1. Введение. Б иолог Н. Реймерс утверждает Нас (человечество) сейчас отделяет от тепловой смерти биосферы лишь один порядок циннии. Будем использовать в 10 раз больше энергии, чем сейчас, и погибнем

• Название: Б иолог Н. Реймерс утверждает Нас (человечество) сейчас отделяет от тепловой смерти биосферы лишь один порядок циннии. Будем использовать в 10 раз больше энергии, чем сейчас, и погибнем
• Дата: 20.06.2022
• Размер: 2.25 Mb.
• Имя файла: 1. Введение.docx
• Тип: Документы; #604931

Б иолог Н. Реймерс утверждает: «Нас (человечество) сейчас отделяет от тепловой смерти биосферы лишь один порядок циннии. Будем использовать в 10 раз больше энергии, чем сейчас, и погибнем». Причина заключается в так называемом «парниковом эффекте»: содержащийся в атмосфере диоксид углерода СО2 пропускает солнечные лучи на Землю, но препятствует охлаждению Земли путем излучении в космос. В последние годы ученые мира со всё большим беспокойством говорят о повышении концентрации СО2 в атмосфере. Если эти опасения подтвердятся, человечеству в не таком-уж отдалённом будущем придется резко ограничить потребление углеродсодержащих топлив. Кроме выбросов СО2, топливосжигающие и теплоэнергетические установки производят тепловые загрязнения (выбросы нагретой воды и газов), химические (оксиды серы и азота), золу и сажу, которые с увеличением масштаба производства также создают серьезные проблемы. Исключить эти выбросы или хотя бы свести их к минимуму можно только на основе глубокого понимания процессов, протекающих в топливоиспользующих установках. Фактически экология ставит человечество перед необходимостью делать производства безотходными.

Экономические факторы также заставляют резко увеличить степень использования добываемого топлива. Пока ещё энергетическая активность многих технологических процессов чрезвычайно низка, ибо технологи, разрабатывающие процессы, зачастую не ставили во главу угла вопросы экологии и экономии топлива.

В России такому подходу объективно способствовали и неоправданно низкие цены на топливо, начиная с периода дореволюционной России и в период СССР. Например, нефть стоила 32 рубля за 1 т, в то время как на мировом рынке ее цена уже в июне 1987 г. составила 110 долларов за м3 , а в 1981 г. даже 300 долларов. Но тогда цены и деньги имели совершенно другую стоимость. В настоящее время экономический кризис заставил все страны Мира рассматривать эти аспекты по-новому. И не смотря на такие «тревожные обстоятельства в нашей стране», отечественные процессы зачастую продолжают оказываться более энергоемкими, чем зарубежные.

Высокие цены на топливо (прежде всего нефть) на мировом рынке стимулировали разработку энергосберегающих технологий. В результате удельные расходы условного топлива на производство 1 т цемента в Японии снизились до 110 кг, в США — до 150, в то время как в РФ — 210 кг/т. Расход дизельного топлива на 1 га сельскохозяйственных угодий в США составляет 94 кг, а в СССР 185 кг/га. В передовых странах мира прирост валового продукта в год составил в 70-е годы 2,8 %, в то время как потребление энергоресурсов не выросло. Это, кстати, стало одной из причин снижения цен на нефть (в 2— 3 раза с начала 80-х годов). Тем не менее, уровень потребления топливо-энергетических ресурсов (ТЭР) в разных странах еще сильнее различается. По оценкам, в 1990 г. в среднем количество ежесуточно потребляемых энергоресурсов в расчете на одного жителя Земли эквивалентно примерно 7 кг условного топлива.

В наиболее развитых странах это число превышает 30, в РФ оно составляло более 20 кг/сут (без учета экспорта).

В соответствии с Энергетической программой РФ 80 % прироста промышленной продукции должно быть обеспечено за счет экономии ТЭР, и прежде всего в технологических процессах и на транспорте, где тратится до 80 % добываемого топлива (остальное — в энергетике). Главная роль в разработке менее энергоемких технологий принадлежит технологам — неэнергетикам. Её невозможно решить без глубоких знаний основных законов теплотехники. Сегодня выгоднее вкладывать средства не в увеличение добычи топлива, чтобы продолжать расходовать его с низкой эффективностью, а в разработку технологических процессов, обеспечивающих более экономное его использование.

