2. OBRAČUN TOPLOTNE ENERGIJE I NOSILACA TOPLOTE NA IZVORU TOPLOTE 2.1. Organizacija mjerenja toplotne energije i rashladne tečnosti koja se isporučuje u sisteme za grijanje vode 2.1.1. Čvorovi za obračun toplotne energije vode na izvorima toplote: kombinovane toplotne i elektrane (CHP), daljinske termoelektrane

3. OBRAČUN TOPLOTNE ENERGIJE I NOSILACA TOPLOTE KOD POTROŠAČA U POTROŠNJU TOPLOTNE VODE 3.1. Organizacija mjerenja toplotne energije i toplotnog nosača primljenih u sisteme potrošnje vode 3.1.1. na otvorenom i zatvoreni sistemi potrošnja toplote na jedinici za merenje toplote

4. OBRAČUN TOPLOTNE ENERGIJE I NOSILACA TOPLOTE KOD POTROŠAČA U SISTEMIMA POTROŠNJE PARNE TOPLOTE 4.1. Organizacija mjerenja toplotne energije i toplotnog nosača dobijenog parnim sistemima potrošnje toplote 4.1.1. AT parni sistemi potrošnja toplotne energije na jedinici za mjerenje toplotne energije i

5. OSNOVNI ZAHTJEVI ZA UREĐAJE ZA MJERENJE TOPLOTE 5.1. Opšti zahtjevi5.1.1. Jedinica za mjerenje toplotne energije je opremljena mjernim instrumentima (mjerila topline, vodomjera, toplomjera, paromjera, uređaja koji bilježe parametre rashladne tekućine i

6. PRIJEM U RAD MJERILA TOPLOTE NA IZVORIŠTU TOPLOTNE ENERGIJE 6.1. Prijem u rad jedinice za mjerenje izvora topline vrši predstavnik Državne uprave za energetski nadzor u prisustvu predstavnika izvora topline i toplinske mreže, koji se sastavlja

7. PRIJEM U RAD MJERILA TOPLOTNE KOD POTROŠAČA 7.1. Prijem u rad potrošačkih mjernih jedinica vrši predstavnik energetske organizacije u prisustvu predstavnika potrošača, o čemu se sastavlja odgovarajući akt (Prilog 4).

8. RAD MJERENJA TOPLOTE NA IZVORU TOPLOTE 8.1. Jedinica za mjerenje toplotne energije na izvoru toplote mora da radi u skladu sa tehničkom dokumentacijom iz tačke 6.1 ovih Pravila 8.2. Iza tehničkom stanju uređaji mjernih stanica

9. RAD MJERENJA TOPLOTE KOD POTROŠAČA 9.1. Jedinica za mjerenje toplotne energije kod potrošača mora raditi u skladu sa tehničkom dokumentacijom navedenom u tački 7.1. ovih Pravila.9.2. Odgovornost za rad i tekuće održavanje

11.2.2. UPRAVLJANI KONVERTORI ZA ŽIVU Važno kvalitativno poboljšanje živinog ispravljača bila je pojava kontrolne mreže. Početna (diodna) funkcija živinih ventila s porastom radnog napona zahtijevala je uvođenje zaslona koji štite anodu

11.3.4. MOĆNI KONVERTERI ZA INDUKCIJSKO GRIJANJE magnetsko polje. Za kreiranje polja potreban je izvor

Kao što znate, sva tijela su sastavljena od molekula, a ti molekuli ne miruju, već se stalno kreću. Što je temperatura tijela viša, to je brže kretanje molekula tvari ovog tijela. Kada električna struja prolazi kroz provodnik, elektroni se sudaraju sa pokretnim molekulima vodiča i povećavaju njihovo kretanje, što dovodi do zagrijavanja vodiča.

Kao rezultat transformacije dolazi do porasta temperature provodnika električna energija u termičku. Ranije (vidi § 13) je dobijen izraz za rad električne struje (električne energije)

A \u003d I 2 rt džula.

Ovaj odnos je prvobitno (1841.) uspostavljen kao rezultat eksperimenata engleskog fizičara Joulea, a nešto kasnije (1844.) samostalno od strane ruskog akademika Lenza.

Da bi se količina primljene toplotne energije izrazila u kalorijama, potrebno je dodatno uneti faktor 0,24, jer je 1 J = 0,24 cal. Tada je Q = 0,24I 2 rt. Ova jednačina izražava Joule-Lenzov zakon.

Emil Kristijanovič Lenc (1804-1865) uspostavio je zakone termičko djelovanje trenutni, generalizovani eksperimenti o elektromagnetnoj indukciji, postavljajući ovu generalizaciju u obliku "Lenzovog pravila". Lenz je u svojim radovima o teoriji električnih mašina opisao fenomen "reakcije armature" u DC mašinama i dokazao princip reverzibilnosti električnih mašina. Lenz je, radeći sa Jacobijem, istraživao silu privlačenja elektromagneta, ustanovio zavisnost magnetnog momenta od sile magnetiziranja.

