Назвіть основні етапи в історії використання енергії людиною, вкажіть їх значення.
Який зв'язок між розвитком цивілізації людства і енергоспоживанням? Поясніть характер їх зміни в часі і вкажіть тенденції.
Що таке енергетична система? Її основне призначення. Які системи в ній функціонують?
Що являють собою паливно-енергетичні ресурси? Як вони класифікуються?
Що таке вторинні енергетичні ресурси? Назвіть їх і вкажіть способи їх отримання.
Що таке енергоємність первинних енергоресурсів? Для чого введено поняття умовного палива?
Які основні тенденції світового споживання ПЕР?
У чому суть енергетичної кризи 70-х рр. в Західній Європі і в 90-х рр. в країнах СНД? Які Ви бачите шляхи подолання енергетичної кризи в Білорусі?
Чим можна пояснити інтенсивне використання нафти в світовому енергобалансі і які подальші перспективи її використання?
Поясніть можливості і перспективи використання водню в енергетиці.
Що таке енергоефективні технології? Які мотиви їх впровадження?
Тема 2. Види енергії. Отримання, перетворення і використання енергії Лекція 2. Види енергії. Отримання, перетворення і використання енергії
енергія; кінетична і потенційна енергія; види енергії; енергетика; енергосистема; електроенергетична система; споживачі енергії; традиційна і нетрадиційна енергетика; графіки навантаження; енергоспоживання на душу населення; енергоємність економіки; показник енергоекономічного рівня виробництва.
Енергія і її види
Енергія - загальна основа природних явищ, базис культури і всієї діяльності людини. У той же час піденергії (грецьке -дія, діяльність) розуміється кількісна оцінка різних форм руху матерії, які можуть перетворюватися одна в іншу.
Згідно з уявленнями фізичної науки, енергія -це здатність тіла або системи тіл виконувати роботу. Існують різні класифікації видів і форм енергії. Людина в своєму повсякденному житті найчастіше зустрічається з такими видами енергії: механічна, електрична, електромагнітна, теплова, хімічна, атомна (внутрішньоядерна). Останні три відаотносятся до внутрішньої формі енергії, тобто обумовлені потенційною енергією взаємодії часток, що складають тіло, або кінетичної енергією їх безладного руху.
Якщо енергія - результат зміни стану руху матеріальних точок або тіл, то вона називається кінетичної; до неї відносять механічну енергію руху тіл, теплову енергію, обумовлену рухом молекул.
Якщо енергія - результат зміни взаємного розташування елементів цієї системи або її положення по відношенню до інших тіл, то вона називається потенційної; до неї відносять енергію мас, що притягуються за законом всесвітнього тяжіння, енергію положення однорідних частинок, наприклад, енергію пружного деформованого тіла, хімічну енергію.
Енергію в природознавстві в залежності від природи ділять на наступні види.
Механічна енергія - проявляється при взаємодії, рух окремих тіл або частинок.
До неї відносять енергію руху або обертання тіла, енергію деформації при згинанні, розтягуванні, закручуванні, стисненні пружних тіл (пружин). Ця енергія найбільш широко використовується в різних машинах - транспортних і технологічних.
Теплова енергія - енергія невпорядкованого (хаотичного) руху і взаємодії молекул речовин.
Теплова енергія, що отримується найчастіше при спалюванні різних видів палива, широко застосовується для опалення, проведення численних технологічних процесів (нагрівання, плавлення, сушіння, випарювання, перегонки і т.д.).
Електрична енергія-енергія рухомих по електричному ланцюзі електронів (електричного струму).
Електрична енергія застосовується для отримання механічної енергії за допомогою електродвигунів і здійснення механічних процесів обробки матеріалів: дроблення, подрібнення, перемішування; для проведення електрохімічних реакцій; отримання теплової енергії в електронагрівальних пристроях і печах; для безпосередньої обробки матеріалів (електроерозійна обробка).
Хімічна енергія-це енергія, «запасені» в атомахвеществ, яка вивільняється або поглинається при хімічних реакціях між речовинами.
Хімічна енергія або виділяється у вигляді теплової при проведенні екзотермічніреакцій (наприклад, горінні палива), або перетвориться в електричну в гальванічних елементах і акумуляторах. Ці джерела енергії характеризуються високим ККД (до 98%), але низькою ємністю.
Магнітна енергія - енергія постійних магнітів, що володіють великим запасом енергії, але «віддають» її дуже неохоче. Однак електричний струм створює навколо себе протяжні, сильні магнітні поля, тому найчастіше говорять про електромагнітної енергії.
Електрична і магнітна енергії тісно взаємопов'язані між собою, кожну з них можна розглядати як «зворотний» сторону іншої.
Електромагнітна енергія - це енергія електромагнітних хвиль, тобто рухомих електричного і магнітного полів. Вона включає видиме світло, інфрачервоні, ультрафіолетові, рентгенівські промені і радіохвилі.
Таким чином, електромагнітна енергія - це енергія випромінювання. Випромінювання переносить енергію в формі енергії електромагнітної хвилі. Коли випромінювання поглинається, його енергія перетворюється в інші форми, найчастіше в теплоту.
Ядерна енергія - енергія, локалізована в ядрах атомів так званих радіоактивних речовин. Вона вивільняється при розподілі важких ядер (ядерна реакція) або синтезі легких ядер (термоядерна реакція).
