Экономика Отрасли (Энергетика) Тема 3. Методы преобразования энергии Схемы преобразования энергии Тепловая схема паротурбинной энергетической установки Законы преобразования тепла в работу Термодинамический КПД цикла преобразования тепла в работу. Цикл Карно Методы повышения КПД термодинамических циклов Газотурбинный цикл Брайтона Паротурбинный цикл Рэнкина Минимальная стоимость и оптимальный КПД космической энергоустановки. Экономико-аналитический институт МИФИ

Внутренняя энергия топлива, Q Тепло 1 2 Механическая энергия Электроэнергия, W 1 и 2 – прямое преобразование. КПД: = W/Q – показывает, какая часть затраченной энергии превратилась в полезную работу Схемы преобразования энергии.

3.2. Тепловая схема паротурбинной энергетической установки. Q2Q2 W Q1Q1 Цикл был предложен в 50-х годах 19-го века почти одновременно шотландским инженером и физиком У.Рэнкиным (Rankine, ) и немецким физиком Р.Клаузиусом ( ). Обычно этот цикл называют циклом Рэнкина.

3.2. Тепловая схема паротурбинной энергетической установки.

Функциональная схема термоэлектрической батареи 1 – «горячий» теплопровод; 2, 10 – электроизоляция; 3, 9 – коммутационные шины; 4 – «горячий» спай; 5 – термостолбик n – типа; 6 – термостолбик p – типа; 7 – теплоизоляция; 8 – «холодный» спай; 11 – «холодный» теплопровод.

Термоэмиссионные преобразователи тепла в электричество 3.1. Схемы преобразования энергии. W Q1Q1 Q2Q2 электроны

Первый закон термодинамики представляет собой количественное выражение закона сохранения и превращения энергии. Второй закон термодинамики характеризует качественную сторону процессов преобразования энергии, указывая возможность (или направление) протекания процесса. dQ= dU+ dA. dS= dQ/T или dQ= T dS. A=Q=Q 1 -Q Законы преобразования тепла в работу.

3.4. Термодинамический КПД цикла преобразования тепла в работу. Цикл Карно. S TS-диаграмма Q1Q1 Q2Q2 T МИН T МАКС Т T ПОДВ Т ОТВ A=Q=Q1-Q2A=Q=Q1-Q2

3.4. Термодинамический КПД цикла преобразования тепла в работу. Цикл Карно. Если энергия W, отпускаемая потребителю, задана, то чем выше КПД цикла, тем меньше расходуется топлива (меньше Q 1 ) и меньше тепловое загрязнение окружающей среды Q 2.

Регенерация тепла в цикле 3.5. Методы повышения КПД термодинамических циклов. S Т Q1Q1 Q2Q2

3.6. Газотурбинный цикл Брайтона.

3.7. Паротурбинный цикл Рэнкина. S Т К Вода: Т К = 374 о С, р К = 225 атм.

Рост КПД сопровождается сильным ростом давления воды Паротурбинный цикл Рэнкина. р 225 атм. 50 атм. 47 % 50 атм.

Когда говорят о «Глобализации экономики», об «Электронном бизнесе» и об « Информационной экономике», то не всегда ясно представляют масштабы технических средств для обеспечения телекоммуникаций. Невозможно представить себе всемирную связь без спутниковых систем ретрансляции, способных десятилетиями работать в космических условиях без вмешательства человека. При потребностях электропитания таких спутников около 100 кВт наиболее перспективны ядерные энергетические установки с компактными реакторами-преобразователями Космическая энергетика

Космическая ядерная энергетическая установка «ТОПАЗ» (первое поколение, с натрий-калиевым теплоносителем)

В земной энергетике задача повышения КПД продиктована экономией топлива. В космосе выбор КПД связан с минимизацией массы установки в расчете на единицу мощности. Для мощных установок основной вклад в массу вносит холодильник-излучатель, сбрасывающий избыточное тепло цикла в космос тепловым излучением (другого механизма нет). Поэтому в космических аппаратах нашли применение методы прямого преобразования энергии: Термоэлектрические, термоэмиссионные, солнечные батареи, топливные элементы Минимальная стоимость и оптимальный КПД космической энергоустановки.

Оптимальный КПД для космоса % Минимальная стоимость и оптимальный КПД космической энергоустановки.

Power system options for specific mission durations.

Космическая ЯЭУ «БУК» Схема космической ЯЭУ «БУК-ТЭМ» с трубчатыми термоэлектрическими кремний-германиевыми преобразователями нового поколения

Основные технические характеристики ЯЭУ «БУК» и «БУК-ТЭМ»

Энергоустановка с ЭХГ «Фотон» для КК «Буран» ( гг.) N = 40 кВт, W = 2000 кВт·ч Электрохимический генератор N = 10 кВт Блок криогенного водорода