Dakle, količina topline koju stvara struja pri prolasku kroz vodič ovisi o otporu r samog vodiča, kvadratu struje I 2 i trajanju njenog prolaska t.

Primjer 1. Odredite koliko će topline osloboditi struja od 6 A prolazeći kroz provodnik otpora od 2 oma 3 minute.

Q \u003d I 2 rt \u003d 36 ⋅ 2 ⋅ 180 = 12960 J.

Formula za Joule-Lenzov zakon može se napisati na sljedeći način.

Među brojnim uređajima koji vam omogućavaju primanje električne energije, posebno mjesto zauzimaju uređaji koji vam omogućavaju pretvaranje toplinske energije u električnu. Njihov glavni zadatak je direktna konverzija jedne vrste energije u drugu s minimalnim brojem različitih međukarika. Istovremeno, problem povećanja koeficijenta korisna akcija ovaj proces.

Uređaj za pretvaranje

Konvertorski uređaj se sastoji od grijanih elemenata i električne energije. Za proizvodnju grijanih elemenata koristi se meki magnetni materijal, čija je Curie točka spuštena. Gubi svoje magnetne kvalitete kada se zagrije i pokazuje fazni prijelaz.

Ovi elementi su uključeni u magnetsko kolo u obliku slova F. Ima jednu srednju i dvije bočne šipke. Bočne šipke se sastoje od dva elementa, između kojih postoje zračni otvori. Oni su uz srednju šipku i u odnosu na nju smješteni su simetrično s obje strane.

Spajanje grijanih elemenata vrši se pomoću krute šipke. Montira se na šarku koja se nalazi na rubu srednje šipke duž osi simetrije. Kada šipka promijeni svoj položaj, grijani elementi zauzvrat premošćuju zračne praznine bočnih šipki. U zračnim prazninama se nalazi toplinska cijev, uz pomoć koje se toplina dovodi iz grijača. U nedostatku premošćavanja zračnih praznina, grijani elementi dolaze u kontakt sa hladnjakom. U srednjem štapu nalazi se pobudni namotaj koji se napaja jednosmjernom strujom, a na bočnim šipkama nalaze se namoti za generiranje generatora.

Praktičan rad pretvarača

Pretvaranje toplinske energije u električnu energiju vrši se prema određenoj shemi. Kada se napajanje dovede na namotaj, stvara se magnetni tok koji se divergira duž bočnih šipki. Pokretni element privlači bočnu šipku i zatvara potreban zračni zazor. Dolazi do povećanja magnetnog fluksa, dok zagrijani element pada pod utjecaj toplotnog vodiča. Zagrijava se do određene temperature pri kojoj dolazi do gubitka magnetskih svojstava.

Pokretni element je privučen zazorom i magnetsko kolo bočne šipke je zatvoreno.Tako se u jednoj od bočnih šipki magnetsko polje povećava, a u drugoj opada. Ovaj proces se ponavlja mnogo puta. Krajnji rezultat svih ovih radnji je . Njegova količina i snaga u potpunosti zavise od brzine kojom se toplina i hlađenje isporučuju. Od iste zavisti i efikasnosti cijelog sistema.

Fizički izvori struje

Toplotna energija zauzima posebno mjesto u ljudskoj djelatnosti, jer se koristi u svim sektorima privrede, prati većinu industrijskih procesa i egzistenciju ljudi. U većini slučajeva, otpadna toplota se gubi nepovratno i bez ikakve ekonomske koristi. Ovaj izgubljeni resurs više ne vrijedi ništa, pa će njegovo ponovno korištenje pomoći i u smanjenju energetske krize i zaštiti okoliša. Stoga su nove metode pretvaranja topline u električnu energiju i pretvaranje otpadne topline u električnu energiju danas relevantnije nego ikada.

transformacija prirodni izvori energije u električnu, toplotnu ili kinetičku energiju zahteva maksimalnu efikasnost, posebno na gas i elektrane na ugalj za smanjenje emisije CO 2 . Postoje različiti načini pretvaranja toplotne energije u električnu energiju, ovisno o vrsti primarne energije.

Među energetskim resursima, ugljen i prirodni plin se koriste za proizvodnju električne energije sagorijevanjem (toplotna energija), a uranijum nuklearnom fisijom (nuklearna energija) za korištenje snage pare za okretanje parne turbine. Deset najveće zemlje proizvođači električne energije za 2017. godinu prikazani su na fotografiji.

Tabela efikasnosti postojećih sistema za pretvaranje toplotne energije u električnu energiju.

Izbor metode za pretvaranje toplotne energije u električnu energiju i njena ekonomska izvodljivost zavise od potreba za energentima, dostupnosti prirodnog goriva i dovoljnosti gradilišta. Tip generacije varira u cijelom svijetu, što rezultira širok raspon cijene električne energije.