Дело в том, что большая часть населения и промышленных предприятий страны расположены в западной ее части, а основные запасы топлив — в восточной (Сибирь). Начиная с 1980 г. здесь добывается больше половины топлива, зачастую в сложнейших геологических условиях (болота, вечная мерзлота) при отсутствии местных трудовых ресурсов. В перспективе — освоение еще более труднодоступных месторождений. Это увеличивает как себестоимость топлив, так и расходы по их доставке. Растут и капиталовложения на строительство новых топливодобывающих предприятий и на поддержание добычи на прежнем уровне на старых месторождениях (освоение более глубоких пластов в Печорском бассейне, закачивание горячей воды в нефтяные пласты и т. д.). В топливно-энергетический комплекс. В бывшем СССР в последние годы, перед 1990 г., вкладывалось около 23 % капиталовложений страны.

Транспорт не справлялся с возрастающими перевозками топлива, поэтому было принято решение не строить в европейской части страны новых конденсационных тепловых электростанций.

До 1985 г. в топливном балансе страны неуклонно возрастала доля нефти и природного газа. После 1985 года добыча нефти фактически стабилизировалась, а выход получаемого из нее котельно-печного топлива — мазута — неуклонно уменьшался в связи с более глубокой переработкой нефти на моторные топлива. В этот период экономики страны потребление мазута в энергетике резко ограничивается. Крупная энергетика ориентируется в основном на твердое топливо (на нем вырабатывается около половины всей электроэнергии страны) и природный газ, добыча которого по-прежнему возрастает.

В целом более 90 % всей используемой человечеством энергии приходится на ископаемые органические топлива. Это определяет роль теплоэнергетики — общеинженерной дисциплины, изучающей методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты и связанных с этим аппаратов и устройств.

П ервый период — начало его теряется в глубине тысячелетий, конец V—VII вв. Человек обходился мускульной силой (сначала своей, а потом и животных), теплом Солнца, а позже костра. Источником мускульной силы служила химическая энергия пищи. Энергетические ресурсы не только восстанавливались, но их запасы еще и возрастали. Окружающая среда не подвергалась «загрязнению».

Второй период — с V—VII вв. до XVIII в. Помимо указанных выше источников энергии (ИЭ) стали использоваться новые, тоже возобновляющиеся: движение воды в реках и ветер. Часть работы стали выполнять водяные колеса и ветряные крылья. Энергетические ресурсы полностью восстанавливались, окружающая среда оставалась «чистой».

Т ретий период — с XVIII в. до середины XX в. В это время основным ИЭ в развитых странах становится невозобновляемая химическая энергия органического ископаемого топлива: каменного угля, нефти, природного газа и т. п., а основной движущей силой — «движущая сила огня», получаемая в тепловых двигателях. Развивается электроэнергетика. Расходуемые энергетические ресурсы уже не восстанавливаются. Происходит все большее «загрязнение» окружающей среды.

Четвертый период начался в середине XX в. с освоения энергии деления ядер урана. Он закончится полным исчерпанием (или использованием в допустимой, по соображениям глобальной безопасности степени) ядерного и термоядерного топлива. В этот период будут расходоваться последние запасы невозобновляемых энергетических ресурсов Земли и проблема охраны окружающей среды станет особенно важной.

Пятый период начнется после окончания четвертого (в случае, если не будут открыты и технически освоены новые ИЭ). Человечеству придется жить в состоянии «динамического равновесия», довольствуясь непрерывно возобновляющимися ресурсами: солнечным излучением, движением вод в реках и морях, энергией ветра, теплом недр Земли, химической энергией растений и т. п. Окружающая среда будет полностью восстанавливаться. В соответствии с поступающей энергией придется регламентировать население Земли, оснащенность его бытовой, культурной, престижной и другой энерготехникой.

М ы живем в начале четвертого периода, основными энергетическими проблемами которого являются: воспроизводство ядерного топлива деления в реакторах на быстрых нейтронах, техническое освоение контролируемого термоядерного синтеза, все более широкое использование возобновляемых энергоресурсов, повышение доли потребления каменного угля и повышение энергетической эффективности всех типов энергетических установок и энергопотребляющих устройств.

