Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель

Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
Введение.
Основные понятия.
Эне́ргия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм
движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие.
Энергия - обобщенное, абстрактное понятие, отражающее, одну из характеристик
движения материи. Физической основой феномена энергии является наличие в природе
фундаментальной закономерности: стремление к равновесию. Она и является причиной
энергии и движения.
Под энергией в настоящее время понимается именно
1)в более узком (упрощенном) смысле - величина, характеризующая способность какоголибо объекта совершать работу; такое определение было дано в 1619 году австрийским
астрономом и математиком Иоганнесом Кеплером и который ввел это понятие под
названием facultas («способность»);
2) в более широком смысле - общая количественная мера различных форм движения
материи (тел, частиц, полей). Такое обобщающее определение сформулировали в 1851-52
годах шотландский физик Уильям Джон Макуорн Ранкин и профессор физики
университета в городе Глазго, член Лондонского Королевского общества Уильям Томсон
Часто можно встретить упрощённое определение энергии как способности тела совершать
работу, удобное в механике.
v2
В общем случае механическую работу можно записать, как l = ∫ p dv
v1
Энергия может проявляться в очень многих разновидностях. Важнейшими видами
энергии считаются
■ механическая (потенциальная, кинетическая,
звуковая, энергия эластичности),
■ тепловая внутренняя энергия (называющаяся
также тепловой энергией),
■ химическая,
■ электромагнитная (электрического и магнит
ного полей, лучистая),
■ гравитационная,
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
■ ядерная.
Все виды энергии могут использоваться, после преобразования в механическую, для
совершения работы.
Количество преобразуемой, передаваемой, аккумулируемой или используемой энергии
в единицу времени, а также совершаемая в единицу времени работа называется
мощностью.
Сущность энергии, ее формы и закономерности проявления, а также математическая
интерпретация этих закономерностей рассматриваются в физике, относящейся к
естественным наукам. Техническое применение энергии является предметом
энерготехники, которая относится к прикладным наукам и может рассматриваться как
один из разделов техники.
Техника (англ. technology), как и наука, экономика, искусство и многие другие, относится к
сферам деятельности человека и определяется как
совокупность знаний, навыков и приемов труда, основанных на понимании законов и
явлений природы, а также на использовании природных сил и ресурсов.
Знания, входящие в определение техники, представлены в технических (прикладных)
науках, к которым, кроме энерготехники, относятся, например, еще
■ строительная техника (которая может счи
таться старейшей, уже Аристотелем весьма
разносторонне рассмотренной технической
наукой),
■ теплотехника,
■ электротехника,
■ электроника,
■ информационная техника (инфотехника)
■ и многие другие отрасли техники.
Ни одна техническая наука не имеет четких границ и содержит элементы, которые в большей или меньшей степени совпадают с такими же элементами не только других
технических наук, но и фундаментальных, естественных и энономических наук.
Энерготехника не является в этом отношении исключением и содержит в себе элементы
теплотехники, электротехники, электроники, инфотехники и нескольких других
технических наук, а также элементы фундаментальных, естественных и экономических
наук.
Навыки и приемы труда, названные в определении техники, представляют собой разнообразные способы производства, обработки и использования материалов и изделий,
которые объединяются под названием технология. Технология может рассматриваться как
некий раздел техники в целом, но может быть отнесена и к отдельным техническим
наукам. Различают, например,
■ электротехнологию, относящуюся к электротехнике,
■ строительную технологию, относящуюся к строительной технике,
■ информационную технологию, относящуюся к информационной технике.
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
Навыки и приемы труда могут относиться и к личным свойствам человека, к его
умению производить те или другие производственные или иные операции. В этом смысле
различают, например,
■ технику электромонтажных работ,
■ технику владения ЭВМ,
■ технику вождения автомобилей,
ш технику оформления чертежей и т. д.
В русском языке техника, кроме того, часто понимается как совокупность
человеком средств, используемых в какой-либо области его деятельности.
строительной техникой часто понимается совокупность строительных
механизмов; под сельхозтехникой - совокупность тракторов, комбайнов
сельхозмашин и т. д.
созданных
Так, под
машин и
и других
Таким образом, ЭНЕРГОТЕХНИКА является разделом техники, охватывающим
■ выявление, исследование и освоение
энергоресурсов,
■ преобразование энергии,
■ передачу энергии,
■ аккумулирование энергии,
■ использование энергии и связанные с этим
побочные явления.
