1.8.4. Ядерное топливо

Ядерным топливом является уран. Об эффективности использования его показывает работа первого в мире атомного ледокола «Ленин» водоизмещением 19 тыс. т, длиной 134 м, шириной 23,6 м, высотой 16,1 м, и осадкой 10,5 м, со скоростью 18 узлов (около 30 км/ч). Он был создан для караванов судов по Северному морскому пути, толщина льда достигала 2 и более метров. В сутки он потреблял 260-310 граммов урана. Дизельному ледоколу для выполнения такого же объема работы, которую выполнял ледокол «Ленин», потребовалось бы 560 т дизтоплива. Известно, что теплотворная способность ядерного топлива в 3 млн. раз выше каменного угля.

В настоящее время электроэнергия в большинстве случаев получается с помощью механических устройств, отдельные части которых движутся со значительным трением. На электростанциях химическая энергия превращается в тепло путем окисления топлива, а атомная в ядерных реакторах - в результате ядерных превращений. Полученный при помощи этого тепла пар приводит в движение турбины, которые вращают роторы генераторов, вырабатывающих электрический ток. Коэффициент полезного действия этих устройств обычно не превышает 60%, значительное количество энергии из-за трения частей машин превращается в тепло (при этом часть полезной мощности пропадает), но главным образом вследствие того, что тепло, являющееся здесь промежуточным продуктом превращения энергии. Целесообразно превращать энергию, заключенную в энергоносителях, непосредственно в электрическую. Над этой проблемой активно работают ученые, инженеры и изобретатели. Известно, что в некоторых химических соединениях под воздействием света может возникать до некоторой степени направленное движение электронов, т.е. начинает течь ток. Это так называемый фотоэлектрический эффект, который используется в фотоэлементах. Здесь можно говорить о превращении световой энергии в электрическую без выделения сколько-нибудь значительного количества тепла. Принципиально световое излучение Солнца можно таким образом превращать в электрическую энергию без потерь. На практике из-за технического несовершенства фотоэлементы работают пока с КПД, не превышающим 10-12 %, следовательно, превращают в электрическую энергию только 10-12 % падающего на них излучения. На пути широкого внедрения фотоэлементов в технику имеются и другие препятствия, однако в особых условиях (например в приборах, установленных в отдаленных пунктах, на космических кораблях и т.д.) они незаменимы.

1.8. 5. Условное топливо

Различные виды энергетических ресурсов обладают разным качеством, которое характеризуется энергоемкостью топлива. Удельной энергоемкостью называется количество энергии, приходящееся на единицу массы физического тела энергоресурса.

Для удобства сопоставления различных видов энергоресурсов и возможности расчетов расход всех видов топлива, а также планирования необходимо проводить сравнение на единой базе. За единую базу принято так называемое условное топливо (У.Т.).

За условное принято такое топливо, при сгорании 1 кг которого выделяется 29,3 МДж энергии, или 7000 ккал тепла. В табл.1.3 приведены значения удельной энергоемкости для ряда энергетических ресурсов в сравнении с условным топливом. В качестве единицы измерения в государствах СНГ принята 1 тонна условного топлива (Т У.Т.). За рубежом применяется идентичная по сути и функциональному назначению единица измерения – тонна условного топлива в нефтяном эквиваленте или проще тонна нефтяного эквивалента (т.н.э.), 1 т н.э. = 41,86 МДж.

Анализ разведанных в мире запасов природных энергоресурсов показывает, что при существующих темпах развития экономики стран мира, нефти хватит на 40 лет, газа – на 60лет, угля – на 250 лет, урана – на 80 лет. Торфяные месторождения и запасы торфа, учитывая его невысокую калорийность, практически не изменяют энергетический потенциал Земли. Поэтому необходимо максимально использовать возобновляемые энергоресурсы (солнце, ветер, биотопливо, движение воды в реках, морях и океанах), разрабатывать экономически рациональные технологии водородной энергетики и термоядерного синтеза.

Таблица 1.3. Значения удельной теплоты сгорания (энергоемкости) основных видов топлива.

Удельная теплота и энергия сгорания	Древесина	Торф	Бурый уголь	Сланцы	Каменный уголь	Антрацит	Кокс	Бензин	Керосин	Дизельное топливо	Мазут	Природный газ	Сжиженный газ
Ккал/кг	2 960	2900	3100	2300	6450	6700	7000	10500	10400	10300	9700	8000	10800
кДж/кг	12400	12100	13000	9600	27000	28000	29300	44000	43500	43000	40600	33500	45200