Первое четкое упоминание об использовании «движущей силы огня» относится к I в. до н. э., когда Герон Александрийский построил множество различных паровых машин-игрушек, вершиной которых был прообраз реактивнотурбинного двигателя Эолопил (Эол — бог ветра; тогда считали, что вода при нагревании превращается в воздух), и сделал попытку дать теоретическое объяснение их рабочего процесса. Эолопил представлял собой полый металлический шар с впаянными в него на противоположных полушариях открытыми трубками, загибавшимися в разные стороны. В шар наливалась вода и подогревалась до кипения. Образовавшийся пар выбрасывался из трубок, создавая реактивные силы, под действием которых шар вращался в трубчатых опорах. Низкий уровень науки и техники и отсутствие потребности в новом двигателе у общества остановили его разработку почти на 1700 лет.

Т олько в XVII—XVIII вв. — в период промышленной революции, когда началось бурное развитие горнодобывающей, металлургической, металообрабатывающей, станкостроительной и других отраслей производства, что вызвало острую потребность в значительно более мощных и удобных силах, чем силы мышц, воды и ветра, взоры снова обратились к «движущей силе огня». Наука тогда отставала от практики и изобретатели продвигались вперед «на ощупь». В 1681 г. ассистент выдающегося физика X. Гюйгенса врач и механик Д. Папен изобретает паровой котел, снабженный предохранительным клапаном, позволяющим регулировать давление пара. Чуть позже X. Гюйгенс, развивая идею Г. Галилея о получении вакуума, предлагает взрывать для этого порох на дне цилиндра под поршнем. Обратно поршень должен был падать под действием атмосферного давления. С этим устройством родилось сразу два новых принципа — атмосферной паровой машины и двигателя внутреннего сгорания.

Т рудности работы с порохом заставили Папена заменить его в 1690 г. водой, подогревавшейся на дне цилиндра до образования пара. Обратно поршень опускался после конденсации пара, которую ускоряли обливанием цилиндра холодной водой или впрыскиванием ее внутрь.

В книге, выпущенной в 1698 г., Папен впервые дал правильное термодинамическое описание процессов в цилиндре своей машины, но ни ему, ни другим изобретателям не пришло в голову разделить эти процессы по разным агрегатам, что сразу повысило бы ее эффективность и решило проблему создания универсального двигателя.

Наиболее острой была тогда проблема откачки воды из все углублявшихся шахт. И первое применение сила пара нашла в паровытеснительных насосах. Англичанин Сэвери получил патент на один из них в 1698 г., не имевших ни одной движущей части.

Однако из-за низкой экономичности эти насосы были вытеснены паропоршневыми, разработанными в 1705—1712 гг. англичанином Т. Ньюкоменом. В них пар приготавливался в отдельном котле, а поршневой двигатель был отделен от откачивающего воду поршневого насоса. Система клапанов регулировала поступление пара и воды в цилиндры. Эти машины широко применялись, и последняя из них была демонтирована в Англии в 1934 г. Однако промышленность все более остро нуждалась в универсальном двигателе, не зависящем, как водяные колеса, от места или, как ветряные, — от погоды. И в 1763 г. русский инженер И. И. Ползунов предложил, а к 1766 г. построил такую машину. Она работала на угле, холостой ход исключался с помощью двух цилиндров, работавших на общий вал, парораспределение было автоматическим, правда, машина оставалась пароатмосферной. Изобретатель умер до пуска машины, которая после небольшой неполадки была остановлена и забыта.

В результате слава создания первого универсального паропоршневого двигателя досталась англичанину Д. Уатту. В 1769 г. он получил патент на усовершенствования ньюкоменовской водоподъемной машины: отделение конденсатора от цилиндра и использование в качестве движущей силы вместо атмосферного давления упругости пара, подаваемого сверху поршня. В 1782 г. Уатт ввел двойное действие (пар поочередно поступал сверху и снизу поршня), золотниковое парораспределение, преобразование поступательно-возвратного движения во вращательное, а в 1788 г. — и центробежный регулятор оборотов. Схема установки стала почти современной.