Объем рассматриваемых в энерготехнике вопросов упрощенно представлен на рис. 1.1.1, а
место энерготехники в науке и технике - также упрощенно, на рис. 1.1.2.
Основные вопросы, рассматриваемые в энерготехнике.
Varud – Ресурсы, Energia saamine – Получение энергии, Muundamine – Преобразование энергии,
Edastamine – Передача, Salvestamine – Аккумулирование, Tarbimine – Потребление
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
Связь энерготехники с другими отраслями науки и техники (упрощенно)
Inimtegevuse valdkond – области
человеческой деятельности
Majandus – экономика
Teadus – наука
Alusteadused – фундаментальные
науки
Loodusteadused – естественные
науки
Majandusteadused –
экономические науки
Rakendusteadused
(tehnikaseadused) – прикладные
технические науки
Ehitustehnika – строительная
техника
Masinaehitustehnika –
машиностроение
Energiatehnika – энерготехника
Soojustehnika – теплотехника
Elektrotehnika – электротехника
Elektroonika – элетроника,
Infotehnika – инфотехника,
Ehitustehnologia – строительная
технология, Masinaehitustehnoloogia
– машиностроительная технология, Energiaseadmete käidu tehnoloogia – Технология эксплуатации энергоустановок,
Kütuse põletamise tehnoloogia – технология сжигания топлив, Elektroonikaseadmete tootmise tehnoloogia – Технология
производства электронных устройств, Infotehnoloogia – инфотехнология, Oskused – умение и навыки, Ehitusoskus –
строительные навыки, Elektritööokus – техника производства электромонтажных работ, Arvutikasutusoskus (- tehnika) –
техника владения ЭВМ, Joonestusoskus (joonestustehnika) – Kirjatehnika – техника оформления документации.
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
Понятие ЭНЕРГЕТИКА ввел в 1855 году У. Дж. М. Ранкин , который в том же году был
избран профессором Глазгоского университета. По его определению, под энергетикой
понимается область науки и техники, основанная на энерготехнике и охватывающая
многообразное использование энергии в народном хозяйстве и в других целях, связанных с
деятельностью человека. Как разделы энергетики могут выделяться, например,
■ теплоэнергетика,
■ гидроэнергетика,
■ ядерная (атомная) энергетика,
■ электроэнергетика,
или
■ промышленная энергетика,
■ энергетика сельского хозяйства
■ коммунальная энергетикa
Эти примеры позволяют заключить, что энергетика охватывает не только энерготехнику,
но и энергоэкономику, энергополитику, энергобезопасность и проблемы, сопутствующие
применению энергии. Весьма упрощенно и схематично такой комплекс может
представляться в виде диаграммы, изображенной на рисунке 1.1.3.
В более широком смысле энергетика может охватывать любые энергетические процессы
в живой или неживой природе. Можно говорить, например,
■ о биоэнергетике,
■ о геоэнергетике,
■ об энергетике космоса
и о других комплексах явлений, охватывающих получение, преобразование и
использование энергии.
Energiamajandus - энергоэкономика
Рис. 1.1.3. Энерготехника, энергоэкономика и энергополитика как составные части энергетики
Важнейшими теоретическими основами энерготехники являются
■ три начала термодинамики - закон сохранения энергии, принцип необратимого
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
рассеяния энергии (или роста энтропии), невозможность достижения нулевой
абсолютной температуры,
■ закон эквивалентности массы и энергии.
Все они подробно рассматриваются в той части физики, которая называется
термодинамикой и которая занимается тепловыми явлениями и их связью с физическохимическими свойствами вещества.
Первое начало термодинамики (закон сохранения энергии) означает, что каждая система
обладает в качестве функции состояния внутренней энергией U, которая может изменяться
только двумя путями:
- переходом энергии за пределы системы в виде тепла или работы,
■ получением энергии извне.