Існує і стара назва даного виду енергії - атомна енергія, проте ця назва неточно відображає сутність явищ, що призводять до вивільнення величезних кількостей енергії, найчастіше у вигляді теплової та механічної.
Гравітаційна енергія - енергія, обумовлена взаємодією (тяжінням) масивних тіл, вона особливо відчутна в космічному просторі. У земних умовах, це, наприклад, енергія, «запасені» тілом, піднятим на певну висоту над поверхнею Землі - енергія сили тяжіння.
Таким чином, в залежності від рівня прояву, можна виділити енергію макросвіту - гравітаційну, енергію взаємодії тіл - механічну, енергію молекулярнихвзаімодействій - теплову, енергію атомних взаємодій - хімічну, енергію випромінювання - електромагнітну, енергію, укладену в ядрах атомів - ядерну.
Сучасна наука не виключає існування і інших видів енергії, поки не зафіксованих, але не порушують єдину природничо картину світу і поняття про енергію.
У Міжнародній системі одиниць СІ в якості одиниці вимірювання енергії прийнятий 1 Джоуль (Дж). 1 Дж еквівалентний 1 ньютон метр (Нм). Якщо розрахунки пов'язані з теплотою, біологічної та багатьма іншими видами енергії, то в якості одиниці енергії застосовується позасистемна одиниця - калорія (кал) або кілокалорія (ккал), 1кал = 4,18 Дж. Для вимірювання електричної енергії користуються такою одиницею, як Ват · годину (Вт · год, кВт · год, МВт · год), 1 Вт · год = 3,6 МДж. Для вимірювання механічної енергії використовують величину 1 кг · м = 9,8 Дж.
Енергія, безпосередньо видобувають в природі (енергія палива, води, вітру, теплова енергія Землі, ядерна), і яка може бути перетворена в електричну, теплову, механічну, хімічну називаетсяпервічной. Відповідно до класифікації енергоресурсів за ознакою вичерпності можна класифікувати і первинну енергію. На рис. 2.1 представлена схема класифікації первинної енергії.
Ріс.2.1.Классіфікація первинної енергії
При класифікації первинної енергії виділяють традиційні інетрадіціонние види енергії. До традиційних відносяться такі види енергії, які протягом багатьох років широко використовувалися людиною. До нетрадиційних видів енергії відносять такі види, які почали використовуватися порівняно недавно.
До традиційних видів первинної енергії відносять: органічне паливо (вугілля, нафта і т.д.), гідроенергію річок і ядерне паливо (уран, торій та ін.).
Енергія, що отримується людиною, після перетворення первинної енергії на спеціальних установках - станціях, називається вторинною (електрична енергія, енергія пара, гарячої води і т.д.).
Переваги електричної енергії. Електрична енергія є найбільш зручним видом енергії і по праву може вважатися основою сучасної цивілізації. Переважна більшість технічних засобів механізації та автоматизації виробничих процесів (обладнання, прилади ЕОМ), заміна людської праці машинним в побуті мають електричну основу.
Трохи більше половини всієї споживаної енергії використовується у вигляді тепла для технічних потреб, опалення, приготування їжі, решта - у вигляді механічної, перш за все в транспортних установках, і електричної енергії. Причому частка електричної енергії з кожним роком зростає (рис. 2.2).
Електрична енергія - більш універсальний вид енергії. Вона знайшла широке застосування в побуті і в усіх галузях народного господарства. Налічується понад чотирьохсот найменувань електропобутових приладів: холодильники, пральні машини, кондиціонери, вентилятори, телевізори, магнітофони, освітлювальні прилади і т.д. Не можна уявити промисловість без електричної енергії. У сільському господарстві застосування електрики безперервно розширюється: годування і напування тварин, догляд за ними, опалення та вентиляція, інкубатори, калорифери, сушарки тощо
Електрифікація - основа технічного прогресу будь-якої галузі народного господарства. Вона дозволяє замінити незручні для використання енергетичні ресурси універсальним видом енергії - електричною енергією, яку можна передавати на будь-яку відстань, перетворювати в інші види енергії, наприклад, в механічну або теплову, ділити її між потребітелямі.Електрічество - дуже зручний для застосування і економічний вид енергії .
Мал. 2.2. Динаміка споживання електричної енергії
Електрична енергія володіє такими властивостями, які роблять її незамінною в механізації та автоматизації виробництва і вповседневной життя людини:
1. Електрична енергія універсальна, вона може бути використана для самих різних цілей. Зокрема, її дуже просто перетворити в тепло. Це робиться, наприклад, в електричних джерелах світла (лампочках розжарювання), в технологічних печах, використовуваних в металургії, в різних нагрівальних та опалювальних пристроях. Перетворення електричної енергії в механічну використовується в приводах електричних моторів.
2. При споживанні електричної енергії її можна нескінченно дробити. Так, потужність електричних машин в залежності від їх призначення різна: від часток вата в мікродвигуна, які застосовуються в багатьох галузях техніки і в побутових виробах, до величезних величин, що перевищують мільйон кіловат, в генераторах електростанцій.
3. В процесі виробництва і передачі електричної енергії, можна концентрувати її потужність, збільшувати напругу і передавати по проводах як на малі, так і на великі відстані будь-яку кількість електричної енергії від електростанції, де вона виробляється, всім її споживачам.