Вопросы Цикл Ренкина, 1ый принцип термодинамики
 Скачать 7.82 Mb.
|
|
16) Основные преимущества АЭС 1. АЭС не зависят от места расположения источника сырья 2. Сооружение мощных энергоблоков станции позволяет создавать локальные центры выработки электроэнергии 3. Малый расход горючего не требует загрузки транспорта Развитие атомной энергетики напрямую зависит от того, как эффективно и надежно будут проходить строительство и эксплуатация новых и старых АЭС. Кроме этого, необходимо удачно решить вопрос с вариантами бес последственной ликвидации радиоактивных отходов. 17. надежность АЭС Безопасность АЭС включает в себя следующие аспекты:
Согласно требованиям безопасности ядерные станции запрещается строить ближе 200 км до черты города. Вокруг станции строится непреодолимая санитарная защитная зона. Район строительства станции сейсмически безопасен. Главное здание станции разделяется на несколько зон строгого и свободного режима. В зоне строгого режима на обслуживающий персонал могут воздействовать зараженный радиоактивный воздух, поверхности технологических приборов и оборудований, кроме этого зоны строгого режима подразделяются на зоны где персоналу находиться запрещено, и где персонал может находиться кратковременно. Зоны герметически разделены между собой. Сообщение происходит через специальные санитарные зоны. Для задержки радиоактивности устанавливается несколько защитных барьеров:
Поддержание управляемой цепной реакции ядер урана обеспечивают подвижные компенсирующие стержни поглощающие нейтроны деления. Если по ошибки при нарушении стержни окажутся подняты возникнет неуправляемый разгон мощности реактора, срабатывает аварийная сигнализация и в зону реактора будут автоматически введены аварийные поглощающие стержни. Чтобы отключить аварийный пуск реактора в контур теплоносителя вводится борная кислота, которая также поглощает нейтроны. 18 билет Магнитогидродинамический генератор (МГД)  Опыт Кельвина Принцип работы МГД генератора В рассматриваемой схеме, между магнитными пластинами , например в сильном магнитном поле, пропускается струя ионизированного газа- плазмы , обладающей кинетической энергией направленного движения, частиц, при этом в соответствии с законом электромагнитной индукции, появляется ЭДС, вызывающая протекание электрического токамежду пластинами и во внешней цепи. Поток ионизированного газа между пластинами тормозится за счет действия электродинамических сил, которые проявляются в результате действия протекающего в плазме тока и магнитного потока. Преобразование энергии происходит за счет совешения работы по одолению сил торможения  19 билет Термоэлектрические генераторы. Преобразовывают тепловую энергию в электрическую. Достоинства.
В качестве источников тепла термоэлектрические генераторы могут использовать энергию атомных реакторов, солнечную радиационную энергию, органическое топливо. Принцип работы термоэлектрического генератора основан на эффекте Зеебека. Сущность эффекта: в замкнутой цепи состоящей из неоднородных материалов протекает электрический ток при разной температуре контактов материала.  [Рисунок] Эффект Зеебека можно объяснить тем что, средняя энергия свободных электронов различна в разных проводниках и по-разному увеличиваются с повышением температуры. Если вдоль проводника существует перепад температур, то возникает направленный поток электронов от горячего спая к холодному. Вследствие этого у холодного спая образуется избыток отрицательного заряда, а у горячего спая положительный поток более интенсивен в проводниках с большей концентрацией электронов. Если цепь термоэлемента разомкнута то отрицательный потенциал холодного спая увеличиваются до тех пор пока не установится динамическое равновесия между электронами, которые уходят от горячего спая и электронами, которые возвращаются к горячему спаю под действием разности потенциалов и напряженности. Чем меньше электропроводимость материала, тем меньше скорость обратного перетока электронов. Чем больше электропроводимость материала, тем выше ЭДС такого элемента, поэтому полупроводниковые материалы лучше, чем металлы. Еще применением такого элемента называется тепловой насос, который с одной стороны поглощает теплоту, а с другой выделяет при прикладывании напряжение к термоэлементу. 20 билет Радиоизотопные источники энергии Естественный радиоактивный распад сопровождается выделением кинетической энергии осколков ядер и гамма излучений. Эта кинетическая энергия поглощается внешней средой, которой окружает изотоп с образованием тепловой энергии, которую можно использовать для получения электрической энергии. Термоэлектрическим способом установки, которая преобразует энергию естественного радиоактивного распада в электрическую энергию с помощью термоэлемента называемого радиоизотопными термогенераторами. Такие термогенераторы надежны в работе, обладают большими сроками службы, компактны и успешно используются в качестве автономных источников энергии для различных объектов, космического и наземного использования. Имеют КПД до 5% и срок службы 10 лет. Такие генераторы особенного пригодны для изучения космического пространства и работают длительно в неблагоприятных условиях, при космическом ионизирующем излучении. 