Для идеального газа:
--
U = N mw2 / 2 = 3/2 NkT,
где N - количество молекул газа
m – масса молекулы газа
к – постоянная Больцмана 1,38 ∙ 10 -23 J/K
T - абсолютная температура газа в К
Внутренняя энергия замкнутой системы остается неизменной. Разные виды энергии
могут; следовательно, быть преобразованы друг в друга, но энергию невозможно
производить из ничего, и ее невозможно также уничтожить. При преобразовании энергии
часть ее всегда теряется из-за трения или путем рассеяния во внешнюю среду, из чего
вытекает, что если внутренняя энергия системы не изменяется, то система не может
совершать никакой работы. Другими словами, создание вечных двигателей первого рода
невозможно.
Тепло является не энергией в смысле функции состояния, а энергией, переходящей от
тела к другому. Тепло должно считаться, следовательно, функцией процесса; оно зависит
от особенностей способа передачи энергии. Тело не может содержать тепло как энергию,
но оно может получать или отдавать энергию в виде тепла. В практике, при
рассмотрении процессов передачи тепла, используется образный термин теплоноситель,
предполагающий процесса получения или отдачи тепла.
Работа также является функцией процесса Отнятое от тела тепло может
преобразоваться в работу или передаваться от тела с одной температурой телу с другой
температурой только ходе кругового процесса .
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
Круговым называется процесс, в ходе которого рассматриваемая система возвращается в
свое начальное состояние. Наиболее известным является круговой процесс, теорию
которого опубликовал в 1824 году французский инженер Николя Леонард Сади Карно (
1796-1832), доказав, что для работы теплового двигателя нужны по меньшей мере два
источника тепла с различной температурой. Круговой процесс Карно, графически
представленный на рис. 1.1.4 (нет рисунка, смотреть в книге стр.13), состоит из 4 следующих этапов:
■ изотермическое (без изменения температуры) расширение 1-2, во время которого
некоторое термодинамическое тело, находясь в контакте с источником тепла
(нагревателем) с абсолютной температурой Т1 получает от него количество тепла Q1;
■ адиабатическое (без отдачи тепла) расширение 2-3, в течение которого тело совершает
работу за счет своей внутренней энергии и охлаждается при этом до температуры
охладителя Т2 ;
■ изотермическое сжатие 3-4, при котором тело отдает охладителю количество тепла Q2 ;
■ адиабатическое сжатие 4-1, при котором температура тела снова повышается до температуры источника тепла Т1.
Карно доказал, что коэффициент полезного действия (кпд) такого прямого обратимого
кругового процесса зависит не от свойств рабочего тела, а только от температуры
нагревателя и температуры охладителя, согласно формуле (теореме Карно)
η = (Q1 –Q2) /Q1 = (T1 -T2) /T1
Вышеописанный прямой круговой процесс имеет место в тепловых силовых
установках. В
холодильниках, тепловых насосах и т. п. происходит обратный круговой процесс,
который на рис. 1.1.4 может представляться в виде цикла 4-3-2-1-4.
Второе начало термодинамики гласит, что существует функция состояния,
характеризующая необратимое рассеяние энергии и называемая энтропией. В замкнутой
системе энтропия никогда не может уменьшаться. Если обозначить энтропию через S, то ее
изменение dS выражается формулой
dS ≥ δQ /T
δQ – количество тепла, передаваемое системе при температуре Т
T – абсолютная температура
В случае обратимого процесса действительно равенство, в случае необратимого процесса
-неравенство. Если процесс необратим, то энтропия замкнутой системы растет, приобретая
свое наивысшее значение в равновесном состоянии системы. С возрастанием энтропии
способность системы совершать работу уменьшается и энергия рассеивается. Из второго
начала термодинамики вытекает, в частности, что
■ все спонтанные (протекающие в одном направлении) процессы необратимы;
■ все процессы, связанные с трением, необратимы;
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
■ процессы выравнивания и перемешивания необратимы;
■ тепло не может само по себе передаваться от тела с низшей температурой телу с высшей
температурой; чтобы тепло передавать таким образом, необходимо совершать работу,
как, например, в холодильнике или в тепловом насосе;
■ в равновесном состоянии замкнутой системы ее энтропия максимальна;
■ тепло ни в коем случае не может полностью преобразоваться в работу;
■ вечный двигатель, основанный на полном преобразовании тепла в работу (
второго рода), невозможен.