Tehnologije za pretvaranje toplotne energije u električnu, kao što su TPP, NPP, IES, GTPP, TEP, termoelektrični generatori, MHD generatori imaju različite prednosti i nedostatke. Institut za istraživanje električne energije (EPRI) ilustruje prednosti i nedostatke tehnologija proizvodnje prirodnog gasa. energetski resursi, uzimajući u obzir kritične faktore kao što su troškovi izgradnje i energije, troškovi zemljišta, potrebe za vodom, emisije CO 2, otpad, dostupnost i fleksibilnost.

Rezultati EPRI naglašavaju da ne postoji jedinstveni pristup kada se razmatraju tehnologije za proizvodnju električne energije, ali da prirodni plin i dalje ima više prednosti, jer je pristupačan za izgradnju, ima nisku cijenu električne energije i stvara manje emisije od uglja. Međutim, nemaju sve zemlje pristup bogatom i jeftinom prirodnom gasu. U nekim slučajevima, pristup prirodnom gasu je ugrožen zbog geopolitičkih tenzija, kao što je bio slučaj u istočnoj Evropi i nekim zapadnoevropskim zemljama.

Tehnologije obnovljivih izvora energije kao što su solarni fotonaponski moduli proizvode električnu energiju zračenja. Međutim, oni imaju tendenciju da zahtevaju mnogo zemlje, a rezultati njihove efikasnosti su nestabilni i zavise od vremenskih prilika. Ugalj, glavni izvor toplote, je najproblematičniji. Vodi u emisiji CO 2, zahtijeva mnogo čista voda za hlađenje rashladne tečnosti i uzima velika površina za izgradnju stanice.

Nove tehnologije imaju za cilj smanjenje brojnih problema povezanih s tehnologijama proizvodnje električne energije. Na primjer, plinske turbine u kombinaciji s rezervnom baterijom pružaju rezervnu kopiju bez sagorijevanja goriva, a povremeni problemi s obnovljivim resursima mogu se ublažiti stvaranjem pristupačnog skladištenja energije velikih razmjera. Dakle, danas ne postoji savršen način pretvaranja toplotne energije u električnu, koji bi mogao da obezbedi pouzdanu i isplativu električnu energiju uz minimalan uticaj na okruženje.

Termoelektrane

U termoelektranama para visokog pritiska i visoke temperature koja se dobija zagrevanjem vode sagorevanjem čvrstog goriva (uglavnom uglja) okreće turbinu povezanu sa generatorom. Tako svoju kinetičku energiju pretvara u električnu energiju. Radne komponente termoelektrane:

1. Kotao na plin.
2. Parna turbina.
3. Generator.
4. Kondenzator.
5. Rashladni tornjevi.
6. Cirkulaciona pumpa za vodu.
7. Pumpa za dovod vode bojlera.
8. Prisilni ventilatori.
9. Separatori.

Tipičan dijagram je prikazan ispod.

Parni kotao služi za pretvaranje vode u paru. Ovaj proces se izvodi zagrijavanjem vode u cijevima uz zagrijavanje od sagorijevanja goriva. Procesi sagorevanja se kontinuirano odvijaju u komori za sagorevanje goriva uz dovod vazduha izvana.

Parna turbina prenosi energiju pare za rotaciju generatora. Para pod visokim pritiskom i temperaturom gura lopatice turbine postavljene na osovinu tako da ona počinje da se okreće. U ovom slučaju, parametri pregrijane pare koja ulazi u turbinu se svode na zasićeno stanje. Zasićena para ulazi u kondenzator, a snaga rotacije se koristi za rotaciju generatora koji proizvodi struju. Gotovo sve parne turbine danas su kondenzatorskog tipa.

Kondenzatori su uređaji za pretvaranje pare u vodu. Para teče izvan cijevi, a rashladna voda teče unutar cijevi. Ovaj dizajn se naziva površinski kondenzator. Brzina prijenosa topline ovisi o protoku rashladne vode, površini cijevi i temperaturnoj razlici između vodene pare i vode za hlađenje. Proces promjene vodene pare odvija se pri zasićenom pritisku i temperaturi, u ovom slučaju je kondenzator pod vakuumom, jer je temperatura rashladne vode jednaka vanjskoj temperaturi, maksimalna temperatura kondenzatne vode je blizu vanjske temperature.

Generator pretvara mehaničku energiju u stator i rotor. Stator se sastoji od kućišta koje sadrži zavojnice, a rotirajuća stanica magnetnog polja sastoji se od jezgra u kojem se nalazi zavojnica.

Prema vrsti proizvedene energije, termoelektrane se dijele na kondenzirajući IES, koje proizvode električnu energiju i kombinovane toplotne i elektrane CHP, zajednički proizvodeći toplotnu (paru i toplu vodu) i električnu energiju. Potonji imaju sposobnost pretvaranja toplinske energije u električnu visoka efikasnost.