21 вопрос. Термоэмиссионные генераторы. Явление термоэлектронной эмиссии было открыто в 1883 году инженером Эдисоном во время создания электрической лампы, во время своих экспериментов он перемещал в 1-ой колбе 2 нити, когда перегорала одна из них, то он включал другую. Во время испытания таких ламп было замечено, что часть электронов переходит от горячей нити к холодной, то есть электроны испаряются с горячей нити, она называется катод, и движутся к холодной, которая называется анод, и далее во внешнюю электрическую цепь. При этом часть тепловой энергии переноситься и расходуется на нагревание катода, а часть энергии выделяется во внешнюю электрическую цепь, создавая ЭДС. Анод разогревается за счёт теплоты переносимой электронами. Чем ниже температура анода по сравнению с катодом, тем большая часть тепловой энергии переходит в электрическую. В процессе термоэлектронной эмиссии с поверхности металлов происходит выход свободных электронов, в металлах число свободных электронов может достигать 6*  в 1  . Внутри металла сила притяжения электрона сбалансированы положительно заряженными ядрами. Непосредственно у поверхности металла на электроны действуют результирующие силы притяжения, для преодоления которых и выхода за пределы металла электрону нужно обладать достаточной кинетической энергией. Увеличение кинической энергии происходит при нагревании металла. В термоэмиссионных генераторах для нагревания катода можно использовать теплоту получаемую в результате ядерных реакций. КПД ядерного термоэмиссионного преобразователя может достигать 15%. Ядерный термоэмиссионный преобразователь.  22 вопрос. Электрохимические генераторы. В электрохимических генераторах происходит прямое преобразование химической энергии в электрическую. Возникновение ЭДС в гальваническом элементе, связано со способностью металла, посылать свои ионы в раствор, в результате молекулярного взаимодействия между ионами металлов в момент каждого раствора. Расположение электрических зарядов цинкового электрода и раствора сернокислотного цинка.  Молекулы воды стремятся окружить положительные ионы цинка в металле. В результате этого, под действием электростатических сил, положительные ионы цинка переходят в раствор сернокислотного цинка, этому способствует дипольный момент воды. По мере перехода ионов цинка в раствор, увеличивается отрицательный потенциал электродов, препятствующий этому процессу. При некотором потенциале электронов, наступает динамическое равновесие. При котором поток ионов в раствор, компенсируется, тепловым движением ионов, обратно электродов. Такой равновесный момент называется электрохимическим размером потенциала металла относительно данного электролита. Если приложить внешнее напряжение к электроду, то усилится поток ионов, от электрода в раствор. Если включить электрон на внешнюю нагрузку, то усилится поток ионов из раствора электрона. Водородно - кислородный топливный элемент .  Электроды в топливном элементе выполняются пористо. На аноде происходит переход положительных ионов водорода в электролит. Оставшейся электрон по внешней цепи переходит к катоду, создавая электрический ток во внешней цепи. Атомный кислород находящийся на катоде, присоединяет из воды атома водорода, и переходит в раствор в виде отрицательных ионов гидрооксида H. Ионы гидрооксида, находясь в атоме водорода образуют воздух. Таким образом, подводя к топливному элементу водород и кислород, происходит окисление тока с образованием воды, создавая электрический ток во внешней цепи. Если к такому топливному току, приложить внешнее напряжение, а в качестве электролиза использовать воду, то будет происходить обратный процесс на разложение воды т.е. электролиз! 23. Геотермальные электростанции. Геотермальные эл. Станции в качестве энергии используют теплоту земных недр. На каждые 40 метров заглубления в грунт температура увеличивается на 10С. Существуют такие участки земли, где за счет вулканической активности глубина залегания горячих подземельных вод незначительна. В Новой Зеландии геотермальным способом вырабатывают 40% энергии всей страны. Использование геотермальной энергии современных условиях в значительной степени зависит от затрат необходимых для доставки воды на поверхность при минимальной температуре1000С, кроме этого геотермальные источники являются химически активными, в их составе встречаются ртуть, мышьяк, оказывающие отрицательные экологические эффекты, неблагоприятные для здоровья. Так же геотермальная вода может содержать полезные металлы, вызывающие ускоренную коррозию трубопровода, поэтому вода подвергается очистке и из нее выделяются химически активные вещества, полезные для использования в промышленности. Схема геотермальной электростанции. 1)Скважина 2)Бак-накопитель 3)Генератор-распределитель 4)Паровая турбина 5)Электрогенератор 6)Градирня 7)Насос 8)Смешивающий конденсатор  на ветроэлектростанции, дешевле, чем на теплоэлектростанции. 26.Классификация нетрадиционных источников энергии. Классификация источников:1)Ветряные(движение воздушных масс); 2)Геотермальные(тепло планеты); 3)Солнечные(электромагнитное излучение солнца); 4)Гидроэнергетические(движение воды в реках или морях); 5)Биотопливные(теплоту сгорания возобновляемого топлива (например, спирта)). 1)Энергия ветра очень велика. Ее запасы по оценкам Всемирной метеорологической организации, составляют 170 трлн. кВт*ч в год. Но у ветра есть два существенных недостатка: его энергия сильно рассеяна в пространстве и он непредсказуем – часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки.Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду. Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает электроэнергию. Для получения энергии ветра применяют разные конструкции: многолопастные "ромашки"; винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью (тогда у нее есть груз противовес); вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насажанную на ось бочку; некое подобие "вставшего дыбом" вертолетного винта. 2) Геотермальная энергия - это энергия тепла, которое выделяется из внутренних зон Земли на протяжении сотен миллионов лет. По данным геолого-геофизических исследований, температура в ядре Земли достигает 3 000-6 000 °С, постепенно снижаясь в направлении от центра планеты к ее поверхности. Человек может использовать геотермальную энергию только там, где она проявляет себя близко к поверхности Земли, т.е. в районах вулканической и сейсмической активности. Можно выделить четыре основных типа ресурсов геотермальной энергии: • поверхностное тепло земли, используемое тепловыми насосами; • энергетические ресурсы пара, горячей и теплой воды у поверхности земли, которые сейчас используются в производстве электрической энергии; • теплота, сосредоточенная глубоко под поверхностью земли (возможно, при отсутствии воды); • энергия магмы и теплота, которая накапливается под вулканами. Общая установленная мощность действующих геотермальных электростанций (ГеоТЭС) равнялась: 1975 г. - 1 278 МВт, в 1990 году - 7 300 МВт. 3) Солнечная энергетика основывается на том, что поток солнечного излучения, проходящего через участок площадью 1 м.кв., расположенный перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м.кв. (cолнечная постоянная). Известны следующие способы получения энергии за счет солнечного излучения: 1. Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов. 2. Преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью тепловых машин: а) паровые машины (поршневые или турбинные), использующих водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны; б) двигатель Стирлинга и т.д. 3. Гелиотермальная энергетика - преобразование солнечной энергии в тепловую за счет нагрева поверхности, поглощающей солнечные лучи. 4. Солнечные аэростатные электростанции. 4) Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление – ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Мощность электростанций в некоторых местах могла бы составить 2–20 МВт. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). 5) По определению биоэнергетика – это отрасль альтернативной энергетики, то есть энергетики, которая считается возобновляемой. Боитопливо бывает разных типов: - жидким: метанол, этанол, биодизель; - газообразным: водород, сжиженный нефтяной газ (пропанобутановые фракции); - твердым: дрова, уголь, солома. Вопрос №27: Солнечные электростанции, принцип де ствия. Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции. Все солнечные электростанции (сэс) подразделяют на несколько типов: -СЭС башенного типа -СЭС тарельчатого типа -СЭС, использующие фотобатареи -СЭС, использующие параболические концентраторы -Комбинированные СЭС -Аэростатные солнечные электростанции СЭС башенного типа Данные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой. Этот резервуар покрашен в чёрный цвет для поглощения теплового излучения. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни. По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты. Гелиостат — зеркало площадью в несколько квадратных метров, закреплённое на опоре и подключённое к общей системе позиционирования. То есть, в зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве. Основная и самая трудная задача - это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отраженные лучи от них попали на резервуар. В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700 градусов. Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины. Фактически на станциях такого типа можно получить сравнительно большой КПД (около 20 %) и высокие мощности. <Солнечная башня, Севилья, Испания. Построена в 2007 году. |