Так как тепло никогда не может полностью преобразоваться в работу, то в теорию тепловых машин введены понятия эксергия (часть тепла, которая может преобразоваться в работу)
и анергия (часть тепла, которая не может преобразоваться в работу). Кпд теплового
двигателя,основанного на вышеописанном идеальном круговом процессе Карно, может,
следовательно, выражаться и в виде
η = 1 – T2 /T1 = ( эксергия) / ( анергия + эксергия)
Реальный кпд теплового двигателя всегда меньше, чем в случае идеального кругового
процесса. Отсюда вытекает, в частности: если в какой-либо машине (например, в паровой
турбине или в двигателе внутреннего сгорания) механическая энергия получается после
преобразования энергии в тепло, то ее кпд меньше, чем у машин без такого
промежуточного теплового преобразования энергии (например, у гидравлических турбин).
К термодинамическим функциям состояния относятся, кроме вышеназванных внутренней энергии и энтропии, и температура,
давление, объем, масса вещества (или количество частиц вещества), плотность и энтальпия (функция состояния, которая при
заданных энтропии, давлении и числе молей компонентов, как независимых переменных, полностью определяет
термодинамические свойства системы).
Третье начало термодинамики, по которому никакое вещество не может охлаждаться до
нулевой абсолютной температуры, сформулировал в 1908 году профессор физической
химии Берлинского университета Вальтер Герман Нернст ; это начало часто называется и
тепловой теоремой Нернста.
Иногда отмечают существование и нулевого (или общего) начала термодинамики, имея в виду принцип, согласно которому
замкнутая система независимо от начального состояния, в конце концов, приходит к состоянию термодинамического
равновесия.
Закон эквивалентности массы и энергии
опубликовал 21 ноября 1905 года эксперт швейцарского патентного департамента в Берне
Альберт Эйнштейн (1879-1955) в виде формулы [1.3]
E = m∙c2
E – энергия J
m – масса kg
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
c – скорость света ( c = 299 792 458 m/s)
Согласно законам термодинамики, энергия, как уже отмечалось, не может сама собой (произвольно) возникать или путем
потребления уничтожаться; она может только преобразоваться из одного вида в другой. В экономических науках энергия, однако,
часто рассматривается как товар, в связи с чем говорят и о ее производстве, продаже и потреблении. Такая экономическая
интерпретация энергии принципиально отличается от термодинамической. В настоящей книге приходится все же иногда учитывать и экономическое понимание энергии, особенно тогда, когда это сопровождается рассмотрением других экономических
критериев и показателей. Так, например, в соответствии с той экономической терминологией, которая используется в
статистических изданиях ООН, приходится волей-неволей применять в разделах 1.4 и 1.5 настоящей главы такие понятия, как
производство и потребление товарных видов энергии, производство и потребление электроэнергии и др.
Единицы энергии и мощности
Чтобы выражать энергию в численном виде, необходимо ее, как и любую другую
физическую величину, в подходящих единицах измерять. Единицей энергии в
Международной системе единиц является введенная в 1849 году и определяемая через
основные единицы SI (килограмм, метр и секунду) , kg∙m2 / s2, которую в 1881 году на
первом международном конгрессе электриков в Париже было предложено назвать в честь
английского физика Джеймса Прескотта Джоуля джоулем:
1 J = 1 kg m2 /s2 = 1 Nm = 1 Ws
Соотношения между единицами энергии
Эквивалент
Единица
в Дж
в эрг
в межд. кал
7
1 Дж, J
1
10
0,238846
-7
1 эрг
10
1
2,38846·10-8
1 межд. Дж
1,00019
1,00019·107
0,238891
7
1 кгс·м
9,80665
9,80665·10
2,34227
6
13
1 кВт·ч, kWh
3,60000·10
3,60000·10
8,5985·105
1 л·атм
101,3278
1,013278·109
24,2017
7
1 межд. кал (calIT)
4,1868
4,1868·10
1
7
1 термохим. кал (калТХ)
4,18400
4,18400·10
0,99933
-19
-12
1 электрон-вольт (эВ)
1,60219·10
1,60219·10
3,92677·10-20
в эВ
0,624146·1019
0,624146·1012
0,624332·1019
6,12078·1019
2,24693·1025
63,24333·1019
2,58287·1019
2,58143·1019
1
1 J = 1 kgm2/ s2 = 1 Nm = 1 Ws
По директиве ЕС использование единицы саl в ЕС разрешено до 1.01. 2010..
