Энергетические соотношения

обеспечит энергетические потребности сельского хозяйства, не очень энергоемких технологических процессов в промышленности, отопительных сооружений, холодильной техники, водоподъемных устройств, водоопреснительного оборудования, бытовых приборов и т. д. Эта же энергетика обеспечит зарядку ЭАБ для электромобилей и производство водорода для транспорта и других нужд. Сказанное позволяет прийти к заключению, что постепенное развитие малой и средней энергетики на возобновляемых (и местного значения певозобновляемых) энергоресурсах, наряду с продолжающимся развитием крупных ТЭС, ГЭС и АЭС при соблюдении в каждый период времени оптимального соотношения между ними, может рассматриваться как альтернатива одностороннему развитию только последних и как основная задача прогнозирования на ближайшие десятилетия. При этом следует учитывать возможность привлечения для развития малой и индивидуальной энергетики средств населения.

Современные мировые энергетические потребности можно было бы обеспечить за счет солнечной энергии, ежегодно получаемой площадью 22 000 км2, что составляет всего лишь 0,005 °/о земной поверхности. Даже если коэффициент полезного действия устройств по превращению энергии равен всего 10 %, то теоретически энергетические потребности Земли могли бы быть удовлетворены за счет солнечной энергии, попадающей на район площадью, скажем, менее половины Украины.

В данной главе рассмотрено большинство основных источников получения теплоты. Однако лишь один из них — органическое'топливо— можно в настоящее время использовать для обеспечения наших потребностей без угрозы основательного подрыва экономики. В принципе могут быть освоены некоторые альтернативные энергоресурсы, однако масштабы времени, необходимого для этого, остаются неопределенными. А ведь на переходный период нам необходим источник теплоты, к тому же достаточно экономичный. Одни полагают, что наши неотложные энергетические потребности и даже потребности на дальнюю перспективу удастся обеспечить за счет ядерной энергии, другие с этим не согласны. Так или иначе, а ядерная энергетика существует, и с этой реальностью необходимо считаться.

. Известно, что существуют различные методы транспортировки энергии. Во многих случаях метод транспортировки энергии определяется географическими или топографическими условиями, но в ряде случаев существует возможность выбора. В прошлом энергетические потребности США, размеры городов и состояние технологии были такими, что допускали возможность экономически оправданного строительства небольших энергопреобразующих установок в черте городов. В этих случаях единственной проблемой транспортировки энергии была проблема подвоза топлива. Проблема транспортировки конечных энергоносителей, как правило, отсутствовала.

Рост потребления электроэнергии на кондиционирование воздуха привел к тому, что пик годовой нагрузки энергосистем с зимы, как это было еще несколько лет назад, переместился на Лето. Этот вид дополнительной нагрузки особенно тяжело сказывается на работе энергосистемы в грозовые душные летние ночи, когда потребность в кондиционировании резко возрастает. Вплоть до конца 70-х годов элек-троснабжающие компании весьма интенсивно рекламировали .кондиционирование воздуха, но очень скоро обнаружилось, что справиться с резко возросшей в результате этого нагрузкой не представляется возможным, и поэтому они прекратили рекламирование кондиционеров. Многие жители, обеспокоенные сложившейся ситуацией, выступают за возврат к тому времени, когда комфортные условия в домах создавались без помощи кондиционирова-• ния воздуха. И действительно, если бы дома лучше строились, лучше выбирались бы места их расположения и предусматривались бы встроенные в них устройства пассивного использования солнечной энергии, то энергетические потребности на кондиционирование воздуха в масштабах всей страны, по крайней ме-' ре в жилом секторе, существенно уменьшились бы. Нагрузку на энергосистемы можно было бы также сократить, если бы в общественных зданиях удалось исключить распространенную практику переохлаждения воздуха с помощью кондиционирования и затем подогрев его с помощью электронагревателей до комфортной температуры. В некоторых административных зданиях в зимний период применяется одновременное отопление помещений, расположенных по периметру здания, и кондиционирование воздуха в помещениях в центральной час--ти здания, где располагаются лифты, печатно-множительные машины, компьютеры и т. п. Достойным сожаления является тот факт, что при таком нерациональном использовании энергии требуются меньшие затраты, чем при устройстве теплообмена в целях перераспределения теплоты, выделяемой при работе машин и механизмов в здании, для обогрева помещений, в которых работают люди. И, наконец, -с сожалением отметим, что многие современные административные здания строятся

Целый «экологически чистый» город, все энергетические потребности которого, будут удовлетворяться за счет возобновляемых источников, строится в Бразилии. Вместо крыш на домах этого необычного'города будут расположены солнечные водонагреватели. Четыре ветряных двигателя приведут в действие генераторы мощностью по 20 киловатт каждый. В безветренные дни электроэнергия будет поступать из стоящего в центре города здания, стены и крыша которого сделаны из солнечных батарей. Если же не будет ни ветра, ни солнца, энергия поступит от обычных генераторов с двигателями внутреннего сгорания, но тоже особенных — они будут работать на спирте, полученном из тростника, и, таким образом, не будут загрязнять воздух отработанным бензином.

В последние три десятилетия страна превращается из сельскохозяйственной в промышленную. По размерам производства на душу населения Бразилия еще значительно отстает от промышленно развитых стран, хотя доход на душу населения в ней в 2 раза выше, чем в других слаборазвитых странах. Бразилия имеет значительные и разнообразные ресурсы полезных ископаемых, хотя еще недостаточно разведанные: железную и марганцевую руды, бокситы и др. Энергетические ресурсы в Бразилии незначительны. Основой энергетического баланса страны является битуминозный уголь с высоким содержанием золы (до 30%). Свои энергетические потребности Бразилия покрывает за счет импорта на 37,8%.1

Отдел экономики энергетики МЭА разрабатывает на базе существующей более крупную прогнозную модель для анализа влияния изменений энергопотребления в отдельных секторах экономики и макроэкономических факторов на энергетические рынки. В частности, планирование макроэкономических показателей и инвестиций в основном оказывает влияние на экономию энергии. В свою очередь энергетический рынок через цены на нефть, импортное топливо и степень обеспеченности источниками энергоснабжения влияет на изменение макроэкономических показателей. Для энергетического рынка важно различие между потреблением энергии в трех основных секторах экономики — промышленности, жилищно-бытовом секторе и на транспорте. В промышленности и жилищно-бытовом секторе возможна взаимозаменяемость топлив, хотя и1 здесь нефть оказывает решающее влияние на суммарные энергетические потребности. На транспорте возможность замены (минимальна, и все потребности в энергии должны удовлетворяться нефтью и нефтепродуктами.

Необходимость в энергосбережении. В настоящее время в мире используется в 12 раз больше энергии, чем в 1900 г., в 3,5 раза больше, чем в 1950 г., и в 2 раза больше, чем в 1960 г. Эти цифры характеризуют тенденцию ко все большей интенсивности использования энерго'ресурсов, большая часть которых конечна. Действительно, более половины прироста потребления энергии в период между 1950 и 1972 г. было удовлетворено за счет нефти и около четверти — за счет газа, что было обусловлено более высокой гибкостью их использования и исторически сложившимися низкими ценами. Среднегодовой прирост потребностей в энергии в Великобритании с 1950 г. был на уровне 2%, что существенно ниже среднемирового показателя. Несмотря на это, за 30 лет энергетические потребности в Великобритании возросли в 2 раза; при этом опережающими темпами увеличивалось расходование нефти и газа, а использование угля сокращалось.

проблемы сегодня — это использование различных зеркальных установок (фокусирующих солнечные лучи) вместо обыкновенных печей в качестве источника тепла в паровых двигателях и даже в холодильных установках. Технические усовершенствования в солнечных энергетических установках позволят в будущем создать такие солнечные станции, которые смогли бы, например, удовлетворить энергетические потребности некоторых из стран, расположенных в тропиках и ощущающих острый недостаток в собственном органическом и ядерном топливе. В странах с умеренным климатом идея такого использования солнечной энергии не столь уж привлекательна, да и в тропиках существует довольно явное ограничение для солнечных установок — ведь солнце не светит ночью. Следовательно, наряду с разработкой мощных солнечных генераторов энергии необходимо развивать систему аккумулирования подобной энергии.

Практическая точка зрения на геотермальные ресурсы США и их использование в недалеком будущем дается в докладе 1974 г. [9]. «Исполнительная группа полагает, что можно выработать логическую конструктивную программу для тех районов, где использование геотермальной энергии разумно и практично. Некоторые предлагают достичь к 1985 г. мощности 7 млн. кВт (Совет по сырой нефти — Энергетический обзор США, декабрь 1977 г.). Это было бы очень большим ростом по сравнению с имеющимися сегодня мощностями по использованию геотермальной энергии, и вряд ли эта цифра будет достигнута. Однако, даже в случае успеха, это будет крайне малый вклад в национальные энергетические потребности, эквивалентный примерно 0,2 млн. баррелей сырой нефти в день (10 млн. т в год)».

Однако энергетические соотношения*в двух схемах замещения не одинаковы. Не равны между собой мощности, развиваемые источником ЭДС ( 1.8, a) EI и источником тока ( 1.8,6) UJ,z также мощности потерь >"вт/2 Ф гвт^т (см. о мощности ниже, в § 1.15).

Потери мощности при регулировании введением резистора в цепь якоря и при постоянном моменте пропорциональны относительному изменению скорости, поэтому, если частота вращения снижена до 30% от номинальной, мощность, теряемая в реостате, составляет приблизительно 70% мощности, забираемой из сети. Несколько более благоприятные энергетические соотношения получаются при реостатном регулировании двигателей, вращающих механизмы с вентиляторным моментом

Энергетические соотношения в RC- и ^L-цепях. Говорят, что указанные цепи относятся к цепям первого порядка, поскольку именно таков порядок описывающих их дифференциальных уравнений. В данных цепях происходит необратимое преобразование запасенной электромагнитной энергии в энергию других видов.

Энергетические соотношения в колебательном контуре без потерь. На основании формул (7.27) и (7.28) мгновенная мощность колебательного процесса в индуктивном элементе

В большинстве случаев режим согласования линии с нагрузкой является предпочтительным. Чтобы понять это, достаточно вспомнить, как выглядят энергетические соотношения в линии передачи (гл. I). Отсутствие отраженной волны указывает на то, что поток энергии от генератора к нагрузке носит однонаправленный характер. Именно в этих- условиях процесс передачи энергии обладает наибольшей эффективностью.

Статические МН сохраняют запасенную энергию, находясь в неподвижном состоянии. Носителями потенциальной энергии в них служат упруго деформированные твердые тела или сжатые газы, находящиеся под избыточным давлением, а также массы, поднятые на высоту относительно земной поверхности. Типичными примерами статических МН являются: растянутые или сжатые пружины, резины; газобаллонные аккумуляторы и пневмоаккумуляторы; ударные устройства различных копров, например для забивания свай, использующие энергию масс в поднятом состоянии; водохранилища гидроаккумулирующих электростанций, баки водонапорных установок. Приведем основные энергетические соотношения и характерные параметры некоторых типовых устройств.

5.2.7. ОСНОВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ В ЭМН

5.2.7. Основные энергетические соотношения в ЭМН............................. 300

Основные энергетические соотношения в асинхронной машине и преобразование энергии иллюстрирует 18.9. Мощность потерь в обмотках статора

Вряд ли целесообразно выделять вопрос о резонансе напряжений в отдельную главу о резонансах. Экономней рассмотреть его тут же, как частный случай цепи с г, L и С, а также рассчитать и построить для этой цепи кривые зависимости действующих значений тока и всех напряжений, мощности и угла сдвига фаз от частоты при неизменном напряжении цепи. Иногда построение этих характеристик ведется для отношений указанных величин к их значениям при резона'нсе. Новые обозначения этих отношений скрывают уже знакомые величины, и студенты воспринимают их формально, поэтому в первый раз резонансные кривые должны быть построены в естественных координатах. Необходимо также рассмотреть энергетические соотношения при резонансе напряжений: обмен энергиями между индуктивностью и емкостью.

Однако энергетические соотношения в двух схемах замещения не одинаковы. Не равны между собой мощности, развиваемые источником ЭДС ( 1.8, a) EI и источником тока ( 1.8,6) UJ, а также мощности потерь ''вт^2 ^ гВт^вт (СМ- ° М°ЩНОСТИ ниже, в § 1.15).