Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо - Западный государственный заочный технический университет

Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Рабочая программа Задание на контрольную работу и методические указания к ее

выполнению Практические работы и методические указания к их выполнению

Факультет энергетический Направление и специальность подготовки дипломированного

специалиста:

650900 – электроэнергетика

100400 – электроснабжение Направление подготовки бакалавра 551700 – электроэнергетика

Санкт-Петербург

2003

Утверждено редакционно-издательским советом университета

УДК 621.311.2 (075.8)

Общая энергетика: Рабочая программа, задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению, практические работы и методические указания к их выполнению. – СПб.: СЗТУ, 2003. - 55 с.

Методический комплекс соответствует требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 650900 – «Электроэнергетика» (специальность 100400 – «Электроснабжение») и направлению подготовки бакалавра 551700- «Электроэнергетика».

Методический комплекс включает рабочую программу, задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению; практические работы, методические указания к их выполнению, тематический план лекций, перечень основной и дополнительной литературы, тестовые задания.

В рабочей программе рассматриваются: теоретические основы теплотехники, тепловые и атомные электростанции; гидроэнергетические установки, нетрадиционные установки, вторичные энергоресурсы.

Рассмотрено на заседании кафедры теплотехники и теплоэнергетики 26 марта 2003 года.

Одобрено методической комиссией энергетического факультета 3 апреля

2003 года.

Рецензенты: кафедра теплотехники и теплоэнергетики СЗТУ (зав. каф. З.Ф. Каримов, д-р техн. наук, проф.); О.П. Кректунов ведущий научный сотрудник АООТ НПО ЦКТИ.

Составители: А.А. Кошелев, канд. техн. наук, доц., А.В. Пакшин, канд. техн. наук, доц., О.В. Шелудько, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2003

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель изучения курса - освоение теоретических основ преобразования тепловой энергии в теплоэнергетических установках различных отраслей промышленности и электростанций различного типа, а также основ проектирования и эксплуатации этих установок.

Задача изучения курса - приобретение навыков расчета тепловых схем электростанций и промышленно-отопительных котельных; составление тепловых балансов и расчет основных технико-экономических показателей тепловых электростанций.

Связь с другими дисциплинами. Для изучения курса необходимы знания, полученные в дисциплинах "Высшая математика", "Физика".

1.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ГОС

Тепловые и атомные электростанции; типы тепловых и атомных электростанций, теоретические основы преобразования энергии в тепловых двигателях, паровые котлы и их схемы; ядерные энергетические установки, типы ядерных реакторов; паровые турбины; энергетический баланс ТЭС и АЭС; тепловые схемы ТЭС и АЭС; гидроэнергетические установки; гидроэнергоресурсы, схемы использования гидравлической энергии , процесс преобразования гидроэнергии в электрическую на различных типах гидроэнергоустановок; современные проблемы комплексного использования гидроресурсов; регулирование речного стока; проектирование и эксплуатация гидроэнергоустановок; традиционная и малая гидроэнергетика; нетрадиционные возобновляемые источники энергии; солнечные, ветровые, геотермальные, волновые, приливные энергоустановки; малые ГЭС, вторичные ресурсы; источники энергопотенциала, типы энергоустановок, социальноэкологические аспекты, экономика; накопители энергии; ресурсосберегающие технологии.

1.2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

(объем дисциплины 100 часов)

ВВЕДЕНИЕ (2 часа)

[1], с. 4..7; [2], с. 3...8

Энергоресурсы мира и России. Топливоэнергетический комплекс (ТЭК); энергетическая политика России в новых экономических условиях. Основные направления рационального энерго- и теплоиспользования.

3

Вопросы для самопроверки

1.Роль топливо-энергетического комплекса (ТЭК) в развитии экономики России.

2.Классификация энергетических ресурсов.

3.Назовите основные направления рационального энергоиспользования (энергосбережения).