Единицы условного топлива :
- угольная, на основе теплотворной способности 1 кг угля 7000 kcal/ kg
1 tce = 7000 kcal = 29,31 GJ = 8,14 MWh
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
coal ekvivalent
- нефтяная, на основе теплотворной способности 1 кг нефти 10000 kcal/ kg
1 toe = 10000 kcal = 41, 87 GJ = 11, 63 MWh
oil ekvivalent
1 л.с. = 1 HP = 33 000 lbf ft/min = 0, 74570 kW
1 kJ ( kilo) = 103 J
1 MJ (mega) = 106 J
1 GJ (giga) = 109 J
1 TJ ( tera) = 10 12 J
1 PJ (peta) = 10 15 J
1 EJ ( eksa) = 10 18 J
1 ZJ (zetta) = 10 21 J
1 YJ (yotta) = 10 24 J
Энергетический баланс Земли.
Человечество для своих энергетических нужд использует энергоресурсы Земли и живет в
тех климатических условиях, которые заданы энергетическими потоками Земли. В
частности в 20 веке человечество в своей деятельности начало влиять как на
энергетическое равновесие Земли, так и на климат.
Земной шар постоянно получает энергию из трех природных источников и двух
искусственных:
1) Излучение Солнца 5,6∙ 103 ZJ
2) геотермальная энергия ( тепло, выделяющееся от радиактивного распада
урана, тория и в некоторой степени калия) 1,1 ZJ
3) энергия приливов от гравитационного воздействия Луны 0,1 ZJ
4) теплота, которая выделяется при сжигании в недрах Земли, накопленного
топлива ( каменный уголь, нефть, газ, сланец и др.) и из них получаемыех
других видов топлива ( продукты рафинирования нефти), 0,5 ZJ
5) теплота, которая выделяется при разложении урана как в ядерных
реакторах, так и на АЭС , на заводах по производству плутония, на ядерных
авиа- и ракетоносцах, кораблях и подлодках 0,04 ZJ
Рис. 1.3.1. Энергобаланс Земли.
Kiirgumine maailmaruumi - Излучение в мировое пространство
Peegeldumine - Отражение atmosfäärist - 31,0% атмосферой, Maapinnalt - 4.2 % поверхностью Земли
Atmosfäär, neeldumine, tuuleenergia - Атмосфера, поглощение, ветроэенергия
Pinnavoolu hüdroenergia - Гидроэнергия поверхностного стока
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
Looded - приливы
Mered, taimed - Моря, растения
Kiirgus - излучение, vee aurumine - испарение воды
Mandrid - Материки, taimed - растения
Elusolendid - Живые существа
Salvestanud orgaaniline aine - Аккумулирующееся органическое вещество
Põletuskütus - Сжигаемое топливо
Tuumkütus - Ядерное топливо
Geotermaalenegia - Геотермальная энергия.
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
Здесь приведены расчетные данные геотермальной энергии , полученные 1993 году. Но в
2005 году в Японии удалось путем измерения потока антинейтринов установить, что
мощность теплового излучения, выделяющаяся при рападе урана-238, тория-232 и калия40, находится в пределах от 16 до 60 ТW, что равняется количеству энергии от 0,5 до 1,9
ZJ в год .
В конечном счете вся энергия, получаемая от Солнца, и самой Земли излучается в
мировое пространство, при котором средний поток излучения составляет в пересчете на
поверхность Земли ( излучение Земли) 348 W/m2. Если бы Земля идеальным черным
излучателем и не имела бы своей атмосферы, то ее средняя абсолютная температура при
таком излучении по закону Стефана-Больцмана составила бы 280 К или +7оС.
Me = σo T4
Me – излучение W/ m2
σo - постоянная Cтефана-Больцмана
5,67 ∙ 10 -8 W/ m2 K4
T – абсолютная температура в К
Поскольку Земля – не абсолютно черное тело, то следует ввести множитель ε - степень
черноты, ε < 1, который учитывает также наличие атмосферы и то, что в атмосфере Земли
содержатся трех- и более атомные газы ( вода Н2О, двуокись углерода СО2, метан СН4,
диоксид азота N2О и др.), которые частично поглощают длинноволновое излучение Земли
и таким образом повышают как температуру нижней часть атмосферы ( тропосферы), так
и среднюю температуру поверхности Земли. Поэтому средняя температура поверхности
Земли сейчас составляет около 15оС. Поскольку в техногенных процессах образующееся
тепло , а также содержание в атмосфере СО2, СН4 , N2О и других парниковых газов
постоянно увеличивается, то медленно, но все же быстрее, чем раньше, увеличивается
температура поверхности Земли.
