» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
» Все публикации автора
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»
Август, 2021 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №8 (53) 2021
Автор: Павленкова Анна Андреевна, Студент
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Использование эксергии для повышения эффективности электроэнергетических технологий
Дата публикации: 31.07.2021
УДК 621.311
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭКСЕРГИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Павленкова Анна Андреевна
Кутуева Юлия Рустамовна
Пронин Егор Андреевич
Нуриева Альбина Мавлитовна
студент
Уфимский государственный авиационный технический
университет, г. Уфа
Аннотация. В этой
статье рассматриваются преимущества использования эксергии
для понимания эффективностиэлектроэнергетических
технологий и применение эксергии для энергосбережения.Она характеризует
энергию любого вида и дает возможность качественной оценки. Эксергия
является мерой энергетических ресурсов, а ее использование уменьшает расходсырья, что в свою очередь приводит к снижению материальных
затрат на добычу и переработку используемого сырья.
Ключевые слова: эксергия,
электричество, выработка энергии, преобразование энергии, энергосбережение.
1.
Введение
Количественная эксергия
может использоваться для оценки и повышения эффективности энергетических систем
и дает большее понимание потерь в энергетических системах, предоставляя более полезнуюи значимую информацию, чем дает энергия. Эксергия - это максимальная работа (или электричество),
производимая системой или потоком материи относительно эталонной среды. Эксергия – это мера потенциальной полезности или ценности
системы или потока.
Эксергия может четко определить повышение
эффективности и снижение термодинамических потерь, а также лучше определять
экологические преимущества и экономику энергетических систем.Таким образом, эксергия
играет важную роль в повышении эффективности энергетических технологий.
Многие считают, что эксергия
применима только к системам или исследованиям, включающим обширную
термодинамику, например,машиностроение
или химическаяпромышленность. Ввиду этоговесь потенциал эксергии не
используется, так как онаигнорируется или применяется
в неполном объеме в других областях. Одна из таких областей -
электротехника, где использование эксергии необычно.
Одна из причин того, что эксергия не используется широко в электротехнических
исследованиях, заключается в том, что общиетермодинамические
оценки часто имеют дело со многими формами энергии, например, электричеством,
работой, теплом, химическими веществами и т.д., в то время как оценки в сфере
электротехники часто фокусируются именно на электричестве, а иногда ина работе. В таких ситуациях потоки энергии и эксергии
идентичны (поскольку эксергия - это работа или
электрическая энергия, т.е.эквивалент энергии),
поэтому эффективность, как правило, одинакова, а преимущества использования эксергетических методов менее очевидны. Тем не менее,
они есть. Во-первых, убытки идентифицируются с точки зрения причины и
локализуются точнее с эксергией. Во-вторых, в
системах, где задействованы неэлектрические величины,КПД на основе энергии и эксергии
иногда заметно различается.[2]
В этой статье описываются методы эксергии и эксергии и их
применимость к электрической системе.
2.
Эксергетический и эксергетический
анализ
Эксергия определяется как максимальный объем
работы, который может быть произведен системой или потокомматерии(энергии), когда она достигаетравновесия с эталонной средой. Эксергия - это мерапотенциала
системы или потока вызывать изменения вследствие неполной стабильностиотносительно
эталонной системы. В отличие от энергии, эксергия не
подчиняется закону сохранения (за исключением идеальных или обратимых
процессов). Скорее эксергия потребляется или
разрушается из-за необратимости любого реального процесса. Расход эксергии во время процесса пропорционален энтропии,
создаваемой из-за необратимости процесса.
Эксергетический методполезен
для повышения эффективности использования энергоресурсов, поскольку позволяет
количественно определять местонахождение, типы иразмеры
отходов и потерь. Как правило, более значимая эффективность оценивается с
помощью эксергии, поскольку эксергетическая
эффективность всегда является мерой приближения к идеалу.
В эксергетическом
анализе характеристики эталонной среды (температура, давление и химический
состав справочной среда) должны быть указаны полностью.
Результаты эксергетических
анализов относятся к заданным параметрамэталонной
среды, которая моделируется по образцу реальной среды. Эксергия
системы равна нулю, когда она находится в равновесии с эталонной средой. [1]
Воздействие на окружающую среду инестабильность использования энергии в последнее время
стала серьезной, а эксергетические методы могутспособствовать улучшению за счет сокращения выбросов в
окружающую среду и продления срока службы
ресурсы за счет повышения эффективности иоценки потенциального воздействия выбросов.
