деталей установки, которые испытывают высокие механические нагрузки при высокой температуре, придется применять более высококачественные, то есть дорогие, материалы. При этом выигрыш в КПД не компенсирует дополнительных затрат. Температура холодильника – это всегда та температура, которую мы можем получить от естественного охладителя, другими словами – температура воды в водоеме – охладителе.

КПД реального теплового двигателя зависит от температур нагревателя и холодильника и всегда меньше 100%. Реально КПД теплоэлектростанций составляет 30-40%, и его увеличение часто не может скомпенсировать связанных с этим затрат.

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ)

В задачу ТЭЦ входит снабжение потребителя не только электроэнергией, но и теплом, которое подается в жилые дома в виде горячей воды. Это очень выгодно. При сжигании органического топлива температура в котле может достигать 1500^оС. Использовать такую перегретую воду для отопления невозможно и опасно, поэтому температуру придется снижать до безопасных 80-90^оС. Чтобы не терять при этом понапрасну много энергии, выгодно сначала использовать тепловую энергию перегретой воды для получения электроэнергии, а остаточное тепло направить на отопление. Конечно, в этом случае КПД станции несколько понизится за счет увеличения температуры холодильника, но результат экономически себя оправдывает.

На ТЭС тепловая энергия, полученная при сжигании различных видов топлива, преобразуется в электрическую. На ТЭЦ в результате таких же процессов происходит комплексная выработка электроэнергии и тепла для бытовых целей. В любом случае для получения электроэнергии необходимо сжигать топливо в котле электростанции.