Nuklearne elektrane

Nuklearne elektrane koriste toplinu oslobođenu tijekom nuklearne fisije za zagrijavanje vode i proizvodnju pare. Para se koristi za okretanje velikih turbina koje proizvode električnu energiju. U fisiji, atomi se cijepaju i formiraju manje atome, oslobađajući energiju. Proces se odvija unutar reaktora. U njegovom središtu je jezgro koje sadrži uranijum 235. Gorivo za nuklearne elektrane se dobija od uranijuma koji sadrži izotop 235U (0,7%) i nefisilni 238U (99,3%).

Ciklus nuklearnog goriva je niz industrijskih koraka uključenih u proizvodnju električne energije iz uranijuma u nuklearnim energetskim reaktorima. Uranijum je relativno čest element koji se nalazi u celom svetu. Iskopava se u brojnim zemljama i prerađuje prije nego što se koristi kao gorivo.

Djelatnosti vezane za proizvodnju električne energije, ukupno se odnose na ciklus nuklearnog goriva za pretvaranje toplotne energije u električnu energiju u nuklearnim elektranama. Ciklus nuklearnog goriva počinje vađenjem uranijuma i završava se odlaganjem nuklearnog otpada. Prilikom prerade korištenog goriva kao opcije za nuklearnu energiju, njegovi koraci čine pravi ciklus.

Za pripremu goriva za upotrebu u nuklearnim elektranama provode se procesi za ekstrakciju, preradu, konverziju, obogaćivanje i proizvodnju gorivnih elemenata. Ciklus goriva:

1. Izgaranje uranijuma 235.
2. Šljunak - 235U i (239Pu, 241Pu) od 238U.
3. U procesu raspadanja 235U njegova potrošnja se smanjuje, a izotopi se dobijaju iz 238U tokom proizvodnje električne energije.

Cijena gorivnih šipki za VVR iznosi približno 20% cijene proizvedene električne energije.

Nakon što je uranijum proveo oko tri godine u reaktoru, iskorišteno gorivo može proći kroz drugi proces upotrebe, uključujući privremeno skladištenje, ponovnu obradu i recikliranje prije odlaganja otpada. Nuklearne elektrane omogućavaju direktnu konverziju toplotne energije u električnu energiju. Toplina koja se oslobađa tokom nuklearne fisije u jezgri reaktora koristi se za pretvaranje vode u paru, koja okreće lopatice parne turbine, pokrećući generatore za proizvodnju električne energije.

Para se hladi pretvaranjem u vodu u posebnoj strukturi u elektrani zvanoj rashladni toranj, koji koristi vodu iz ribnjaka, rijeka ili okeana za hlađenje čiste vode iz kruga parne energije. Ohlađena voda se zatim ponovo koristi za proizvodnju pare.

Udio proizvodnje električne energije u nuklearnim elektranama, u odnosu na ukupan bilans njihove proizvodnje različite vrste resurse, u kontekstu nekih zemalja iu svijetu - na fotografiji ispod.

Princip rada gasnoturbinske elektrane sličan je principu rada parne turbine. Jedina razlika je u tome što se u parnoturbinskoj elektrani za okretanje turbine koristi komprimirana para, dok se u plinskoturbinskoj elektrani koristi plin.

Razmotrimo princip pretvaranja toplinske energije u električnu energiju u elektrani na plinsku turbinu.

U elektrani na plinsku turbinu, zrak se komprimira u kompresoru. Zatim ovaj komprimovani vazduh prolazi kroz komoru za sagorevanje, gde se formira mešavina gasa i vazduha, temperatura komprimovanog vazduha raste. Ova visokotemperaturna smjesa pod visokim pritiskom prolazi kroz plinsku turbinu. U turbini se naglo širi, primajući dovoljnu kinetičku energiju za rotaciju turbine.

U gasnoturbinskoj elektrani, osovina turbine, alternator i zračni kompresor su uobičajeni. Mehanička energija proizvedena u turbini se dijelom koristi za kompresiju zraka. Plinske turbinske elektrane se često koriste kao rezervni opskrbljivač pomoćnom energijom za hidroelektrane. On proizvodi pomoćnu snagu prilikom pokretanja hidroelektrane.

Konstrukcija plinske turbinske elektrane je mnogo jednostavnija od elektrane s parnom turbinom. Veličina gasnoturbinske elektrane je manja od veličine elektrane na parnu turbinu. Ne postoji komponenta kotla i samim tim je sistem manje složen. Nema pare, tako da nije potreban kondenzator ili rashladni toranj.

Projektiranje i izgradnja moćnih plinskih turbinskih elektrana je mnogo jednostavnija i jeftinija, kapitalni troškovi i operativni troškovi znatno su manji od cijene slične parnoturbinske elektrane.

Trajni gubici u gasnoturbinskoj elektrani su mnogo manji u odnosu na parnoturbinsku elektranu, jer u parna turbina power point kotao mora raditi neprekidno, čak i kada sistem ne opskrbljuje mrežu. Elektrana s plinskom turbinom može se pokrenuti gotovo trenutno.