Число изобретений различных типов двигателей быстро растет, предлагается немало «вечных двигателей», и в 1775 г., за 70 лет до установления закона сохранения энергии и за 90 лет до открытия второго начала термодинамики, Парижская Академия наук первой в мире принимает решение их больше не рассматривать.

Далее путь человеческой мысли ведет в созданию тепловых двигателей с газообразным рабочим телом — газовых двигателей.

В 1801 г. француз Ф. Лебон патентует поршневой двигатель, работающий на горючих газах от сухой перегонки древесины с зажиганием их электрической искрой и сгоранием внутри цилиндра. В 1805 г. швейцарец И. Риваз предлагает двигатель на водороде.

В 1816 г. английский священник Р. Стирлинг получает патент на универсальную тепловую машину, состоящую из цилиндра с двумя по-разному движущимися поршнями и регенератора-теплообменника и способную работать на разных топливах как двигатель внешнего сгорания, как холодильник и как тепловой насос (отопитель). Низкий уровень науки и техники не позволил тогда создать высокоэффективные «стерлинги», однако в наше время у этой машины хорошие перспективы. В 1824 г. основоположник термодинамики С. Карно предсказывает рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), соответствующий четырем ходам поршня: 1-й — всасывание воздуха; 2-й — сжатие его, в конце которого подача и сгорание топлива; 3-й — рабочий ход — расширение газообразных продуктов сгорания; 4-й — выпуск их.

В 1860 г. французский механик Ж. Ленуар начинает строить и продавать ДВС, работающие на светильном газе, с зажиганием от электрической искры, но без предварительного сжатия воздуха, что ограничило их к. п. д. 3—6 % (как и у паровых машин).

И только в 1877 г. немецкий изобретатель-коммерсант Н. Отто создает, наконец, четырехтактный ДВС с искровым зажиганием и к. п. д. 16—20 %. В 1892— 1897 гг. немецкий инженер Р. Дизель разрабатывает компрессорный с воспламенением от предварительно сильно сжатого в цилиндре воздуха ДВС, оказавшийся самым экономичным. В 1904 г. в России Г. В. Тринклер создает менее громоздкий и еще более экономичный бескомпрессорный дизель.

Так постепенно ДВС превосходят паровые двигатели и по компактности и по экономичности. Поиски новых конструкций двигателей возвращают изобретателей к турбинам, которые из-за отсутствия жаростойких материалов, малой точности обработки деталей и по другим причинам не разрабатывались до конца XIX в.

В 1884 г. англичанин Ч. Парсонс патентует паровую реактивную многоступенчатую турбину. В 1889 г. шведский инженер Г. Л аваль получает в Англии патент на расширяющееся сопло, которое позволяет в отличие от суживающегося превращать в кинетическую энергию потока высокие перепады давления пара. В 1891 г. паротурбинный двигатель (ПТД) снабжается конденсатором, что делает его более экономичным, чем поршневой, при сохранении превосходства над последним и в удельной мощности, ПТД стал основным двигателем электростанций.

Первый газо(паро)турбинный двигатель (ГТД) с процессом горения при постоянном давлении спроектировал и построил русский инженер П. Д. Кузьминский в 1897 г. В 1906 г. В. В. Караводин разработал, а в 1908 г. построил и испытал более экономичный ГТД — с пульсирующим процессом (горением при постоянном объеме).

В том же XIX в. открывается принципиальная возможность прямого превращения химической и тепловой энергии в электрическую. Этому способствовали работы Л. Гальвани (1791) по изучению «животного электричества» и последовавшие сразу за этим труды А. Вольта, построившего первый гальванический элемент — «вольтов столб» и открывшего «ряд напряжений металлов». И уже в 1801 г. англичанин Г. Дэви изобретает угольно-кислородный «топливный элемент», который, однако, оказался почти неработоспособным из-за малой реакционной способности угля. После многолетних экспериментов Антуан Беккерель в 1833 г. создает угольно-воздушный топливный элемент, но и ему не удается преодолеть возникшие трудности. Приходится от твердых топлив отказаться. И в 1839 г. У. Гров строит первый водородно-кислородный элемент, 18 оказавшийся работоспособным, но мало эффективным из-за несовершенных электродов и ряда помех в протекании токообразующих реакций.