1.2.1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ (18 часов)

[1], с. 8...82, 85...143; [2], с. 47...56

Техническая термодинамика: основные понятия термодинамики; первый закон термодинамики; второй закон термодинамики; термодинамические свойства и процессы реальных газов и паров; циклы энергетических установок.

Теплообмен: теплопроводность; конвективный теплообмен; теплообмен излучением; теплопередача; сложный теплообмен; основы расчетов теплообменных аппаратов.

Вопросы для самопроверки

1.Что такое термодинамическая система? Рабочее тело?

2.Перечислите основные параметры рабочего тела.

3.Термодинамические диаграммы и изображение термодинамических процессов в них.

4.Приведите и поясните расчетные аналитические формы записи первого закона термодинамики.

5.Приведите частные формулировки второго закона термодинамики. Аналитическое выражение этого закона.

6.Назовите основные термодинамические процессы и изобразите их в термодинамических диаграммах.

7.Покажите переход некипящей питательной воды в перегретый пар в Pv –

иTs – диаграммах. Как вычислить количество теплоты, необходимое для этого перехода рабочего тела в 1 кг?

8.Поясните различие между соплом (конфузором) и диффузором. Приведите примеры их применения в технике. Что такое комбинированное сопло?

9.Назовите циклы, которые осуществляются в поршневых двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинных установках (ГТУ).

10.Поясните, как теплота сгорания натурального топлива в теплотехнических установках переходит в механическую работу.

11.Что такое термический КПД цикла теплотехнической установки? От чего зависит термический КПД теплового двигателя?

4

12.Изобразите цикл Ренкина паротурбинной установки в Тs – диаграмме, покажите пути повышения его термического КПД.

13.Назовите виды теплообмена. Приведите примеры из техники, где имеют место эти виды теплообмена.

14.Запишите основные уравнения, по которым производится расчет этих видов теплообмена.

15.Назовите несколько способов интенсификации теплопередачи.

16.Теплообменные аппараты. Напишите уравнения, используемые для расчета этих аппаратов.

17.Виды расчетов теплообменных аппаратов, приведите примеры их использования в энергетике.

18.Регенеративные подогреватели и сетевые. В чем их отличие по назначению?

1.2.2. ОСНОВЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ (2 часа)

[2], с. 47...56

Основы гидроэнергетики: основные характеристики потока воды; уравнение неразрывности потока жидкости; уравнение Бернулли; гидродинамический напор, гидравлическое сопротивление и потеря напора жидкости.

Основные гидрологические характеристики рек: расход воды, норма и модуль стока, работа водяного потока.

Вопросы для самопроверки

1.Назовите основные характеристики потока воды.

2.Получите уравнение Бернулли из основного уравнения гидростатики.

3.Что такое гидродинамический напор, гидравлическое сопротивление и потеря напора воды?

4.Перечислите основные характеристики рек.

5.Как определить мощность гидростанции?

1.2.3. ОСНОВЫ РАБОТЫ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ (2 часа)

[5], с. 3..51

Понятие о ядерных цепных реакциях. Основы физического расчета ядерного реактора. Глубина выгорания ядерного топлива.

Основы теплового расчета парогенератора с водо-водяным энергетическим реактором.

5

Вопросы для самопроверки

1.Изложите основы физического расчета реактора.

2.Какой изотоп природного урана в основном используется в атомной энергетике?

3.Глубина выгорания ядерного топлива, что это такое?

4.Изложите основы теплового расчета парогенератора с водо-водяным энергетическим реактором.

1.2.4. ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ (18 часов)

[1], с. 246...274

Типы тепловых электростанций (ТЭС): конденсационные (КЭС, ГРЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Простейшие принципиальные тепловые схемы электростанций. Суточные и годовые графики тепловых и электрических нагрузок; выбор электростанций для их покрытия. Потери и КПД тепловых электростанций на органическом топливе. Показатели тепловой экономичности теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). Условия применимости схем раздельного и комбинированного энергоснабжения.