Мировые запасы энергоресурсов.
Под запасами энергоресурсов в энерготехнике понимают те запасы, которые человечество
может технически использовать для своих нужд. БОльшая часть из ныне используемых
энергоресурсов (накопленных в недрах Земли - фоссильные и ядерные, содердащиеся в
недрах земли) – невосстанавливаемые и могут в близком или отдаленном будущем
закончится. К невосстанавливающимся топливам следует причислять и торф, поскольку
процесс образования торфа на торфяных полях существенно замедлился.
В значительно меньшей мере используются восстанавливаемые ресурсы, к которым
относятся гидроэнергия, энергия ветра, биомасса ( дерево, органические отходы). К
восстанавливаемым ресурсам относят также и геотермальную энергию, хотя запасы
радиактивных веществ в недрах исчерпаемы; а также – энергию Солнца, хотя в
ближайшие 1...2 миллиарда лет сколь-нибудь значительного снижения излучательной
способности не прогнозируется.
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
Невосстанавливаемые энергоресурсы Земли по данным 2003 года.
В таблице 1.3.1. приведены данные запасов энергоресурсов по состоянию на 2003 год по
данным ООН. В расчет взяты только те запасы, добыча которых может быть
осуществлена на основе приемлемых расходов.
Kivisüsi – каменный
уголь
Pruunsüsi – бурый
уголь
Nafta – нефть
Maagaas –
природный газ
Turvas – торф
Uraan – уран
Toorium – торий
Põlevkivi ja õliliivad –
сланец и сланцевые
пески
Kindel või oletetav
lisavaru –
разведанные или
прогнозируемые
дополнительные
запасы
Kindlakstehtud varu –
подтвержденные
запасы
Aastatoodang –
годовая добыча.
Энергетика и энергопотребление.
При учете энергопотребления мира в целом, следует учесть, что высокоразвитое
техническое общество охватывает далеко не все население Земного шара. Поэтому
среднее энергопотребление на душу населения мира составляет около 2 tce в год. Рост
энергопотребления на душу населения в мире графически ( и сильно упрощенно)
изображен на рис. 1.4.2..
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
Maailma rahvaarv – Население
мира
Energiatarbimine –
энергопотребление
Kõige kaugemale arenenud
maad – наиболее развитые
страны
Mailma keskmine – среднее по
миру
Kõige vähem arenenud maad –
наименее развитые страны
Не всегда высокое энергопотребление вызвано энергоемким промышленным
производством, развитым транспортом или холодным климатом. Довольно часто перерасход
энергии обусловлен расточительным потреблением энергии (например, на транспорте) и
большими потерями энергии. Чтобы оценить рациональность расходования энергии,
потребление энергии сравнивают со стоимостью валового внутреннего продукта страны
на душу населения. На рис. 1.5.2 представлен этот показатель для тех 36 государств, где он
не менее, чем в 2 раза выше среднемирового, а на рис. 1.5.3 - связь между потреблением
энергии и стоимостью валового внутреннего -родукта на душу населения в 158
государствах мира. Рисунок 1.5.3 свидетельствует о весьма большом разбросе этого
соотношения по обе стороны некоторой условной средней линии, обозначенной на
рисуке зеленым цветом.
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
1.5.2. Стоимость валового внутреннего продукта на душу населения в 2004 году. Представлены
государства, в которых этот показатель не менее, чем в 2 раза выше среднестатистического.
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
1.5.3. Соотношение потребления на душу населения коммерческих видов энергии W и стоимости
валового внутреннего продукта ksm в 2004 году.