В 1821 г. немецкий физик Т. Зеебек открывает термоэлектричество— возможность прямого превращения тепловой энергии в электрическую при нагреве одного из двух спаев цепи, состоящей из двух спаянных концами разнородных проводников. В 1834 г. французский часовщик Ж. Пельтье, пропуская электроток через такую же цепь, как и Зеебек, обнаружил обратный эффект — в зависимости от направления тока один из спаев нагревался, а другой охлаждался.

Наконец, в 1896 г. Анри Беккерель открывает естественную радиоактивность, после чего начинаются интенсивные исследования атомных ядер, приведшие к техническому освоению ядерной энергии.

Так в XIX в. закладываются основы теплоэнергетики XX в.

Паротурбинные двигатели постепенно вытесняют все прочие в электроэнергетике. Их единичная мощность и экономичность быстро растут. В последние годы заводы серийно выпускают блоки котел — турбина мощностью 100, 150,200,300,500 и 800 МВт с к. п. д. до 40—42 %. При этом обнаруживается, что дальнейшие затраты на увеличение единичной мощности уже почти не окупаются экономией материалов и горючего. Единичная мощность и экономичность ГТД все еще ниже, чем ПТД, поэтому их применяют для покрытия пиковых нагрузок и в особых случаях. Строятся парогазотурбинные двигатели.

Н а транспорте применяются все типы тепловых двигателей: на судах — паро и газотурбинные, ДВС; в авиации — турбореактивные и реактивные; на автотранспорте, на строительных, дорожных и сельскохозяйственных машинах (включая тракторы) — ДВС.

В середине XX в. начинается быстрое развитие новой энерготехники. В декабре 1942 г. в США под руководством итальянца Э. Ферми был пущен первый ядерный реактор. В 1945 г. американские бомбы были взорваны над Хиросимой и Нагасаки. В 1954 г. была пущена первая в мире атомная электростанция в СССР, а в 1959 г. сдан в эксплуатацию первый атомный ледокол «Ленин». Так началась эра ядерной энергетики. Однако энергоресурсы урана и тория, даже при использовании их в быстрых реакторах (работающих с воспроизводством топлива), и термоядерного топлива, включающего тритий (получаемый из лития), сопоставимы с энергоресурсами органических ископаемых горючих, которые быстро истощаются. Поэтому существенное превосходство ядерной энергетики над обычной будет достигнуто только при использовании реакции синтеза дейтерия с дейтерием, запасы которого почти неисчерпаемы. Но для этого надо решить ряд трудных научно-технических проблем, на что потребуется не менее 30—40 лет.

Разрабатываются энергетические установки (мощностью до 200— 300 кВт) на дорогостоящих радиоактивных изотопах.

С 1958—1960 гг. на современном уровне науки и техники началось создание энергоустановок на основе давно известных явлений, позволяющих непосредственно генерировать электроэнергию: топливных элементов, термоэлектрогенераторов, магнитогазодинамических электрогенераторов, солнечных электрогенераторов и т. д. Интенсивно ведутся работы по теплофикационному использованию солнечной энергии.

Такова хронология истории теплоэнергетики, развившейся только в последние 150 лет. А как формировалась теплотехническая наука? В начальный период промышленной революции она отставала от практики, которая служила мощным стимулом ее развития.

П ервый фундаментальный труд по теории теплотехники «Размышления о движущей силе огня и машинах, способных развивать эту силу» издал в 1824 г. французский инженер Сади Карно (1796—1832). Он предсказал, что тепловым машинам «суждено совершить большой переворот в цивилизованном мире», и задался целью определить причины их несовершенства. В своем труде Карно заложил основы термодинамики, поскольку там содержались (хотя и полученные с помощью теории «теплорода») и оба начала термодинамики, и ее основные понятия, и идеальный цикл тепловых машин, и другие важные положения.