Выбор начальных и конечных параметров и схемы промежуточного перегрева пара на ТЭС. Выбор числа ступеней и температуры подогрева питательной воды. Особенности систем регенеративного подогрева питательной воды паротурбинных установок ТЭС.

Схемы отпуска от ТЭЦ пара и сетевой воды внешним потребителям. Основное энергетическое оборудование тепловых электростанций:

энергетические паровые и водогрейные котлы, типы котлов; принципиальные схемы котлов и их основные характеристики; тепловой баланс и КПД котла; компоновка и конструкции котлов; водоподготовка и водный режим котлов. Паровые и газовые турбины: принцип действия и устройство турбин; преобразование энергии в ступени турбины; потери и КПД турбинной ступени; многоступенчатые турбины.

Вспомогательное оборудование тепловых электростанций: характеристики, конструкции и условия эксплуатации насосного оборудования ТЭС: конденсатных, питательных, дренажных, циркуляционных, сетевых и подпиточных насосов; выбор привода питательного насоса.

Выбор основного и вспомогательного оборудования ТЭС. Назначение, принцип работы, схемы включения и конструкции теплообменных аппаратов, деаэраторов, охладителей пара и дренажа, испарителей и паропреобразователей.

Техническое водоснабжение, топливоснабжение, шлакоудаление, очистка и удаление дымовых газов.

Охрана окружающей среды от воздействия тепловых электростанций. Теплоснабжение: системы теплоснабжения; теплофикационные установки

КЭС и ТЭЦ; производственные и производственно-отопительные котельные;

6

тепловые схемы источников теплоснабжения; расчет тепловых схем производствено-отопительных ТЭЦ и котельных; выбор основного оборудования котельных.

Внешние тепловые потребители; расчет тепловых нагрузок и графики этих нагрузок; схемы присоединения тепловых потребителей к тепловой сети; регулирование теплопотребления.

Вопросы для самопроверки

1.Классификация тепловых электрических станций.

2.Назовите условия, которые являются основополагающими при выборе типа электростанции.

3.Приведите простейшие (принципиальные) схемы КЭС и ТЭЦ.

4.Тепловые потери и электрический КПД тепловых электростанций.

5.Назовите показатели тепловой экономичности ТЭЦ.

6.Назовите условия применения схем раздельного и комбинированного энергоснабжения.

7.Покажите на примере влияния начальных и конечных параметров пара на экономичность тепловых электростанций.

8.С какой целью на тепловых электростанциях применяется промежуточный перегрев пара?

9.С какой целью на ТЭС применяется регенеративный подогрев питательной воды?

10.Покажите схемы отпуска технологического (производственного) пара от промышленно-отопительной ТЭЦ.

11.Назовите расчетные тепловые нагрузки ТЭЦ. Как они определяются?

12.Приведите простейшую схему теплофикационной установки.

13.Приведите график тепловых нагрузок по продолжительности отопительного периода.

14.Показатели тепловой экономичности тепловых электростанций. Величина удельных расходов условного топлива на выработку электроэнергии на КЭС и ТЭЦ. Удельный расход условного топлива на выработку и отпуск теплоты от ТЭЦ.

15.Назовите основное энергетическое оборудование ТЭС. Что является критерием правильности выбора состава, типа и мощности этого оборудования.

16.Назовите оптимальные значения коэффициентов теплофикации по технологическому пару и сетевой воде.

17.Назовите типы насосов, применяемых на ТЭС.

18.Назначение, принципы работы, схемы включения и конструкции теплообменных аппаратов, деаэраторов и охладителей пара на ТЭС.

19.Назовите типы систем теплоснабжения. Покажите преимущества и недостатки каждого типа.

20.Покажите на примере влияние выбросов тепловых электростанций на экологию.

7

1.2.5. АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ (8 часов )

[2], с. 176...221

Преимущества атомных электрических станций (АЭС) по сравнению с тепловыми электростанциями. Тепловые схемы АЭС: одноконтурная, двухконтурная и трехконтурная.

