геосфера. ответы экз энергетика геосферы. Дисцеплина Энергетика геосферы. Экзаменационный билет 1
 Скачать 1.44 Mb.
|
Экзаменационный билет № 191.Этапы развития электроэнергетики России. В развитии электроэнергетики можно выделить следующие основные этапы: соединение электростанций на параллельную работу и образование первых энергосистем; образование территориальных объединений энергосистем (ОЭС); создание Единой энергетической системы (ЕЭС); функционирование электроэнергетики после образования независимых государств на территории бывшего СССР. С созданием первых энергосистем возникли серьезные проблемы, и в первую очередь проблема устойчивости. Случаи нарушения устойчивости наблюдались в США еще в 1921 г. В нашей стране они произошли несколько позже — в конце 20-х годов в «Мосэнерго». В следующем десятилетии случаи нарушения устойчивости учащаются и превращаются в бич энергоснабжения. Часто причинами нарушений устойчивости был дефицит активных и реактивных мощностей и недопустимо низкие уровни частоты и напряжения, приводящие к авариям типа «лавины частоты» и «лавины напряжения». Важнейшее значение приобретают углубление интеграции стран СНГ в области электроэнергетики и организация эффективного оперативно-технологического взаимодействия объединенных энергосистем государств Содружества. Это позволит оптимальным образом развивать электроэнергетику, уменьшить объем необходимых инвестиций, повысить надежность электроснабжения потребителей, улучшить использование первичных энергоресурсов, осуществлять взаимовыгодные обмены электроэнергией, уменьшить затраты на топливо для электростанций и оказать в целом положительное влияние на экономику стран СНГ, повысить ее конкурентоспособность на мировом рынке. 2. Схема преобразования энергии солнца в энергию биомассы. Эффективность преобразования. Следует различать три существующих пути использования солнечной энергии: 1) преобразование солнечной энергии в электрическую; 2) получение тепловой энергии; 3) производство биомассы, концентрирование солнечной энергии автотрофными организмами и последующее использование их химической энергии. Производство биомассы автотропными организмами. Это одно из важнейших направлений использования солнечной энергии связано с живыми (в первую очередь растительными) организмами. Автотрофные организмы ежегодно ассимилируют в результате процесса фотосинтеза около 200 млрд тонн углерода, превращая его в органические соединения. Общее энергосодержание образующейся при этом биомассы оценивается в 3 • 1021 Дж. Эт,а величина примерно в 10 раз превышает ежегодное мировое потребление энергии и в 200 раз больше энергосодержания ежегодно потребляемой человечеством пищи. Эффективность фотосинтеза с точки зрения трансформации солнечной энергии является крайне низкой, в среднем 0,1% от теоретической величины, равной 15%. Однако имеются растения, которые используют 1 3% солнечной энергии (некоторые растения на севере). Таким образом, имеются громадные возможности для селекционеров; в перспективе это огромный резерв пищи. Общее количество энергии солнечного излучения, получаемое поверхностью Земли за год, более чем в 20000 раз превышает современный уровень мирового производства энергии. Доля растительной биомассы в мировом потреблении энергии пока сравнительно невелика и составляет примерно 8% от общего количества топлива, расходуемого в мире. Однако для развивающихся стран биомасса растений, т. е. дрова и сжигаемые отходы сельского и лесного хозяйства, чрезвычайно важны и в настоящее время являются основными источниками получения энергии. В развивающихся странах на долю биологических источников энергии (в основном это дрова) приходится 68% получаемой энергии, в странах Дальневосточного региона (за исключением Японии) 50%. В странах Европейского экономического сообщества растительная биомасса служит источником 5% получаемой энергии, что эквивалентно, однако, расходу примерно 500 млн тонн нефти в год. В США доля энергии, получаемой из топлива растительного происхождения, составляет более 3% от общего баланса производства энергии и неуклонно увеличивается. Возросший интерес к растительным источникам топлива в развитых странах связан не только с удорожанием нефти и продуктов ее переработки, но и с ростом коэффициента полезного использования энергии в дровяных печах (США). Совершенствование конструкций печей позволило увеличить КПД их использования до 30-80%. Однако при этом резко возросла их стоимость, поэтому в развивающихся странах до настоящего времени пользуются в основном печами старых образцов, имеющих КПД б 8%. Сжигание растительного топлива в бытовых печах далеко не единственный способ переработки биомассы, синтезируемой или образующейся в результате жизнедеятельности живых организмов (табл. 15.1). Перспективы использования тех или иных способов переработки биомассы по-разному оцениваются в различных странах и определяются климатическими условиями и доступностью других источников энергии. Одним из важнейших среди вспомогательных источников энергии справедливо считают отходы сельскохозяйственного производства, в том числе жидкие и твердые отходы животноводства. Сосредоточенная в них химическая энергия это тоже результат трансформации солнечной энергии. Наиболее перспективный метод переработки таких отходов связан с получением биогаза смеси горючего газа метана (60 70%) и негорючего углекислого газа (30 -35%). В нем обычно бывает немного примесей: сероводород, водород, кислород, азот. Образуется биогаз в результате анаэробного разложения органических соединений, поэтому сырьем для его получения могут быть не только отходы животноводства, но и осадок сточных вод, мусор и некоторые другие органические отходы. При анаэробном разложении таких отходов, в зависимости от химического состава сырья, выделяется от 5 до 15 м3 биогаза на 1 кг перерабатываемой органики. Обычно процесс идет не до конца, и примерно половина органических веществ не разлагается. Но этот неразложив- шийся остаток является прекрасным удобрением. Поскольку процесс анаэробного разложения протекает при температуре 50-55 °С в течение нескольких дней, значительная доля болезнетворных микроорганизмов и яиц гельминтов гибнет, поэтому образующийся остаток обеззараживается и происходит его дезодорация. В состав этого остатка входят азот, фосфор, калий и другие микроэлементы. Использование такого удобрения в сельском хозяйстве замыкает кругооборот веществ. Вещества, извлеченные из почвы растениями, вновь возвращаются в почвенный слой. Полученный в результате анаэробного разложения биогаз имеет теплотворную способность около 5000 ккал/м3. Его можно сжигать для получения электроэнергии, отопления домов, использовать в качестве горючего для автомобилей и тракторов. Работы по получению биогаза при переработке сельскохозяйственных отходов широко ведутся в различных странах мира. Таким образом, при производстве биогаза можно не только избавиться от неприятных отходов животноводства, но и получить энергию и ценное удобрение. Экзаменационный билет № 201 Суточный график электрических нагрузок. Основные составляющие. Для анализа режимов электропотребления используются следующие виды графиков нагрузки: суточные, недельные, годичные, многолетние. Наиболее широко используются среднесуточные графики, при построении которых нагрузка каждого часа определяется как средняя величина по графикам за разные сутки. Так получают характерные (стандартные) графики для всех дней недели, для разных месяцев года.  Совокупность суточных графиков нагрузки характерных дней недели: после праздничного (а), нормального рабочего (б), предпраздничного (в) и праздничного (г)Величина нагрузки непрерывно подвержена изменениям во времени и достигает минимальной (Рмин), средней (Рср) и максимальной величин (Рмакс). или ;   где - нагрузка i-го часа, - потребление электроэнергии за сутки. Для суточных графиков активной и реактивной нагрузок характерны следующие величины: максимум активной (реактивной) нагрузки за сутки P'м (Q'м) кВт (квар), максимум активной нагрузки в наиболее загруженной смене Pм кВт, расход активной (реактивной) энергии за сутки Wcут (Vcут), кВт-ч (квар-ч), расход активной (реактивной) энергии за наиболее загруженную смену Wcм (Vcм), кВт-ч (квар-ч). Используя эти характерные величины и зная общую номинальную мощность всех рабочих электроприемников (Ри, кВт), можно определить следующие характерные для суточных графиков показатели: Cреднюю активную нагрузку за сутки (кВт): Рсут = Wсут/24, Средниюю активную нагрузку за наиболее загруженную смену (кВт): Рсм = Wcм/8, Коэффициент использования номинальной мощности Рн за наиболее загруженную смену: Ки = Рсм/Рн, Коэффициент мощности в период максимума  Cредневзвешенный коэффициент мощности за наиболее загруженную смену  Коэффициент заполнения суточного графика активной и реактивной нагрузки: Кн.а = Wсут /P'м24, Кн.