Преобразователи энергии (стр. 7 )

Дальнейшее увеличение выработки энергии на ПЭС может происходить за счет насосного режима, но время его работы невелико, т. к. выгодность зависит от времени совпадения простоев оборудования с минимальной и максимальной нагрузкой.

Схемы с двумя и тремя бассейнами дают возможность получать энергию непрерывно с небольшими колебаниями в течение суток.

Работа двухбассейновых ПЭС (рис. 9.2.4) происходит следующим образом. Первоначально верхний бассейн заполнен до наибольшего уровня и отключен от моря путем закрытия водопропускных отверстий в глухой плотине. Вода через ПЭС срабатывается в нижний бассейн, который также отключен от моря. Когда поднявшийся уровень в нижнем бассейне сравнивается с уровнем моря, отверстия в водопропускной плотине открываются, уровень нижнего бассейна следует за уровнем отлива и ПЭС работает на разности уровней верхнего бассейна и моря. При минимальном уровне отлива нижний бассейн снова отключается от моря и наполняется из верхнего. К тому времени, когда уровень верхнего бассейна срабатывается до уровня моря, водопропускающие отверстия в глухой плотине открываются и работа ПЭС идет на транзитной воде из моря через верхний и нижний бассейны, откуда цикл повторяется снова.

Рис. 9.2.4. Двухбассейновые ПЭС

Электростанции на «фиолетовом» угле (на энергии морских волн и течений). Неисчерпаемые запасы кинетической энергии морских течений в океанах и морях можно превращать в электрическую с помощью турбин, погруженных в воду.

Самое известное течение Гольфстрим проходит через Флоридский пролив между полуостровом Флорида и Багамскими островами. Ширина течения – 60 км, глубина – до 800 м, поперечное сечение – 28 км2, следовательно, энергия, которую несет поток, равна

.

Эта энергия равносильна выработке 50-ти крупных электростанций по 1000 МВт, но практически используется менее 10 % энергии течения. В настоящее время особенно интенсивно ведутся разработки в Англии, где при длинной береговой линии море бурное, можно получить до 120 ГВт мощности, что в 2 раза больше мощности всех электростанций этой страны.

Один из проектов использования энергии морских волн основан на принципе колеблющегося водяного столба. В больших коробах без дна и с отверстием вверху под влиянием волн уровень воды то поднимается, то опускается. Столб воды в коробе действует как поршень – засасывает воздух и нагнетает его на лопатки турбин. Главная трудность – это согласование инерции рабочих колес турбин с количеством воздуха в коробах, т. е. сохранение постоянной скорости вращения турбин.

Другой принцип создания волновых электростанций известен под названием «плавающая утка», автор Ствен Солтер из Эдинбургского университета.

Ряд поплавков под действием волн совершают колебательные движения около центральной оси. Эти движения комплексом механических, гидравлических и электрических устройств преобразуются в полезную мощность.

Трудность состоит в том, что сложно согласовать движение «уток» с постоянно меняющимися параметрами волны (высота, частота, направление).

Третий принцип называется понтонами Коккерена по имени английского изобретателя Кристофера Коккерена. Отдельные сегменты тройных понтонов подвижно соединены шарнирами. Гибкий понтон следует за каждым изменением волн. В шарнирном соединении установлены 2 гидроцилиндра, которые действуют как гидравлические двигатели, вращая ротор генератора переменного тока. Проблемы – малая скорость, низкая частота и случайный характер параметров волн. Можно разрешить эти проблемы, увеличив размеры станции, но это дорогостоящее мероприятие. Для осуществления проекта по такому принципу создано АО «Волна-сила», размещающее в 10 милях от побережья Шотландии целую серию больших понтонов, которые будут бесплатно вырабатывать по 2 МВт электроэнергии каждый. Шотландское побережье – самое богатое «волновое поле» в мире.

Есть еще проект «Ректифайер» (выпрямитель), который в отличие от предыдущих, использующих относительное движение отдельных частей установки, реализует другой, более простой принцип. Преобразователь прочно прикреплен на неглубоком морском дне. В его внутреннем пространстве волны создают постоянный подпор, поднимая уровень воды на несколько метров. Этот перепад и используется для выработки энергии с помощью турбин с очень малым числом оборотов и с небольшими размерами.

Заключение

Энергетика является технической основой цивилизации, определяя уровень социально-экономического развития стран. Стремление войти в современный мир с развитой мощной экономикой должно сопровождать-ся ускоренным, опережающим ростом энергетики, так как существует жесткая связь между уровнем экономического развития и уровнем энерговооруженности государства.

Одной из важных энергетических проблем, стоящих перед человечеством, является совершенствование методов преобразования энергии, так как позволяет отодвинуть временную границу исчерпания первичных невозобновляемых источников энергии и получить возможность поиска новых энергоресурсов. Изложенные в пособии характеристики основных видов энергии и взаимодействия энергоносителей различных видов позволят выявить общие принципы разработки новых и совершенствование существующих преобразователей энергии, расширить кругозор обучающихся в вузе по электротехническим специальностям.

Контрольные вопросы

1.  Что означает термин «энергия»?

2.  Каково суточное потреблении энергии человеком?

3.  Как распределены энергетические ресурсы по континентам, государствам?

4.  Как классифицируются виды энергии?

5.  Какие признаки положены в основу классификаций энергий?

6.  Сколько видов энергий известно в настоящее время?

7.  Сколько видов энергий пригодно для практического примене-ния?

8.  Перечислите наиболее применяемые виды энергии.

9.  Почему преобразование энергии является одной из главных проблем современной энергетики?

10.  Дайте классификацию преобразователей энергии.

11.  Как распределены основные виды энергии по степени концентрации энергии в единице объема?

12.  Каково различие между коэффициентом полезного действия и коэффициентом использования энергии в преобразователе энергии?

13.  Для производства 1 кВт-ч электроэнергии требуется 8 МДж теплоты. Каково значение КПД преобразователя?

14.  Сопоставьте величины энергий, полученных при полном расщеплении 1 кг урана-235 и при сжигании 1 кг угля?

15.  Дайте классификацию электромеханических преобразователей энергии.

16.  Опишите принцип действия емкостного ЭМП.

17.  Чем отличается электромеханический преобразователь энергии от электрической машины?

18.  Приведите примеры индуктивных ЭМП.

19.  Опишите принцип действия индуктивно-емкостного преобразо-вателя.

20.  Каковы принципы электромеханического преобразования с использованием магнитного поля?

21.  Приведите классификацию ЭМП магнитного поля.

22.  Какие показатели ЭМП определяют области применения ЭМП?

23.  Принцип рабаты тепловой машины.

24.  Принцип работы простейшего МГД-генератора.

25.  Принцип работы МГД-генератора с паросиловой установкой.

26.  Объясните сущность термоэлемента.

27.  Конструкция простейшего магнитотеплового двигателя.

28.  Конструкция простейшего магнитотеплового генератора.

29.  Схема термомагнитного генератора.

30.  Упрощенная схема паросиловой установки.

31.  Определение степени сжатия ДВС.

32.  Принцип действия ДВС.

33.  Термоэлектрический способ преобразования солнечной энергии.

34.  Фотоэлектрический способ преобразования солнечной энергии.

35.  Принцип работы ФЭП.

36.  Схема ядерной реакции на тепловых нейтронах.

37.  Принципы превращения ядерной энергии в электродинами-ческую.

38.  Принципы превращения ядерной энергии в электромагнитную.

39.  Принцип работы термоядерного двигатля.

40.  Преобразование ядерной энергии в химическую.

41.  Идея реактора-размножителя на быстрых нейтронах.

42.  Принцип самопроизвольной термоядерной реакции.

43.  Типы химических теплогенераторов.

44.  Способы преобразования химической энергии.

45.  Принцип работы водородно-кислородного топливного элемента.

46.  Принцип работы ветродвигателей традиционной схемы.

47.  Как производится определение потенциальных энергоресурсов реки?

48.  Как происходит работа ГЭС?

49.  Как происходит работа ГАЭС?

50.  Схема работы двухбассейновой ПЭС.

51.  Принцип работы электростанций на «фиолетовом» угле.

Список использованной литературы

1.  Стырикович, . Проблемы и перспективы / , . – М.: Энергия, 1981. – 192 с.

2.  Козлов, и природа / . – М.: Мысль, 1982. – 92 с.

3.  Веников, в современном мире / , , . – М.: Знание, 1998. – 191 с.

4.  Еременко, построения преобразователей энергии / , . – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 56 с.

5.  Гулиа, энергии / . – М.: Наука, 1980. – 150 с.

6.  Копылов, электромеханика / . – М.: Высшая школа, 2005. – 127 с.

7.  Копылов, / . – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 116 с.

8.  Копылов, преобразователи энергии / . – М.: Энергия, 1973. – 400 с.

9.  Копылов, вычислительных машин в инженерно-экономических расчетах / . – М.: Высшая школа, 1980. – 256 с.

10.  Накопители энергии / [и др.] – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 400 с.

11.  Печуркин, и жизнь / . – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. – 190 с.

12.  Шилейко, А. В. В океане энергии / , . – М.: Знание, 1989. – 192 с.

13.  Алексеев, / . – М.: Знание, 1983. – 129 с.

14.  Арсеньев, установки / . – М.: Высшая школа, 1991. – 336 с.

15.  Энергетика России: проблемы и перспективы; тр. науч. сессии РАН. – М.: Наука, 2006. – 499 с.

16.  Алексеев, энергии / . – М.: Наука, 1966. – 190 с.

17.  Попов, в электромеханику / . – СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000.

18.  Бертер, М. Крест Чубайса / М. Бертер, О. Проскурнина. – М.: Колибри, 2008. – 448 с.

19.  Электроэнергетика России 2030. Целевое видение / Под ред. . – М.: Альпина Бизнес, Бусс, 2008. – 360 с.

20.  Никитенко, установки в системах автономного электроснабжения / , . – Ставрополь: АГРУС, 2008. – 152 с.

21.  Веников, в специальность. Электроэнергетика / , . – М.: Высшая школа, 1988. – 240 с.

Оглавление

Список аббревиатур............................................................................	3
Введение…………..…………..…………..…………..………..…….	4
1. Энергетика в современном мире.. …………..…………………..	5
1.1. Представление об энергии…………..……………………...	5
1.2. Роль энергии в жизни человеческого общества…………..	5
1.3. Энергетические ресурсы…………..…………..……………	6
2. Виды энергий и принципы их преобразования…………………	11
2.1. Классификация видов энергий………….……..……………	11
2.2. Превращение и преобразование видов энергий…………..	13
2.3. Преобразование энергии – проблема современной энергетики……………………………………………………………………	14
3. Преобразователи энергии…………..…………..………………..	19
3.1. Классификация преобразователей энергии…………..……	19
3.2. Единицы измерения и расчетные соотношения для преобразователей энергии…………..…………..…………..…………..	21
3.3. Характеристики энергоносителей в преобразователях энергии…………..…………..…………..…………..……………….	24
4. Преобразователи тепловой энергии…………..……………..…..	28
4.1. Общие принципы работы тепловой машины………….…..	28
4.2. Магнитогидродинамическое преобразование энергии.…...	30
4.3. Термоэлектрические преобразователи энергии…………...	32
4.4. Магнитотепловые преобразователи…………………….….	34
4.5. Термомагнитные преобразователи…………..…………….	36
4.6. Тепловые двигатели…………..…………..……….….……..	38
5. Электромеханические преобразователи энергии………...……..	43
5.1. Классификация электромеханических преобразователей….	43
5.2. Емкостные ЭМП…………..…………..……………..………	43
5.3. Индуктивные ЭМП…………..…………..………………….	47
5.4. Индуктивно-емкостные ЭМП…………..……………….	49
5.5. Принципы электромеханического преобразования с использованием магнитного поля…………….……………………….	51
5.6. Классификация ЭМП магнитного поля (ЭМП-МП)…....…	52
5.7. Сравнительный анализ электромеханических преобразователей ……………………………………………...………………..	53
5.8. Области применения ЭМП…………..……..……………….	56
6. Преобразователи электромагнитной (фотонной) энергии…….	58
6.1. Преобразование солнечной энергии в тепло………………	58
6.2. Фотоэлектрическое преобразование энергии……………..	60
7. Преобразователи ядерной энергии…………..………………….	63
7.1. Преобразователи на тепловых нейтронах…………………	63
7.2. Преобразователи-размножители на быстрых нейтронах…	69
7.3. Преобразователи термоядерной энергии………………….	71
8. Преобразователи химической энергии………….………………	73
8.1. Электрохимические источники электрической энергии…	73
8.2. Топливные элементы…………..…………..……………….	77
9. Преобразователи возобновляемой механической энергии…….	80
9.1. Преобразователи ветровой энергии…………..……………	80
9.2. Преобразователи гидроресурсов…………..………….……	82
Заключение…………..…………..…………..……………………….	89
Контрольные вопросы…………..…………..…………..…………..	90
Список использованной литературы…………..………………….	92

Для заметок

Геннадий Григорьевич Угаров

Анатолий Григорьевич Сошинов

Ольга Владимировна Вдовина

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ

Учебное пособие

Редактор

Компьютерная верстка

Темплан 2010 г., поз. № 8К.

Подписано в печать г. Формат 60×84 1/16.

Бумага листовая. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 6,0. Усл. авт. л. 5,75.

Тираж 100 экз. Заказ №

Волгоградский государственный технический университет

г. Волгоград, пр. Ленина, 28, корп. 1.

Отпечатано в КТИ

, каб. 4.5