Потребление электроэнергии на душу населения в 2004 г. составляло в среднем в мире
2,70 МWh. Этот показатель в Северной Америке, Океании и Европе был также намного
выше, чем в Южной Америке, Азии и Африке. Особенно высок он, как зафиксировано, в
странах, где дешевую гидроэнергию можно использовать не только в энергоемких
производственных процессах и на электрифицированных железных дорогах, но и для
отопления зданий (в Исландии, Норвегии, Канаде, Швеции). В Европейском Союзе (в том
числе в Эстонии) и в промышленно развитых регионах мира, а также в странах - про-
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
изводителях нефти электропотребление на душу населения в 2...6 раз превышало
среднемировой уровень. 40 стран, где этот показатель более чем в 2 раза превышал
среднемировой, представлены на рис. 1.5.5. Как уже сказано, высокое удельное
электропотребление может быть вызвано
■ электроемкими производственными процессами в промышленности (в металлургии,
в электрохимической промышленности и т. п.),
■ широкомасштабной электрификацией железных дорог и городского транспорта,
■ высоким уровнем электрификации всех отраслей народного хозяйства, а также быта,
■ широким применением электрического отопления.
Удельное потребление электроэнергии в какой-либо стране может однако
увеличиваться
■ из-за производства электроэнергии на экспорт, так как соответствующий
увеличенный расход электроэнергии на собственные нужды электростанций и на
дальнюю передачу электроэнергии учитывается как внутригосударственное
электропотребление,
■ из-за нерационального расходования и больших потерь электроэнергии.
Относительно высокое электропотребление на душу населения в Эстонии объясняется
прежде всего довольно высоким уровнем электрификации народного хозяйства и быта. До
восстановления независимости, с 1960 по 1990 годы, большое влияние имел и экспорт
электроэнер гии (до 60 % ее производства) в Ленинградскую и Псковскую области России, а
также в Латвию, что соответственно увеличивало расход электроэнергии на собственные
нужды электростанций и на передачу электроэнергии по межсистемным линиям высокого
напряжения.
Энергетика Эстонии, как и другие отрасли народного хозяйства, развивалась в 1930-х годах весьма быстрыми
темпами . В 1939 г. производство электроэнергии в 10 раз превысило уровень 1919 года. В 1940 г. развитие
остановилось; сказались разрушения во время войны, однако довоенный уровень был восстановлен уже в 1946
году. Быстрое развитие энергетики продолжалось и во время нахождения Эстонии в составе СССР, причем,
особенно большое значение имело сооружение двух крупных сланцевых электростанций, предусмотренных для
усиления электроснабжения всей северозападной части СССР: в 1946-1978 годах производство электроэнергии
увеличилось в 100 раз. После восстановления независимости экспорт электроэнергии в Россию практически
прекратился, и уровень как производства, так и потребления ее за последние 10 лет был почти стабильным.
Заметный подъем производства начался в 2003 году.
Есть страны, в которых электрификации почти нет и где потребление электроэнергии на
душу населения в несколько сотен раз ниже среднемирового. В Чаде, например, этот
показатель в 2004 г. составлял всего 11 кWh.
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
0
0,5
Мир
Европа
Океания
Северная
Америка
Южная Америка
Азия
Африка
2,5 kgce / $
0,20
0,22
0,26
0,41
0,47
0,57
0,11
0,12
0,12
0,14
0,14
Великобритания
Италия
Германия
Исландия
Бельгия
0,15
0,15
0,15
0,17
0,18
Норвегия
Люксембург
Кипр
Сингапур
Новая Зеландия
0,19
0,20
0,20
0,20
0,20
Финляндия
Греция
Нидерланды
Австралия
США
0,21
0,22
0,22
0,23
0,25
Эстония
Кувейт
Оман
Бруней
2
0,31
Дания
Швеция
Ирландия
Япония
Австрия
Израиль
Корейская Республ.
Канада
Чехия
Тайвань
1,5
1
0,25
0,29
0,40
0,49
0,49
0,66
0,67
0,71
0,74
0,80
0,82
0,92
Объед. Арабск. Эмираты
Саудовская Аравия
Палау
Катар
Науру
Бахрейн
1,24
1,27
1,34
1,47
1,50
Тринидад и Тобаго
Россия
Казахстан
Туркменистан
1,90
3,92
Рис. 1.5.4.
Потребление коммерческих видов энергии на единицу валового
внутреннего продукта в 2004 году в странах
Материалы лекций подготовлены на основе книги: Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллинский
технический университет. Институт электропривода и силовой электроники. Таллин, 2008. 328с.
1.5.5. Потребление электроэнергии на душу населения в 2004 году.