Техника - молодёжи 1967-05, страница 17
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ На сцене появляется эксергня "Можно значительно улучшить Поня-ЛХтие к,пд тепловых процессов, если несколько сузить его рамки и встать на точку зрения энергетика. Последнего интересует не энергия сема по себе, а возможность получения из нее работы, С его точки зрения это к есть «полезное действие». Разницу же между энергией и ее способностью совершать работу хорошо иллюстрирует комический случай, рассказанный немецким ученым Грассманом. Один владелец пивной « Баварии проложил трубопровод от холодильной установки из своего дома в погреб пивной через погреб соседа. Последний не преминул воспользоваться этим обстоятельством, содрал с трубы изоляцию I бесплатно охлаждал свой погреб. Естественно, охлаждающий рассол выходил из его .погреба уже несколько Подогретым и хуже охлаждал пиво законного хозяина. Владелец пивной вскоре догадался о жульничестве соседа и обратился <в суд, обвиняя того в воровстве. Но судья отклонил заявление, так как кража — это 'незаконное присвоение предмета, а сосед не присваивал рассол. Тогда кабатчик обвинил соседа в краже энергии, поскольку он заметил, что показания электросчет-чина! заметно выросли, хотя пиво охлаждалось хуже. На судья отклонил и это заявление, резонно заметив, что сосед не крал энергию, а, наоборот, подводил ее к рассолу ,в виде тепла из своего погреба. Значит, о краже речи быть т может. Налицо 'случай, когда человек, которому делают подарок, протестует против «его. Случай редкий, но явно не подсудный. Неизвестно, было ли все это на самом деле, ко .совершенно очевидно, что Работа может быть получена топьно при разности потенциалов пото ов. Чем она выше, тем больше полученная работа, больше работоспособность системы. В этом смысл эксергии. При одинаковом полезном результате распределение потерь при энергетичесиом и энсергетическо анализе существенно разное. Энергетическая диаграмма просто информирует о потерях, экс pre ческая — показывает пути борьбы с ни н. ОСТАЛЬНЫЕ ПОТЕРИ i 3 Й ! КОНДЕНСАТОРЕ ПРИ ТЕПЛООБМЕНЕ ПОТЕРИ ПРИ ГОРЕНИИ судья оказался не силен в термодинамике. Жуликоватый сосед все-таки крал, но только не энергию, а ее работоспособность. Современная термодинамика могла бы помочь незадачливому судье, ознакомив его с понятием эксергии. Эксергия — это та часть полной энергии тела, которая может быть превращена в работу в данных конкретных условиях, работоспособность системы «тело — окружающая среда». При этом неважно, каким из двух партнеров совершается работа — самим телом или окружающей средой. Эксергия очень .похожа на ту «энергию», которую имеют в 'виду, например, экономисты, составляя энергетические балансы заводов: их, вообще говоря, интересует не энергия, а работа, получаемая иэ нее. С точки тв зрения физике говорить о «потреблении энергии» бессмысленно, так как энергия никуда не пропадает и, стало быть, не может потребляться. Чему, например, равна энергия совершенно пустого баллона, из которого откачан воздух? Нулю. Однако эксергия его далеко не нуль! Ведь если соединить этот баллон с атмосферой, поток воздуха с большой скоростью хлынет внутрь. На его пути можно поставить, скажем, газовую турбину, которая будет работать, пока давление в баллоне не сравняется с атмосферным. И хотя в этом случае работает окружающая среда, только на первый взгляд кажется, что это даровая работа: чтобы откачать воздух иэ баллона, нужно было затратить не меньшую работу. Используя понятие эксергии, можно очень наглядно, а главное, точно анализировать различные технические процессы и находить пути их совершенствования. При этом анализ ведется с позиции энергетики! лучше тот процесс, который при одинаковом результате использует меньшую разность эксергии рабочего тела, то есть требует меньше работы. Эксергетическая ценность тепла тем выше, чем больше его потенциал отличается от потенциала окружающей среды (неважно, в большую или меньшую сторону, ведь в обоих случаях можно получить работу). Тем самым учитывается не только количество, но и качество энергии. Подобный подход часто дает возможность по-новому взглянуть на уже хорошо известные, казалось бы, еещи. Очень ярко проявляется это, например, при анализе работы конденсационных паровых турбин и турбин с противодавлением. В конденсационной турбине отработанный пар поступает в конденсатор и там, превращаясь в воду, отдает свое тепло охлаждающей аоде. В турбине с противодавлением пар, не исчерпавший полностью свою работоспособность, идет на отоплени . ОСТАЛЬНЫЕ ПОТЕРИ В КОНДЕНСАТОРЕ' ЭКСЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ДИАГРАММЫ МОЩНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ. Довольно часто можно услышать такие рассуждения; конденсационная турбина хуже, поскольку в конденсаторе впустую теряется большая доля энергии. В турбине же с противодавлением используется вся энергия пара до конце. Сначала от него получают работу, и что осталось, используют как тепло. Выходит, кпд такой турбины всегда равен единице. А теперь посмотрим на ту же проблему с эксергетической точки зрепня, В конденсаторе действительно пропадает уйма энергии. Почти 45 %1 Казалось бы, вот он, верный путь повышения кпд тепловых электростанций! Надо только найти способ снижения потерь в конденсаторе. Но лучше не терять аремя — такого способа не существует. Да он и не нужен. Эксергв-тичвекий анализ полностью реабилитировал конденсатор и даже показал, что это одна из самых эффективных частей турбины —- в нем теряется всего только 3% эксергии. Это можно было предвидеть, так как пар поступает в конденсатор с параметрами, близкими к параметрам окружающей среды, и совершать работу практически уже не может. Таким образом, конденсационная турбина, несмотря на огромные потери энергии, может оказаться экономичнее турбины с противодавлением, хотя В последней потерь вовсе нет. КПД получает амнистию онятие эксергии дало возможность вернуться к прежней универсальности понятия кпд. Определяется эксерга-тический кпд как отношение разности эксергий тела в ^начале и в конце процесса (это минимально необходимая работа) к действительно затраченной работе. В случае выработки энергии, наоборот, отношение выработанной энергии к разности эксергий и есть кпд. Понятие эксергии можно применить не только к тепловой энергии. Как, например, подсчитать кпд гидроэлектростанции? -Многие предлагают относить 13 |