Работа Карно прошла почти незамеченной. И лишь через 10 лет, после издания «Мемуара о движущей силе теплоты» Б. Клапейрона, она стала почти сенсацей. Клапейрон «перевел» ее на математический язык, вскрыв великое содержание этого труда, и первым применил графический метод исследования работы тепловых машин — метод циклов.
В 1845—1847 гг. трудами Р. Майера, Д. Джоуля, Г. Гельмгольца окончательно формулируется закон сохранения и превращения энергии. «Теперь было доказано, — писал позже Ф. Энгельс, — что все бесчисленные действующие в природе причины, которые до сих пор вели какое-то таинственное, не поддававшееся объяснению существование в виде так называемых сил... являются особыми... формами... энергии...»*) Недоверие к новому закону (названному первым началом термодинамики) быстро рассеивалось благодаря трудам В. Томсона (лорда Кельвина), Р. Клаузиуса, У. Ренкина и др.

В 1853 г. В. Томсон дает первое точное определение энергии (см. с.18). Клаузиус формулирует уже на основе механической теории тепла два начала термодинамики и получает знаменитое выражение к. п. д. идеального цикла Карно при наличии двух источников тепла разной (Т1 > Т2) температуры: ή = (Т1 - Т2)/ Т1. Одновременно публикует свой труд, посвященный термодинамике паров и газов, У. Ренкин. Он тоже доказывает, что в холодильник отводится часть тепла, полученного от нагревателя, другая же — пропорциональная работе — «исчезает».

В 1855—1865 гг. вводятся понятия обратимых и необратимых процессов и энтропии (Клаузиусом) — величины, рост которой в необратимых процессах характеризует ту часть энергии тел, которая не может быть превращена в работу, а рассеивается в виде теплоты. Поскольку все реальные процессы вследствие трения, теплопроводности и конечности времени их протекания необратимы, энтропия изолированных систем всегда возрастает. Эту формулировку второго начала термодинамики Клаузиус без должных оснований распространил на Вселенную, объявив о неизбежности ее «тепловой смерти». Последнее означало, что когда-то вся энергия, имеющаяся на Земле и в других частях Вселенной, превратится в тепло, а равномерное распределение последнего между телами земной природы и Вселенной приведет к выравниванию температуры и к полному прекращению превращений энергии. Эта теория не учитывала бесконечности Вселенной, где процессы рассеивания и концентрации энергии должны чередоваться во времени и пространстве, — иначе как объяснить наличие запасов энергии на Земле и в Солнечной системе? Кроме того, австрийский физик Л. Больцман, один из творцов молекулярно-кинетической теории газов, доказал, что закон возрастания энтропии неприменим к Вселенной еще и потому, что он справедлив лишь для статистических систем, состоящих из большого числа хаотически движущихся частиц, поведение которых подчиняется законам теории вероятностей. Для них возрастание энтропии лишь наиболее вероятно, но с необходимостью должно наступать и маловероятное событие (флуктуация) — ее уменьшение. Во Вселенной же действуют динамические законы.

В те же годы независимо от Больцмана создает законченную систему статистической термодинамики скромный преподаватель колледжа США Д. У. Гиббс. По цельности, глубине и охвату она превосходит теорию Больцмана, но утверждает в принципе те же идеи. В отличие от классической термодинамики, решающей задачи на основе опытных зависимостей между макроскопическими параметрами системы (температура, давление и т. п.), статистическая термодинамика позволяет вычислять макроскопические характеристики и устанавливать зависимости между ними по данным о состоянии микрочастиц систем — их расположении, скоростях, энергии. Д. У. Гиббс внес немалый вклад и в классическую термодинамику, разработав метод потенциалов, установив правило фаз и др.

Так был заложен фундамент термодинамического метода и началась разработка его приложений, прежде всего к теории тепловых машин.

В конце XIX в. Ж. Гюи и А. Стодола ввели понятие работоспособности, или максимальной технической работы, которую может совершить система, имеющая температуру, отличающуюся от атмосферной при обратимом переходе в состояние равновесия с атмосферой. В 1956 г. Р. Рант дал этой величине название «эксергия». В отличие от энтропии, которая в реальных, необратимых процессах всегда возрастает сама по себе не определяет работоспособности системы, в отличие от энергии, которая, строго говоря, не может «расходоваться» и «теряться» (по закону сохранения ее), эксергия — запас работоспособности системы — по мере совершения ею работы уменьшается, т. е. расходуется. Это сделало эксергетические расчеты очень популярными.

Другая ветвь теории теплотехники — теория тепломассообмена — уходит своими корнями в труды Г. Галилея и И. Ньютона. Последний еще в 1701 г. установил закон конвективного теплообмена. В 1822 г. Ж - Б. Фурье издает «Аналитическую теорию теплопроводности», считая, что он привел теорию теплообмена в такое же состояние, в какое была приведена механика трудами И. Ньютона... Однако для этого потребовалось еще более 100 лет. И только современные ученые развили теорию теплообмена до законченной системы.

Быстрый и мощный скачок в разработке теории поменял ее местами с практикой — теория стала освещать путь практике, служить указателем направлений и пределов совершенствования энерготехники. В результате на основе достижений НТР масштабы и темпы развития энергетики и потребления энергоресурсов достигли столь высоких значений, что в отдельных направлениях уже близки к предельным.

На выработку электроэнергии в развитых странах расходуется порядка 30—35 % энергоресурсов, предполагается, что к 2000 г. эта цифра вырастет до 40—50 %. Остальная часть энергоресурсов идет на транспортные двигатели и на получение тепла для промышленности и отопления. При этом непосредственно используются тепловая (около 75 %), механическая (около 24 %), электрическая и световая (в сумме порядка 1 %) энергии.

В нашей стране до революции энергетика была развита слабо. В 1913 г. мощность всех электростанций составляла порядка 1 млн. кВт, а выработка электроэнергии — до 2 млрд. кВт/ч. Интересно отметить, что 70 % своей потребности в энергии Россия удовлетворяла за счет ветряных мельниц, перемалывая на них почти все свое зерно.

Роль энергетики в России впервые была должным образом оценена В. И. Лениным в «Наброске плана научно-технических работ» и в разработанном по его инициативе плане электрификации России (ГОЭЛРО). Этим планом намечалось за 15 лет построить 20 тепловых и 10 гидравлических электростанций, доведя их мощность до 1,75 млн. кВт, а выработку электроэнергии — до 8,8 млрд. кВт/ч. План ГОЭЛРО был выполнен за 10 лет, а уже в 1940 г. выработка электроэнергии превысила дореволюционную в 25 раз. СССР вышел по этому показателю на второе место в мире после США.

Энергетическое хозяйство СССР достигло уровня, для которого характерны: резко возрастающая концентрация производства энергоресурсов и электроэнергии со все большей централизацией их распределения; широкие технические возможности и экономическая целесообразность взаимозаменяемости полезных видов энергии, энергетических установок и энергоресурсов. На этой основе образовались большие системы энергетики, управляемые автоматически и включающие электроэнергетические (и входящие в них теплоснабжающие), нефтеснабжающие, газоснабжающие и углеснабжающие системы, среди которых формируется и система ядерной энергетики.

В связи с необходимостью экономить нефть и газ, запасы которых быстро истощаются, а новые месторождения требуют больших затрат для их разработок, центр тяжести переносится на использование низкокалорийных углей, ядерных топлив и гидроэнергии, пригодных лишь для электростанций. Для транспортной энергетики в будущем предполагается перерабатывать твердые органические горючие в жидкие и получать водород. Последний выгоднее, так как сжигается без загрязнения окружающей среды, потери энергии на его транспортировку ниже, чем для электроэнергии, и т. д., но его широкое применение требует дорогостоящей и длительной подготовки. В резерве остаются электрохимические аккумуляторы, которые пока не позволяют увеличить однозарядный пробег электромобиля свыше 100 км и тоже требуют немало средств для подготовки к их широкому применению. Для технологических нужд промышленности и отопления помимо водорода предполагается использовать ядерную энергию, что требует налаживания промышленного производства высокотемпературных (900— 1100 ° С) реакторов, которые пока имеются в единичных исследовательских экземплярах.

Все сказанное выше подчеркивает важность экономного расходования не только электрической энергии, но и более 70 % энергоресурсов, расходуемых непосредственно на получение тепла и механической работы. Таким образом, знания, приобретаемые в курсе «Общая теплотехника», будут способствовать выполнению задачи повышения эффективности и качества в области теплоэнергетики.