р = Vсут /Q'м24 Коэффициент максимума активной нагрузки за наиболее загруженную смену: Км = Рм/Рсм 2. Прохождение солнечной радиации через атмосферу. Эффекты поглощения и отражения. Проходя сквозь атмосферу, солнечная радиация частично рассеивается атмосферными газами и аэрозольными примесями к воздуху и переходит в особую форму рассеянной радиации. Частично же она поглощается молекулами атмосферных газов и примесями к воздуху и переходит в теплоту, идет на нагревание атмосферы. Нерассеянная и непоглощенная в атмосфере прямая солнечная радиация достигает земной поверхности. Она частично отражается от земной поверхности, а в большей степени поглощается ею и нагревает ее. Часть рассеянной радиации также достигает земной поверхности, частично от нее отражается и частично ею поглощается. Другая часть рассеянной радиации уходит вверх, в межпланетное пространство. В результате поглощения и рассеяния радиации в атмосфере прямая радиация, дошедшая до земной поверхности, изменена в сравнении с тем, что было на границе атмосферы. Интенсивность радиации уменьшается, а спектральный состав ее изменяется, так как лучи разных длин волн поглощаются и рассеиваются в атмосфере по-разному. В атмосфере поглощается сравнительно небольшое количество солнечной радиации, при этом главным образом в инфракрасной части спектра. Это поглощение - избирательное: разные газы поглощают радиацию в разных участках спектра и в разной степени. Азот поглощает радиацию только очень малых длин волн в ультрафиолетовой части спектра. Энергия солнечной радиации в этом участке спектра совершенно ничтожна, и потому поглощение азотом практически не отражается на интенсивности солнечной радиации. В большей степени, но все же очень мало поглощает солнечную радиацию кислород - в двух узких участках видимой части спектра и в ультрафиолетовой его части. Более сильным поглотителем солнечной радиации является озон. Его содержание в воздухе, даже в стратосфере, очень мало; тем не менее он настолько сильно поглощает ультрафиолетовую радиацию, что из солнечной постоянной теряется несколько процентов. В результате поглощения в верхних слоях атмосферы в солнечном спектре у земной поверхности не наблюдаются волны короче 0,29 мк. Сильно поглощает радиацию в инфракрасной области спектра углекислый газ; но его содержание в атмосфере ничтожно, и поэтому поглощение им в общем незначительно. Основным же поглотителем радиации в атмосфере является водяной пар, сосредоточивающийся в тропосфере и, особенно в нижней ее части. Из общего состава солнечной радиации водяной пар поглощает значительную долю в инфракрасной области спектра. Хорошо поглощают солнечную радиацию также атмосферные аэрозоли, т. е. облака и твердые частички, взвешенные в атмосфере. В целом в атмосфере поглощается 15-20% радиации, приходящей от Солнца к Земле. В каждом отдельном месте поглощение меняется с течением времени в зависимости как от переменного содержания в воздухе поглощающих субстанций, главным образом водяного пара, облаков и пыли, так и от высоты солнца над горизонтом, т. е. от толщины слоя воздуха, проходимого лучами на пути сквозь атмосферу. Кроме поглощения, прямая солнечная радиация на пути сквозь атмосферу ослабляется еще путем рассеяния, причем ослабляется более значительно. При этом рассеяние радиации тем больше, чем больше содержит воздух аэрозольных примесей. Всю солнечную радиацию, приходящую к земной поверхности, прямую и рассеянную вместе, называют суммарной радиацией. Под интенсивностью суммарной радиации будем понимать приток ее энергии за одну минуту на один квадратный сантиметр горизонтальной поверхности, помещенной под открытым небом и незатененной от прямых солнечных лучей. Таким образом, интенсивность суммарной радиации равна Is = I sinh+i где I - интенсивность прямой радиации, i - интенсивность рассеянной радиации, h - высота солнца. При безоблачном небе суммарная радиация имеет суточный ход с максимумом около полудня и годовой ход с максимумом летом. Частичная облачность, не закрывающая солнечный диск, увеличивает суммарную радиацию по сравнению с безоблачным небом; полная облачность, напротив, ее уменьшает. В среднем облачность уменьшает суммарную радиацию. Поэтому летом приход суммарной радиации в дополуденные часы в среднем больше, чем в послеполуденные. По той же причине в первую половину года он больше, чем во вторую. Падая на земную поверхность, суммарная радиация в большей своей части поглощается в верхнем, тонком слое почвы или воды и переходит в тепло, а частично отражается. Величина отражения солнечной радиации земной поверхностью зависит от характера этой поверхности. Отношение количества отраженной радиации к общему количеству радиации, падающей на данную поверхность, называется альбедо поверхности. Это отношение выражается в процентах. Итак, из общего потока суммарной радиации I sinh+i отражается от земной поверхности часть его (I sinh + i) А, где А - альбедо поверхности. Остальная часть суммарной радиации (I sinh + i)*(1-А) поглощается земной поверхностью и идет на нагревание верхних слоев почвы и воды. Эту часть называют поглощенной радиацией. |