Nedostaci gasnoturbinske elektrane:

1. Mehanička energija proizvedena u turbini također se koristi za pokretanje zračnog kompresora.
2. Budući da se većina mehaničke energije proizvedene u turbini koristi za pogon kompresor za zrak, ukupna efikasnost gasnoturbinske elektrane nije tako visoka kao ekvivalentna parnoturbinska elektrana.
3. Izduvni gasovi u elektrani na gasnu turbinu se veoma razlikuju od kotlova.
4. Prije nego što se turbina stvarno pokrene, zrak mora biti prethodno komprimiran, što zahtijeva dodatni izvor energije za pokretanje plinske turbine.
5. Temperatura plina je prilično visoka u elektrani na plinsku turbinu. Ovo rezultira kraćim vijekom trajanja sistema od ekvivalentne parne turbine.

Zbog svoje niže efikasnosti, elektrana na plinsku turbinu ne može se koristiti za komercijalnu proizvodnju električne energije, obično se koristi za opskrbu pomoćnom energijom drugih konvencionalnih elektrana kao što je hidroelektrana.

Termionski pretvarači

Nazivaju se i termoelektrični generator ili termoelektrični motor, koji direktno pretvaraju toplotu u električnu energiju koristeći toplotnu emisiju. Toplotna energija se može pretvoriti u električnu sa vrlo visoka efikasnost kroz temperaturno induciran proces protoka elektrona poznat kao termoionsko zračenje.

Osnovni princip rada termoelektronskih pretvarača energije je da elektroni ispare sa površine zagrijane katode u vakuumu, a zatim se kondenzuju na hladnijoj anodi. Od prve praktične demonstracije 1957. godine, termionski pretvarači energije su korišćeni sa različitim izvorima toplote, ali svi zahtevaju rad na visoke temperature- iznad 1500 K. Dok je rad termoelektronskih pretvarača energije na relativno niskoj temperaturi (700 K - 900 K) moguć, efikasnost procesa, koja je obično > 50%, je značajno smanjena, jer je broj emitovanih elektrona po Jedinična površina od katode ovisi o temperaturi grijanja.

Za tradicionalne katodne materijale kao što su metali i poluprovodnici, broj emitovanih elektrona je proporcionalan kvadratu temperature katode. Međutim, nedavna studija pokazuje da se temperatura topline može smanjiti za red veličine korištenjem grafena kao vruće katode. Dobijeni podaci pokazuju da katodni termionski pretvarač na bazi grafena koji radi na 900 K može postići efikasnost od 45%.

dijagram strujnog kola proces elektronske termoionske emisije prikazan je na fotografiji.

TIC na bazi grafena, gdje su Tc i Ta temperature katode i anode, respektivno. Na osnovu novog mehanizma termoionske emisije, istraživači sugeriraju da bi katodni energetski pretvarač zasnovan na grafenu mogao naći svoju primjenu u reciklaži industrijske otpadne topline, koja često doseže temperaturni raspon od 700 do 900 K.

Novi model koji su predstavili Liang i Eng mogao bi koristiti dizajnu energetskog pretvarača zasnovanog na grafenu. Pretvarači električne energije u čvrstom stanju, koji su u osnovi termoelektrični generatori, obično rade neefikasno u opsegu niskih temperatura (manje od 7% efikasnosti).

Recikliranje energetskog otpada postalo je popularan cilj za istraživače i naučnike koji smišljaju inovativne metode za postizanje ovog cilja. Jedan od mnogih obećavajućim pravcima je termoelektrični uređaj zasnovan na nanotehnologiji koji izgleda kao novi pristup do uštede energije. Direktna konverzija topline u električnu energiju ili električne energije u toplinu poznata je kao termoelektrična energija zasnovana na Peltierovom efektu. Da budemo precizni, efekat je nazvan po dvojici fizičara - Jeanu Peltieru i Thomasu Seebecku.

Peltier je otkrio da se struja šalje na dva različita električni provodnik koji su spojeni na dva spoja će uzrokovati zagrijavanje jednog spoja dok se drugi hladi. Peltier je nastavio svoje istraživanje i otkrio da se kap vode može zamrznuti na spoju bizmut-antimon (BiSb) jednostavnom promjenom struje. Peltier je također otkrio da električna struja može teći kada se temperaturna razlika postavi na spoj različitih provodnika.

Termoelektričnost je izuzetno interesantan izvor električne energije zbog svoje sposobnosti da pretvara toplotni tok direktno u električnu energiju. To je pretvarač energije koji je vrlo prilagodljiv i nema pokretnih dijelova ili tekućeg goriva, što ga čini pogodnim za gotovo svaku situaciju u kojoj veliki broj Toplina se obično šalje u otpad, od odjeće do velikih industrijskih objekata.

Nanostrukture koje se koriste u materijalima poluvodičkih termoparova pomoći će u održavanju dobre električne provodljivosti i smanjenju toplinske provodljivosti. Dakle, performanse termoelektričnih uređaja mogu se povećati upotrebom materijala zasnovanih na nanotehnologiji, koristeći Peltierov efekat. Imaju poboljšana termoelektrična svojstva i dobar kapacitet apsorpcije sunčeve energije.

