Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Энергия, единицы измерения



С понятием энергия человек сталкивается постоянно и подчас не задумывается о глубоком смысле и широте его. Энергия определяется как общая количественная мера различных форм движения материи. В соответствии с разнообразием форм движения и различают механическую, тепловую, электрическую, ядерную, химическую и другие виды энергии.

В соответствии с законом сохранения, открытым М.В. Ломоносовым, энергия не теряется, а сохраняется и преобразуется в другие виды энергии.

Поэтому энергия является тем стержнем, который связывает воедино все процессы и явления материального мира. Для объектов энергетики энергетический анализ является основным инструментом исследования процессов преобразования энергии с проверкой на каждом этапе технологического процесса выполнения условия баланса энергии. В процессе преобразования часть энергии может изменять свой вид, что часто усложняет количественный учет и проверку баланса.

Именно потребности измерений энергии на заре развития электротехники стимулировали активное обсуждение на международных выставках 1851 года в Лондоне и 1855 года в Париже необходимости введения единой системы мер и весов. На I Международном конгрессе электриков, состоявшемся в 1881 году, был предложен проект полной системы единиц СГС, в основу которой были положены сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени. Но применение этой системы в инженерных расчетах создавало определенные трудности из-за малости основных единиц. В 1918 году во Франции, а в 1927 году и в СССР была принята система единиц МТС на основе метра, тонны и секунды. Однако и она оказалась неудобной, но уже из-за другой крайности.

В октябре 1960 года XI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила проект единой системы единиц, над которым специальная комиссия работала с 1954 года. Эта система стала известна под наименованием Международная система единиц СИ. В 1961 году в СССР был утвержден ГОСТ 9867-61 «Международная система единиц», которым устанавливалось предпочтительное применение единиц СИ во всех областях науки, техники, образования и народного хозяйства.

Основными единицами СИ являются семь следующих единиц: длины – метр, массы – килограмм, времени – секунда, силы электрического тока – ампер, температуры – кельвин, количества вещества – моль, силы света – кандела.

Кроме основных единиц в состав СИ вводится большое число производных величин, определяемых по отраслям науки и техники. Ниже в табл. 3 приведены производные единицы СИ, которые применяются в электротехнике.

Таким образом, несмотря на разнообразие видов энергии все они измеряются в джоулях. Для механической работы, например, один джоуль определяется работой, выполненной единицей силы на пути в один метр, т.е. 1Дж=1Н·1м.

 

Производные единицы системы СИ Таблица 3

Величина Наименование единицы Обозначение единицы Выражение через удобные единицы Выражение через основные единицы
Частота герц Гц с-1
Сила ньютон Н м кг с-2
Давление паскаль Па Н/м2 м-1 кг с-2
Энергия, работа джоуль Дж Н м м2 кг с-2
Мощность ватт Вт Дж/с м2 кг с-3
Количество электричества кулон Кл с А
Электрическое напряжение вольт В Вт/А м2 кг с-3А-1
Электрическая емкость фарада Ф Кл/В м-2 кг-1 с4 А2
Электрическое сопротивление ом Ом В/А м2 кг с-3 А-2
Электрическая проводимость сименс См А/В м-2 кг-1 с3 А2
Поток магнитной индукции вебер Вб В·с м2 кг с-2 А-1
Магнитная индукция тесла Тл Вб/м2 кг с-2 А-1
Индуктивность генри Гн Вб/А м2 кг с-2 А-2

 

Наряду с единицами системы СИ и их производными в специальных областях, в том числе и в энергетике, допускается применение единиц измерения из других систем и даже внесистемных единиц. Так, например, в энергетике для измерения тепловой энергии часто используется калория, имеющая простой физический смысл: за 1 калорию принимается такое количество теплоты, которое повышает температуру 1 грамма воды на 1 градус. Эта единица может рассматриваться как теплоемкость воды, равная 1 кал/(г·град). Из физики известно соотношение калории и джоуля

1 кал=4,187 Дж.

Для измерения электрической энергии повсеместно используется внесистемная единица кВт·ч. Соотношение между кВт·ч и джоулем можно получить используя системную единицу мощности – 1 Ватт:

1 кВт·ч = 103 Вт ·3600 с =3,6 ·106 Дж.

Учитывая предыдущее соотношение можно определить связь между единицами измерения электрической и тепловой энергии

1 кВт·ч = 3,6·106/4187=860 ккал.

Для измерения больших объемов энергии, имеющих промышленное значение, а также больших и малых значений других физических величин используются приставки кратных и дольных единиц, основные из которых с шагом 1000 перечислены в табл. 4.