3.
Применение
эксергии в электрических системах
Эксергия может применяться к электрическим
системам так же, как и к общей термодинамике.
Здесь можно рассмотреть следующие
категории электрических систем:
1)
Простые
электрические преобразователи
2)
Системы электрогенерации
3)
Системы когенерации
4)
Электроаккумулирующие системы
5)
Устройства и
системы, использующие или приводимые в действие электричеством.
Простые электрические преобразователи
включают трансформаторы, генераторы переменного тока, генераторы, двигатели и
преобразователи статического электричества. В таких устройствах
электрическая энергия преобразуется в другиевиды электроэнергии
или количество работы и электроэнергии меняются местами.
Поскольку электричество и
работа одинаковы по энергии и эксергии, общая энергия
и эксергетическийКПД таких устройств одинаковы. Потери сильно различаются по
энергетической и эксергетической основе,однако, все эти потери энергии обычно связаны с
отходящим теплом. [4]
1.
Эксергия как метод энергосбережения
В наши
дни остро стоит проблема снижения энергопотребления жилых помещений и объектов
производства. Производство и потребление энергии в мире растёт с каждым годом,
это связано с ростом масштабов производства всех хозяйственных отраслей и
формированием новых технологий. В таких условиях все более высокую значимость
приобретает повышение экономности использования энергоресурсов.
Эксергия – качество
термодинамической системы или потока энергии, определяемое величиной работы,
которое может быть получено внешним приемником энергии при обратном их
содействии с находящейся вокруг средой по достижению совершенного равновесия. Эксергия системы в определенном расположении соизмеряется
наличием механической или другой энергии, которая может быть получена от
системы в результате её обратимого перехода из предоставленного состояния в
положение равновесия с окружающей средой. Та часть энергии системы, которая не
может быть преобразована в энергию, называется анергией. Взаимодействие системы
со окружающей средой может быть как обратимым
(идеальным) процессом, так и необратимым (реальным). В первом случае будет
получена работа, равная уменьшению эксергии, во
втором - работа будет меньше, чем уменьшение эксергии,
потому что часть её будет потеряна. Следовательно, если взаимодействие системы
и окружающей среды происходит необратимо с увеличением энтропии, то эксергия системы уменьшается. [5]
Рассмотрим
это на примере тепловой электростанции. В этом случае сначала химическая
энергия горючего и окислителя переходит во внутреннюю энергию раскаленных
продуктов сгорания, а затем эта энергия передается воде в форме теплоты и
преобразуется во внутреннюю энергию пара. Далее энергия пара в турбине
преобразуется в механическую, а та − уже в электрическую. Одна часть
внутренней энергии пара отводится из конденсатора охлаждающей водой и
выбрасывается в окружающуюся среду. Примерно 35-40% энергии преобразуется во
вполне упорядоченную, безэнтропийную электроэнергию.
Можно проследить, как возрастает энтропия на любом шаге энергетических
преобразований и как возрастет суммарный рост энтропии, вследствие чего
происходит сокращение безэнтропийной части энергии
(электричества) на выходе и увеличению части выбрасываемой высокоэнтропийной
теплоты. В электричество переходит только около 30% изначальной химической
энергии. [3]
Экономность
энергоресурсов напрямую связана с совершенством протекающих процессов и
оборудования, то есть необходимо бороться с ростом энтропии.
Список литературы:
- Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. − М.: Изд-во «Энергия». − 1973. − С.
- Северянин В. С., Черников И.А., Горбачева М.Г. Основы энергосбережения. Курс лекций. – г. Брест, издательство БГТУ, 2003. – 54 с.
- Самарин О.Д.Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность / Монография. – М.:Издательство АСВ, 2014 – 296 с.
- Энергосбережение в промышленности и эксергетический анализ технологических процессов: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению "Металлургия" / Меркер Э. Э., Карпенко Г. А., Тынников И. М. - Изд. 2-е изд., перераб. и доп. - Старый Оскол: Тонкие наукоемкие технологии, 2007. - 315 с.
- Rosen, M.A.; Le, M.N.; Dincer, I. Efficiency analysis of a cogeneration and district energy system. Appl. Therm. Eng. 2005, 25.
Комментарии:
