Тема №18. Структура энергосбережения

1. Цели, задачи и содержание изучения энергосбережения.

2. Виды энергии.

3. Источник энергии. Энергетические ресурсы.

4.Способы получения, транспортировки, преобразования и использования энергии.

1.

1 Цели, задачи и содержание изучения энергосбережения

Цель дисциплины – дать современные знания учащимся о технических и экономических аспектах политики энергосбережения в Республике Беларусь, сформировать новый системный подход к постановке и решению проблем эффективного использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на основе мирового опыта и государственной политики в области энергосбережения.

Задачей раздела «Энергосбережения» является формирование у студентов (представление) экологического мировоззрения будущего специалиста, которое позволит самокритично анализировать и оценивать личную, производственную деятельность в отношении к энергосбережению.

Раздел «Энергосбережение» включает в себя четыре темы:

1. Структура энергопотребления.

2. Энергосбережение в сельском хозяйстве.

3. Энергосбережение в быту.

4. Энергосбережение как природоохранная деятельность.

2.

2 Виды энергии

Прежде чем говорить об основных мероприятиях, обеспечивающих энергосбережение, т.е. выяснить, как можно сберечь энергию, необходимо четко определить, что представляет собой понятие «энергия».

Энергия (греч. – действие, деятельность) – общая количественная мера различных форм движения материи, т.е. это нечто, способное переходить из одной формы в другую.

Любая деятельность предполагает изменение состояние (движение). Все формы движения (механическое, тепловое, электромагнитное и др.) сопровождаются превращением энергии из одного вида в другой или совершением работы. Все виды энергии эквивалентны друг другу и при определенных условиях взаимозаменяемы.

Существуют различные классификации видов и форм энергии. Назовем те ее виды, с которыми люди наиболее часто встречаются в своей повседневной жизни: механическая, электрическая, электромагнитная и внутренняя (рис.1).

К внутренней энергии относятся: тепловая, химическая и внутриядерная (атомная).

Механическая энергия – проявляется при взаимодействии, движении отдельных макроскопических тел или их частиц.

Рисунок 1- Классификация видов энергии

К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел. Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах – транспортных и технологических машинах.

Паровые турбины отечественного производства марки "Двина" предназначены для выработки электроэнергии (механической энергии) с дальнейшим использованием отработавшего в установке пара для технологических и отопительных нужд.

Электрическая энергия – энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока). Это наиболее универсальный совершенный вид энергии. Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществление механических процессов обработки материалов: дробление, измельчение, перемешивание; для проведения электрохимических реакций, получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах. Использование электрической энергии позволяет создавать комплексы с высокой степенью автоматизации.

В аккумуляторной батарее электрическая энергия, поступающая в процессе её заряда от внешнего источника постоянного тока, превращается в химическую и в этом виде может быть запасена, а в процессе разряда - вновь преобразуется в электрическую энергию.

Магнитная энергия – энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но «отдающих» ее весьма неохотно. Электрическая и магнитная энергия тесно взаимосвязаны друг с другом.

Автономная безтопливная электростанция, использует энергию магнитных полей.  Запуск производится от аккумулятора и далее станция не требует внешних источников или топлива. Эксплуатационные расходы минимальные, так как электростанция не имеет движущихся частей. Упрощенно можно сказать, что производство избыточной электроэнергии обеспечивает специальный электромагнитный трансформатор, управляемый современными электронными схемами (мощность - от 1 КВт до 100ГВт).

Солнце формирует единое межпланетное магнитное поле. Его пространствен­ная структура довольно сложна, но в первом приближении она повторяет структуру потоков плазмы, т.е. архимедовы спирали меньше. Магнитные поля планет (магнитосферы) представляют собой препятствия для солнечного ветра.

Электромагнитная энергия – это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радио­волны. Таким образом, электромагнитная энергия – это энергия излуче­ния. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в дру­гие формы, чаще всего в теплоту (медпункт, кабинет физиопроцедур).

Тепловая энергия - энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ. Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавле­ния, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.). Инфракрасное излучение - естест­венный природный вид обогрева.

Химическая энергия – энергия, «запасенная» в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между вещест­вами (энергия биохимических превращений). Например энергия связи С-С в мо­лекуле этилена - 612 кДж/моль Химическая энергия выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горений топ­лива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и ак­кумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 45%), но низкой емкостью.

Биохимическая энергия - энергия, выделяющаяся или поглащающаяся в результате биохимических превращений. При гидролизе молекул АТФ до АДФ (аденозинтрифосфорной кислоты) эти связи разрываваются и выделяется боль­шое количество энергии:

АТФ + Н2О=АДФ + Н3РО4 + 40 кДж (1)

Мышцы называют двигателями организма. Они составляют почти поло­вину массы тела и превращают химическую энергию в силу, которая переда­ется через сухожилия костям и суставам. Энергия продуктов питания поддер­живает температуру тела, обеспечивает энергию, необходимую для физиче­ского и умственного труда. Ценнейшей составляющей пищи являются жиры окисление которых идет на образование АТФ.

Ядерная энергия – энергия, локализованная в ядрах атомов так называе­мых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).

Гравитационная энергия – энергия, обусловленная взаимодействием (тя­готением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве.

Окружающий нас мир обладает поистине неиссякаемым источником раз­личных видов энергии, некоторые из них человечество научилось использовать уже с давних времен (энергия движения воды в реках; энергия ветра; энергия, заключенная в топливе); некоторые еще в полной мере не используются: энер­гия Солнца, энергия взаимодействия Земли и Луны, энергия термоядерного синтеза, энергия тела Земли.

Немногим более половины всей потребляемой энергии используется в виде тепла для технических нужд: отопления, приготовления пищи, остав­шаяся часть – в виде механической, прежде всего в транспортных установках. Доля электрической энергии с каждым годом растет.

3.