 

Приставки кратных и дольных единиц Таблица 4

Приставка Множитель Сокращение
русское международное
тера 1012 Т T
гига 109 Г G
мега 106 М M
кило 103 к k
милли 10-3 м m
микро 10-6 мк µ
нано 10-9 н n
пико 10-12 п p

 

Применение полученных представлений об энергии и единицах измерения позволяет решать некоторые практические задачи по оценке важнейших технико-экономических показателей, которые характеризуют процессы получения и преобразования энергии с использованием в качестве первичных энергоресурсов органического топлива. Важнейшей характеристикой топлива является теплота сгорания, измеряемая в кДж/кг или в ккал/кг и определяющая количество тепловой энергии выделяемой при сгорании 1 кг натурального топлива. Для объективной оценки эффективности процессов выработки энергии на объектах, которые работают на разных видах топлива, вводят понятие условного топлива (у.т.), имеющего фиксированную теплоту сгорания, равную 7000 ккал/кг.

При решении задач будет использоваться понятие коэффициента полезного действия (КПД) как отношения полезной энергии к полной затраченной, и удельного расхода топлива, т.е. расходуемого на единицу полезно отпущенной энергии.

Задача № 2.1.

Сколько воды можно нагреть от температуры to=20 0C до кипения на электроплите при расходе электроэнергии W= 1 кВт·ч , если установка работает с КПД 0=50 %.

Решение

Определим общую энергию в ккал, которая поступает в систему нагрева воды из электрической сети

Q=1кВт·ч´860 ккал/ кВт·ч=860 ккал.

Энергия, которая используется для нагрева воды

.

Из условия нагрева воды при

.

Найдём массу воды

.

 

Задача № 2.2

Сколько мазута расходуется на ТЭС, работающей с КПД=40%, на выработку 1 кВт·ч электроэнергии, если теплота сгорания с=10000 ккал/кг.

Решение

Определим необходимое количество тепловой энергии, которая должна поступить для выработки 1 кВт·ч при известном КПД

.

Определим массу топлива

.

 

Задача № 2.3

Сколько воды можно нагреть от 200С до кипения в бытовом котле, работающем с при сжигании 0,215 кг мазута, имеющего с= 10000 ккал/кг.

Решение

Количество тепла, выделяемого при сжигании мазута,

.

Объём теплоты, идущий на нагрев воды,

.

Найдём массу воды .

 

Рассмотренные задачи позволяют оценить эффективностьдвух технологий нагрева воды по критерию расхода первичного энергоресурса – топлива.. Сравнение их показывает, что вторая технология существенно рациональней первой и является энергосберегающей, поскольку здесь первичный энергоресурс (топливо) используется для нагрева воды без промежуточного преобразования энергии, и общий относительный КПД технологии .

В первой же технологии первичная энергия преобразуется в электрическую с КПД , а затем в тепловую, идущую на нагрев с .

Общий КПД определяется как произведение относительных КПД этапов

.

Таким образом, для оценки эффективности различных технологий необходимо составить чёткую схему последовательного преобразования энергии, оценить КПД каждого звена этой схемы и найти общий КПД как их произведение

.

 

Задача № 2.4

Тепловая электростанция работает с мощностью и удельным расходом топлива в =400 г у.т./кВт·ч.

Определить суточный расход условного топлива и натурального, если теплота сгорания его с=3500 ккал/кг.

Решение

Определим выработку электроэнергии за сутки

.

Найдём расход условного топлива

Определим расход натурального топлива

.

 

Задача № 2.5

Определить КПД тепловой электростанции, если удельный расход топлива в =312 г у.т./кВт·ч.

Решение

Полезно отпущенная электроэнергия в 1 кВт·ч эквивалентна .

На выработку её расходуется 0,312 кг условного топлива, или в тепловом эквиваленте

Определим относительный КПД ТЭС

.

Задача № 2.6

Определить общий КПД преобразования энергии на ТЭС, если процесс сжигания топлива в котле с образованием пара имеет , преобразование энергии пара в кинетическую энергию в турбине имеет , а КПД преобразования в электрическую энергию имеет .

Решение

Все три звена в схеме преобразования энергии расположены последовательно, поэтому общий КПД

.

Задача № 2.7

На электростанции работают два блока, имеющие расходные характеристики

определяющие расход топлива в т у.т. как функции от часовой нагрузки блока в МВт. Общая нагрузка электростанции .

Найти оптимальную нагрузку каждого блока.

Решение

Критерием оптимальности является минимальный часовой расход топлива

при выполнении условия баланса .

Для определения оптимального режима воспользуемся методом направленного перебора по следующему алгоритму:

1) принимаем произвольное значение мощности первого блока ;

2) по расходной характеристике определяем ;

3) определяем нагрузку второго блока ;

4) находим расход топлива ;

5) определяем общий расход ;

6) изменяем мощность с шагом =20 МВт и повторяем расчёт.

Результаты расчета приведены в табл.

 

P1, МВт P2, МВт B1, т у.т. B2, т у.т. B, т у.т.
14,4 109,2 123,6
19,6 92,0 111,6
25,6 76,4 102,0
32,4 62,4 94,8
40,0 50,0 90,0
48,4 39,2 87,6
57,6 87,6
52,9 34,4 87,3

 

Как следует из таблицы, оптимальная мощность блоков равна Р1=130 МВт, Р2=70 МВт, а расход топлива на ТЭС В=87,3 т у.т. в час.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.