Primjena termoelektrike:

1. Opskrbljivači energije i senzori u rasponima.
2. Zapaljena uljna lampa koja upravlja bežičnim prijemnikom za daljinsku komunikaciju.
3. Primjena malih elektronskih uređaja kao što su MP3 plejeri, digitalni satovi, GPS/GSM čipovi i brojači impulsa sa toplotom tela.
4. Brzo hlađena sedišta u luksuznim automobilima.
5. Čišćenje otpadne toplote u vozilima pretvaranjem u električnu energiju.
6. Konverzija otpadne toplote u fabrikama odn industrijskih objekata u dodatnu snagu.
7. Solarni termoelektrici mogu biti efikasniji od fotonaponskih ćelija za proizvodnju električne energije, posebno u područjima sa manje sunčeve svjetlosti.

Magnetohidrodinamički generatori energije generišu električnu energiju interakcijom pokretnog fluida (obično jonizovanog gasa ili plazme) i magnetnog polja. Od 1970. godine, nekoliko zemalja je izvršilo istraživački programi MHD s posebnim naglaskom na korištenje uglja kao goriva.

Osnovni princip iza generacije MHD tehnologija je elegantan. Po pravilu, električno provodljivi gas nastaje kada visokog pritiska sagorevanjem fosilnih goriva. Gas se zatim usmjerava kroz magnetno polje, uzrokujući da unutar njega djeluje elektromotorna sila u skladu sa Faradejevim zakonom indukcije (nazvan po engleskom fizičaru i hemičaru iz 19. vijeka Michaelu Faradayu).

MHD sistem je toplotni motor koji uključuje ekspanziju gasa od visokog do nizak pritisak na isti način kao kod konvencionalnog generatora plinskih turbina. U MHD sistemu, kinetička energija gasa se pretvara direktno u električnu energiju, jer joj je dozvoljeno da se širi. Interes za stvaranje MHD-a u početku je potaknut otkrićem da se interakcija plazme sa magnetnim poljem može dogoditi na mnogo višim temperaturama nego što je to moguće u rotirajućoj mehaničkoj turbini.

Postavljena su ograničenja performansi u smislu efikasnosti kod toplotnih motora početkom XIX veka od strane francuskog inženjera Sadija Karnoa. Izlazna snaga MHD generatora za svaki kubni metar njegove zapremine proporcionalna je proizvodu provodljivosti gasa, kvadratu brzine gasa i kvadratu jačine magnetnog polja kroz koje gas prolazi. Da bi MHD generatori radili konkurentno, sa dobrim performansama i razumnim fizičkim dimenzijama, električna provodljivost plazme mora biti u temperaturnom opsegu iznad 1800 K (oko 1500 C ili 2800 F).

Izbor tipa MHD generatora ovisi o korištenom gorivu i primjeni. Obilje rezervi uglja u mnogim zemljama svijeta doprinosi razvoju MHD ugljeničnih sistema za proizvodnju električne energije.

INVENCIJA
Patent Ruska Federacija RU2121246

NAČIN PRETVORENJA ELEKTRIČNE ENERGIJE U TOPLINU
I STVARANJE TRANSFERA TOPLOTE

Ime pronalazača: Kukušin Viktor Panteleevič
Ime vlasnika patenta: Kukušin Viktor Panteleevič
Adresa za korespondenciju:
Datum početka patenta: 1997.04.16

Metoda se provodi korištenjem jednog ili više zatvorenih zavoja vodiča električne struje kao grijaćeg elementa, koji čine sekundarni namotaj električnog transformatora, i uvođenjem rashladnog sredstva u kontakt sa površinama vodiča. Efekat: Pronalazak poboljšava pouzdanost konverzije električne energije tokom razmene toplote.

OPIS PRONALASKA

Pronalazak se odnosi na tehnologiju za pretvaranje električne energije u toplotnu energiju i stvaranje prenosa toplote. Može se koristiti za grijanje tekućine u sistemima predgrijavanja motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, grijanja i snabdijevanja toplom vodom industrijskih preduzeća i stambenih zgrada, za zagrijavanje plazme i drugih tvari.

Poznata metoda pretvaranja električne energije u toplinsku energiju i stvaranje prijenosa topline, zasnovan na direktnom prijenosu električne struje kroz rashladnu tekućinu, nastalu dovođenjem mrežnog napona kroz strujne vodove do elektroda ( vidi A.P. Althausen et al., "Niskotemperaturno električno grijanje", Moskva, Energia, 1968.). Koristi se za zagrijavanje tekućina, betona, odmrzavanje tla, rude, pijeska i drugih tvari. Glavni nedostaci ove metode su povećana električna opasnost zbog relativno visokih napona ( 380V ili 220V), kao i ovisnost električnog grijanja i prijenosa topline o električnom otporu rashladne tekućine. Posebno se u zagrijanu vodu dodaju posebni aditivi kako bi se osigurala zadana vrijednost električnog otpora.

