Первый и второй законы термодинамики.

Энергия – движущая сила любого производства. Валовое производство первичной энергии складывается из производства хи мической энергии, накопленной в ископаемом топливе – угле, нефти, природном газе, кинетической энергии падающей воды и ядерной энергии. Измеряя энергию, переходящую из одного вида в другой, ученые не смогли обнаружить возникновения или исчезновения энергии ни при каких физических процессах, ни при химических реакциях, а только ее превращение из одной формы в другую.

В результате был сформулирован закон сохранения энергии, известный также как первый закон термодинамики. При любых физических или химических взаимодействиях, при любом перемещении вещества из одного места в другое, при любом изменении температуры энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одного вида в другой. Другими словами, энергия, полученная или затраченная какой-либо живой или неживой системой любым изучаемым материальным объектом, - должна быть равна той энергии, которую одновременно получила от системы или отдала ей окружающая ее среда.

Множество опытов, проведенных учеными, показали, что в процессе любого превращения энергии из одного вида в другой всегда происходит снижение качества энергии или уменьшается количество полезной энергии. Все, что мы наблюдаем в природе, кратком виде сформулировано во втором законе термодинамики: при любом превращении энергии из одного вида в другой некоторое количество первично полученной полезной энергии переходит в менее качественную, менее полезную энергию, которая обычно рассеивается в окружающей среде в виде низкотемпературного тепла. Энергия низкого качества, обладающая высокой энтропией, рассеяна настолько, что неспособна выполнять полезную работу.

Рассмотрим пример второго закона термодинамики в действии. Когда движется автомобиль, в механическую энергию, приводящую его в движение, и электрическую энергию всех его систем превращается всего лишь около 10% получаемой при сгорании бензина высококачественной химической энергии. Остальные 90% в виде бесполезного тепла рассеиваются в окружающей среде и, в конечном счете, теряются в космическом пространстве.

пример При производстве, преобразовании, передаче и конечном использовании энергии могут возникнуть серьезные проблемы, связанные с защитой окружающей среды. Так, например, при производстве электроэнергии на тепловых электростанциях излучение энергии в окружающую среду вдвое превышает количество используемой электроэнергии. При этом кроме «теплового загрязнения», электростанции выбрасывают в атмосферу летучую золу, двуокись серы и другие загрязнители. Разработка залежей угля для питания электростанций так же, как и линии электропередачи, нарушает естественный ландшафт.

Итак, преобразование энергии в более удобную для использования форму неизбежно сопровождается определенными ее потерями. Используя законы термодинамики, можно объяснить природу этих потерь и произвести их количественную оценку. Это в свою очередь дает нам возможность составить энергетический баланс любой системы или процесса.

Потери тепла и энергии при работе электростанций

Потери энергии складываются из:

1. Потери при добычи полезных ископаемых

2. потери при транспортировки и затраты энергии на транспортировку

3. Потери в процессе превращения энергии из одной формы вдругую

4. Потери на месте потребления

Электростанции выбрасывают в атмосферу различные в-ва а так же происходит тепловое загрязнение атмосферы. Коэффициент полезного использования и метод энергосбережения показывают, как можно сократить потери энергии повысить эффективность использования энергии, преобразование в технических системах.

Повышение эффективности использования энергии определяется путем оценки эффективности всего производственного процесса. Коэффициент Полезного Использования = полное использ энергии / всю затраченную энергии. Метод Энерго Сбережения = сколько энергии можно сберечь / всю энергию КПИ + МЭС = 1

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

Понятия "энергосбережение" и "энергоэффективность" очень взаимосвязаны. Действительно, само по себе "энергосбережение" в дословном понимании этого слова не является самоцелью. Никто сейчас не ставит задачу сберечь энергию любой ценой, ведь можно было бы ее тогда совсем не тратить, а закрыть все, погасить свет и остановить всю технологию или снизить потребность в энергии до минимума. Это было бы равнозначно призыву к

рекращению развития человечества. А кроме того, если рассматривать энергию с философской точки зрения, то энергия - "...общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия не возникает из ничего и не исчезает, она может только переходить из одной формы в другую...". То есть, энергия подчиняется закону сохранения, а, следовательно, ее нельзя сберечь. Тем не менее, понятие "энергосбережение"широко используется в мировой практике – “Energy Saving”, “Energy Conservation” (англ.), “Energieeinsparen” (нем.), но в это понятие вкладывается более общий смысл. Например, снижение удельного расхода твердого топлива на единицу выработанного 1 кВт.ч в обобщенном виде приводит к “сохранению” топлива в недрах земли, которое будет израсходовано для этой же цели, но в более долгосрочной перспективе, тем самым

показывается сохранение этого энергоресурса на определенный период времени.

Показатель Энергоэффективности- абсолютная или удельная величина потребления или потери энергетических ресурсов для продукции любого назначения, установленная государственными стандартами.

60. Эквивалентность преобразования форм энергии. Наиболее распространенные способы преобразования энергии в электрическую форму: гидротурбина, тепловая электростанция на ископаемом топливе, атомная электростанция на ядерном топливе атомная, электростанция на реакторе-размножителе.

При расчете КПД преобразования энергии учитываются показатели эффективности основных процессов и установок преобразования энергии (справочная литература).

Рассмотрим наиболее распространенные тепловые электростанции на ископаемом топливе (ТЭС). Средняя эффективность ВС I) настоящий момент лишь ненамного превышает 30%. Это означает, что только 1/3 тепла, выделяемого в котлах, превращается в электричество, остальное количество энергии теряется в виде отбросного тепла.

Преобразование химической энергии в тепловую в мощных паровых котлах протекает с КПД 88%, в то время как КПД преобразования тепловой энергии в механическую в паровой турбине Вставляет примерно 42%, а КПД преобразования механической энергии в электрическую с помощью электрогенератора - 98%. таким образом, суммарный КПД превращения химической Персии в электрическую в этом цикле составит 36%, так как •88x0.42x0.98=0.362.

Энергосодержание топлива может быть измерено по количеству тепла, выделяемого при сгорании, однако два вида топлива с равной теплотой сгорания не могут быть превращены одно в другое без определенной потери энергии. Так, например, уголь и мазут, взятые в определенном количестве, могут обладать одина­ковой теплотой сгорания, и тем не менее они не будут эквивалентными, так как в процессе преобразования угля в синтетический мазут часть энергии теряется. Таким образом, арифметичекую эквивалентность энергии угля и мазута в данном случае не следует отождествлять с эквивалентностью преобразования угля в i патетический мазут. То же самое справедливо при рассмотрении любых форм энергии.