20 Класифікація енергетичних установок.

В теплоенергетичних установках хімічна енергія палива звільняється в процесі горіння й перетворюється далі у внутрішню енергію продуктів згоряння. При ядерному діленні атомна енергія також перетворюється у внутрішню енергію теплоносія, що використовується для охолодження ядерного реактора. Ці необоротні процеси перетворення супроводжуються більшими втратами ексергії, що є основним недоліком цих установок.

В закритій теплоенергетичній установці енергія палива передається у формі тепла від продуктів згоряння до робочого тіла теплового двигуна. Це робоче тіло робить круговий процес (цикл), причому корисна робота циклу в електричному генераторі може бути перетворена в електричну енергію. Як робоче тіло тут звичайно використається вода та водяна пара (паротурбінна установка).

У відкритій теплоенергетичній установці (газотурбінна установка, дизельний або карбюраторний двигун) самі продукти згоряння служать робочим тілом.

Цикл теплового двигуна зазвичай включає 4 основних процеси: 1) стиск робочого тіла в компресорі або насосі, 2) підведення тепла до робочого тіла в парогенераторі або камері згоряння, 3) розширення в турбіні або поршневій машині для одержання корисної роботи і компенсації роботи стиску, 4) відвід невикористаного в циклі тепла в навколишнє середовище - як замикаючий цикл процес.

Для характеристики перетворення енергії в теплоенергетичній установці використається зазвичай загальний енергетичний КПД

,

де − корисна ефективна потужність, що знімається з вала двигуна, Вт; − нижча теплота згоряння (теплотворна здатність) палива, Дж/кг; − масова витрата палива, кг/с.

Як орієнтовні значення можна вказати такі: для експлуатованих паротурбінних електростанцій – від 25 до 35%, для відкритих газотурбінних установок – від 25 до 35%, для автомобільних двигунів − близько 25%, для малооборотних дизелів – до 42%. Найважливішою перевагою закритих теплоенергетичних установок є можливість застосування в них широкого спектра палив, включаючи альтернативні.

Другу групу представляють низькотемпературні енергетичні установки, в яких реалізується зворотний цикл. Це термотрансформатори різних видів: криогенні установки (забезпечують рівень температур в камері від декількох градусів до (приблизно) -140 С), холодильні машини, теплові насоси опалення, комбіновані установки спільного виробництва тепла й холоду, та ін.

21 Аналіз теплоенергетичної установки.

Для визначення частки ексергії та анергії обмежено перетворюваних енергоресурсів – тепла та потоку речовини як енергоносія – розглянемо теплоенергетичну установку, робоче тіло якої робить круговий процес (рис.). Ексергія тепла виступає тут як корисна робота, а анергія тепла - як невикористане тепло кругового процесу. Це твердження справедливе при виконанні наступних умов:

– круговий процес (а-с-z-b-a) протікає зворотно (у противному випадку ексергія частково перетворюється в анергію та корисну роботу, буде менше підведеної ексергії);

– тепловідвід у круговому процесі здійснюється тільки при температурі навколишнього середовища , так що відведене в навколишнє середовище тепло (площа ) складається тільки з анергії.

Рис. - Схематизація кругового процесу теплоенергетичної установки

на - діаграмі робочого тіла (енергоносія).

У зворотному (ідеалізованому) круговому процесі енергія (ексергія) палива підводиться у формі тепла до робочого тіла у внутрішньо - зворотному процесі при середній температурі . Згідно (11), (Дж/кг)

В такий спосіб енергія (ексергія) палива , передана у формі тепла до робочого тіла в оборотному процесі, дорівнює площі під кривою процесу в - діаграмі робочого тіла, тобто площі .

Тому що у зворотному круговому процесі ентропія не виробляється (), то її зміна, як функція стану, повинна дорівнювати нулю.

Анергія тепла дорівнює площі ( ).

Ексэргія тепла є «безентропійною» її частиною, що проявляється у вигляді корисної роботи ідеалізованого оборотного кругового процесу. У процесі перетворення енергії палива в механічну роботу неминуче з'являються втрати ексергії рівні по величині анергії тепла й обумовлені необоротністю процесу підведення тепла до робочого тіла при скінченній величині температури :

.

Вираз для визначення ексергії тепла

.