Poznata je metoda pretvaranja električne energije u toplinsku energiju i stvaranje razmjene topline između grijaćeg elementa i rashladne tekućine, uključujući napajanje grijaćeg elementa, koji je metalna cijev, unutar koje se nalazi grijaći svitak utisnut u posebno punilo. , propuštanje električne struje kroz zavojnicu za grijanje ( vidi A.P. Althausen et al., "Niskotemperaturno električno grijanje", Moskva, Energia, 1968.). Ova metoda je postala široko rasprostranjena u raznim oblastima. Nacionalna ekonomija. Cjevasti električni grijač ( grijaći element) može se staviti u vodu, so, tečni metal, kalup, kućište motora sa unutrašnjim sagorevanjem itd. Međutim, električni napon se na zagrijanu zavojnicu dovodi direktno iz mreže, a relativno visok električni otpor zavojnice ne dozvoljava smanjenje primijenjenog napona, što podrazumijeva potrebu za električnom izolacijom zavojnice kako bi se osigurala električna sigurnost i koja u okretanje smanjuje toplotnu provodljivost između zavojnice i metalne cijevi, i samim tim pogoršava prijenos topline između grijaći element (om) i rashladna tečnost uopšte. Električna izolacija spirale ne isključuje mogućnost njenog električnog kvara i kontakta s metalnom cijevi DESET (a) visok električni potencijal, što dovodi do potrebe za njegovim uzemljenjem. osim toga, grijaći element(s) imaju ograničen vijek trajanja zbog pregorevanja zavojnice.

Poznata metoda pretvaranja električne energije u toplinsku energiju i stvaranje prijenosa topline, pod nazivom "Kontaktno zavarivanje" (vidi N.S. Kabanov, "Zavarivanje na kontaktnim mašinama", Moskva, ur. "Viša škola", 1985; Yu.N. Bobrinsky i N.P. Sergeev, "Projektovanje i podešavanje mašina za kontaktno zavarivanje", Moskva, ur. "Inženjering", 1967; V.G. Gevorkjan, "Osnove zavarivanja", Moskva, izd. "Viša škola", 1991). U ovoj metodi, grijaći element i rashladno sredstvo je metal koji se zavari, koji zatvara sekundarni namotaj transformatora za zavarivanje, uslijed čega kroz zatvoreni krug teče električna struja, dovoljna za zagrijavanje i zavarivanje metala. U ovom slučaju, svaki zavoj sekundarnog namota transformatora je zaseban izvor električne energije, jer pokriva isti magnetski tok stvoren u magnetskom krugu primarnim namotom transformatora.

Ova metoda je prototip. Nedostatak ove metode je što je primjenjiv samo na rashladne tekućine s relativno malim električnim otporom. U slučaju korištenja tekućine, na primjer vode, bilo bi potrebno odbiti snižavanje napona pomoću transformatora, a metoda bi se pretvorila u prvu razmatranu sa svim svojim nedostacima.

Sigurnost i pouzdanost pretvaranja električne energije u toplotnu, efikasnost prijenosa topline u predloženoj metodi postižu se korištenjem zatvorene petlje provodnika električne struje ili nekoliko zavoja koji formiraju sekundarni namotaj transformatora kao grijaćeg elementa i uvođenjem rashladna tečnost u kontaktu sa površinama provodnika. Prilikom zatvaranja zavojnice vodiča, koji pokriva magnetni krug transformatora, on se inducira EMF manji od broja zavoja koji se dovodi do primarnog namota, što osigurava električnu sigurnost, a struja koja teče kroz zatvoreni svitak naglo se povećava zbog niskog električnog otpora zavojnice i zagrijava ga bez obzira na električni otpor rashladne tekućine. Istovremeno, direktni kontakt rashladnog sredstva s površinama zatvorene petlje vodiča povećava efikasnost prijenosa topline zbog naglog smanjenja toplinskih gubitaka. Mogu se stvoriti uvjeti koji isključuju mogućnost pregaranja zavojnice, što osigurava pouzdanost konverzije.

Na crtežu je prikazan primjer opreme koja implementira predloženu metodu.