Основное энергетическое оборудование АЭС: атомные реакторы типа РБМК, ВВЭР и БН; основные отличия и особенности этих типов энергетических реакторов. Реакторные установки двухконтурных АЭС. Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы (ВТГР); тенденции развития ВТГР.

Атомные станции теплоснабжения (АСТ); реакторные установки для АСТ. Реакторные установки на быстрых нейтронах. Атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ).

Парогенераторы, турбины, промежуточные сепараторы и пароперегреватели атомных электростанций.

Особенности паротурбинного цикла АЭС.

Вопросы для самопроверки

1.Покажите преимущества атомных электростанций перед тепловыми.

2.Приведите принципиальные тепловые схемы АЭС.

3.Назовите типы реакторов для АЭС, а также основные отличия и особенности этих типов.

4.В чем преимущества реакторов на быстрых нейтронах перед реакторами на тепловых нейтронах?

5.Что такое «тепловая мощность» АЭС?

6.Как определяется электрический КПД атомной электростанции? Назовите численное значение его для современных АЭС.

7.С какой целью применяются сепараторы-паропрегреватели на АЭС? Как происходит сепарация и перегрев пара в СПП?

8.В чем особенности паротурбинного цикла АЭС?

9.Назовите основные положения расчета парогенераторов АЭС.

8

1.2.6. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ (4 часа)

[2], с. 226...256

Классификация гидравлических турбин для гидроэлектростанций (ГЭС): активные и реактивные гидротурбины; энергетические характеристики гидротурбин.

Состав и компоновка основных сооружений ГЭС. Каскадное и комплексное использование водных ресурсов. Регулирование речного стока. Проектирование и эксплуатация гидроэнергетических установок.

Гидроэнергетика малых гидроэлектростанций: ГЭС русловые, приплотинные; гидроаккомулирующие электростанции (ГАЭС); приливные электростанции (ПЭС); волновые энергоустановки.

Решение экологических проблем при комплексном использовании водных ресурсов.

Вопросы для самопроверки

1.Классификация гидротурбин. В чем отличие гидротурбин для ГЭС и ГАЭС?

2.Объясните принцип действия и особенности конструкции активных и реактивных гидротурбин.

3.Каскадное использование водных ресурсов. Как производится регулирование речного стока?

4.Покажите перспективы использования водных ресурсов для строительства малых ГЭС, приливных электростанций (ПЭС) и волновых энергоустановок.

5.Как решаются экологические проблемы при комплексном использовании водных ресурсов?

1.2.7. НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА (8 часов)

[3], с. 521...550

Солнечные энергетические установки: системы солнечного теплоснабжения. Солнечные электростанции с центральным приемником.

Геотермальная энергетика: геотерминальные ресурсы; принципиальные схемы геотерминальных тепловых электростанций (ГэоТЭС).

Ветроэнергетика: принципы преобразования ветровой энергии; принципиальные конструкции ветровых турбин; основные узлы ветроэнергетических установок.

9

Вопросы для самопроверки

1.Приведите примеры использования солнечных энергетических установок для систем теплоснабжения.

2.Назовите геотермальные ресурсы России. Приведите принципиальные схемы ГэоТЭС.

3.Назовите принципы преобразования ветровой энергии в электрическую.

4.Назовите конструкцию ветровых турбин и основные узлы ветроэнергетических установок.

5.Покажите на примере перспективы развития нетрадиционной энергетики

вРоссии.

1.2.8. ОСНОВЫ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ И ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ (2 часа)

[1], с. 304...319

Основы энерготехнологии; вторичные энергоресурсы (ВЭР); классификация ВЭР и направления их использования. Утилизационные энергетические установки; ресурсосберегающие технологии.

Вопросы для самопроверки

1.Дайте классификацию вторичных энергоресурсов (ВЭР).

2.Приведите примеры использования ВЭР в утилизационных энергетических установках.

3.Покажите принципиальную тепловую схему электростанции на биомассе.

4.Приведите примеры энергосбережения в энергетических установках.

10