Metoda se provodi na sljedeći način. Sa prekidačem K primarni namotaj transformatora sa brojem zavoja W 1 priključen na AC mrežu. U magnetnom kolu 1 javlja se naizmjenični magnetski tok koji inducira EMF u zatvorenim zavojima vodiča 2 i 3 i indukuje električnu struju u njima, zagrijavajući ih. Provodnik 2 je napravljen u obliku cijevi, provodnik 3 je napravljen od zatvorenog snopa bakarne žice. Na ulazu A uvodi se hladna rashladna tečnost, na primjer voda, koja ulazi u provodnik 2 i ispire provodnik 3 izvana. Izmjena toplote se dešava preko međusklopa provodnika 2 i 3 i rashladne tečnosti, rashladna tečnost se zagreva i usled do konvekcije, ulazi u izlaz B. U jednom konkretnom slučaju, provodnik 3 može izostati (potreban je kada električni otpor provodnika 2 nije u skladu sa snagom transformatora). U drugom konkretnom slučaju, kako bi se spriječilo rasipanje topline sa vanjske površine vodiča 2, umjesto provodnika 2 može se koristiti električna izolacijska cijev i tada će toplina u rashladnu tekućinu strujati samo iz vodiča 3. U trećem slučaju, sama rashladna tekućina, smještena unutar izolacijske cijevi, može biti provodnik ili u zapremini drugog oblika, koja pokriva magnetno jezgro.

PRIMJER SPECIFIČNE IMPLEMENTACIJE METODE

Uzet je radijator od štancanog čelika marke 2M3-500 (vidi str. 189, Priručnik za specijalne radove priredio N.A. Kokhanenko, Moskva, izdanje literature o građevini, 1964.) sa ekvivalentnom površinom grijanja 3.53 ekm(ekvivalentno 11 - sekcija radijator od livenog gvožđaM-140 prema GOST 8690-58) sa kapacitetom 13,3 l. Od čelične cijevi promjera 3/4"" napravljena je zatvorena zavojnica koja pokriva magnetsko kolo transformatora napajanja snagom od 1,5 kW. Ulaz zavojnice A spojen je na izlaz (cijev na dnu okomito postavljenog radijatora), a izlaz zavojnice B spojen je na ulaz radijatora (cijev na vrhu) pomoću gumenih crijeva. Na vrhu radijatora postavljen je ekspanzioni rezervoar kapaciteta od 0,25 l. Zatim je sistem (radijator - okret) napunjen vodom i primarni namotaj transformatora spojen je na mrežu naponom 220 V. Temperatura oko radijatora prije uključivanja transformatora je bila 4,5°C u zapremini prostorije 300 m 3. Nakon uključivanja transformatora, mjeren je električni napon na zavojnici 0.8V i električna struja koja prolazi kroz zavojnicu, što je iznosilo 1875 A. Kroz 20 minuta temperatura vode u radijatoru je porasla na 96oC(početna temperatura vode je bila 12oC), nakon čega se, uz pomoć tiristorskog upravljačkog sistema, potrošnja energije iz mreže u početku svela na 800 W 82oC a zatim kroz 2 sati do 500 W, čime je osigurano održavanje temperature vode na 60oC. Kao rezultat 4-satnog testa, dostignuta je sobna temperatura 18oC. Sutradan je sistem uključen za potrošnju energije. 1,5 kW. Kroz 4 sata dostigla je sobna temperatura 23oC, nakon čega je sistem prebačen na potrošnju 500 W i radi 1 mjesec kao grijač.

Izvršena su ispitivanja grijanja sistema grijanja sa kapacitetom 150 l prema predloženoj metodi sa potrošnjom energije 800 W. Tokom ispitivanja, grijanje vode iz 16 o C do 58,5 o C za 7 sati, nakon čega je sistem prebačen u režim koji održava temperaturu na 58oC pri potrošnji energije 500 W.

Ispitivanja su provedena na uvođenju unutar zatvorenog svitka čelične cijevi snopa bakrenih žica zatvorenih lemljenjem (provodnik 3). Kao rezultat ispitivanja, ustanovljeno je da je korištenjem vodiča 3 moguće smanjiti ekvivalentni električni otpor zatvorenih zavoja u gotovo bilo kojem rasponu i povećati potrošnju energije dok se transformator potpuno ne optereti.

Ispitivanja su pokazala mogućnost smanjenja potrošnje električne energije u 1,5 -2 puta kada se koristi predložena metoda u poređenju sa tradicionalnim.

TVRDITI

Metoda za pretvaranje električne energije u toplinsku energiju i stvaranje izmjene topline između grijaćeg elementa i nosača topline, koristeći kao grijaći element sekundarni namotaj električnog transformatora, napravljen u obliku zatvorene petlje vodiča u obliku cijev s ulazom i izlazom rashladne tekućine, naznačena time što je dogovor o rashladnoj tekućini osiguran kroz grijaći element spajanjem njegovog ulaza na izlaz rashladne tečnosti iz radijatora, i izlaza rashladne tečnosti od grejnog elementa do ulaza u radijator, veze se vrše crevima, radijator se postavlja okomito tako da je izlaz rashladne tečnosti iz radijatora u njegovom donjem delu , u gornjem dijelu radijatora se ugrađuje ekspanziona posuda i cijeli sistem se puni rashladnom tekućinom i transformator se priključuje na mrežu.

2. Metoda prema zahtjevu 1, naznačena time što je zatvoreni namotaj u obliku cijevi izrađen od električno izolacijskog materijala, a unutar njega je ugrađen jedan ili više zatvorenih namota provodnika.