Теплоэнергетика

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Теплоэнергетика — отрасль энергетики и теплотехники, занимающаяся преобразованием теплоты в другие виды энергии, главным образом в механическую и через неё в электрическую[1], то есть производством тепловой и электрической энергии занимается именно теплоэнергетика.

Основа всей энергетической системы мира составляет теплоэнергетика. 2/3 электростанций в мире работают на тепловых циклах, преимущественно Цикл Ренкина (Rankin cycle) на водяном паре и Цикл Брайтона в газовой турбине.

Теоретическую основу теплоэнергетики составляет термодинамика[2], тепломассообмен и механика жидкости и газа.

Главной задачей теплоэнергетики является проблема рационального использования тепловой энергии в промышленности и коммунальном хозяйстве. Предметом изучения теплоэнергетики являются термодинамические циклы и схемы энергоустановок, степень их совершенства, вопросы горения топлива, теплообмена, теплофизические свойства рабочих тел и теплоносителей и др[3].

Преобразование тепловой энергии осуществляется в различных машинах, аппаратах и устройствах, которые делятся на:

Техническую основу современной теплоэнергетики составляют теплосиловые установки тепловых электростанций (ТЭС), которые состоят из котлоагрегатов и паровых турбин.

Теплоэнергетика как составная часть энергетики

Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов, на базе угля вырабатывается 46 % всей электроэнергии мира, на базе газа — 18 %, еще около 3 % — за счет сжигания биомасс, нефть используется для 0,2 %. Суммарно тепловые станции обеспечивают около 80 % от общей выработки всех электростанций мира[4][5].

На 2013 год, средний КПД тепловых электростанций был равен 34 %, при этом наиболее эффективные угольные электростанции имели КПД в 46 %, а наиболее эффективные газовые электростанции — 61 %[6].

В России на 2009 год 47 % электричества было выработано за счет сжигания газа, 18 % — угля. Гидроэнергетика и атомные станции выработали по 17 и 16 % соответственно.[7]

В Казахстане на долю тепловых электростанций приходится 88 % вырабатываемой электрической и тепловой энергии. Остальные 9 % - это гидроэлектростанции и 3% - это возобновляемые источники энергии (ветро и солнечные станции). Угольные электростанции Казахстана имеют долю в 74 %, Электростанции на природном газе - 11 % и на жидком топливе (мазут, дизельное топливо) - 4%. Суммарно по Казахстану действует 69 тепловых электростанций: 8 национальных и 61 частная.

Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов — газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Австралии, Мексике.

По прогнозу Европейской ассоциации по производству электроэнергии и тепла (VGB Power Tech. E.V.) производство энергии до 2030 года будет ежегодно расти на 1,3 % для ЕС и 2,5 % для остальных стран[8], потребность в электроэнергии в странах ЕС увеличится с 3,0 ТВт в 2002 г. до 4,4 ТВт в 2020 г.[9]

Автоматизация и автоматизированное управление в теплоэнергетике

Важнейшим признаком энергетической системы, отличающей ее от других крупных промышленных и производственных объединений, является одновременность процессов производства, распределения и потребления электрической энергии, обусловленная невозможностью складирования готовой продукции и недопустимостью небаланса между суммарными мощностями, генерируемыми электростанциями и потребляемыми в энергетической системе. Изменение количества генерируемой мощности неизбежно ведет к изменению ее потребления. Этот процесс, как правило, сопровождается изменением параметров режима работы энергетической системы: напряжений, токов, частоты сети и др.

Энергетическая система в целом относится к так называемым большим системам, поскольку она состоит из взаимодействующих друг с другом подсистем.[10]

Быстрое развитие автоматизации в теплоэнергетики выявило ряд проблем управления. Таковыми являются:

  1. Большая инерционность динамических характеристик тепловых и материальных процессов.
  2. Большая степень неопределённости характеристик объекта управления.
  3. Непостоянство во времени характеристик объекта управления, что требует дополнительного времени на подстройку системы управления во время работы.[11]

Теплоэнергетика как наука

В современном российском образовании существует такое направление подготовки бакалавров как 13.03.01: "Теплоэнергетика и теплотехника", которой обучаются будущие инженеры-теплоэнергетики для работы в котельных, на ТЭС, ТЭЦ и других аналогичных объектах, где есть теплооборудование[12].

В 1944 году была организована кафедра теплотехники и теплоэнергетики в Северо-западном государственном техническом институте[13]

В 1946 году в Московском энергетическом институте в результате переименования Теплотехнического факультета появился Теплоэнергетический факультет (ТЭФ).

В 1954 году выходит первый номер журнала Теплоэнергетика, английский аналог которого звучит как Thermal Engineering.

В 1956 году в Куйбышевском индустриальном институте появляется Теплоэнергетический факультет (ТЭФ)[14]. В том же году и с тем же названием учреждается факультет в Томском политехническом институте[15].

В 1964 году в Уральском политехническом институте организован Теплоэнергетический факультет[16]

В 1971 году в Казанском филиале МЭУ появился Теплоэнергетический факультет[17], в том же году в Иркутском технологическом университете из кафедры теплотехники выделилась кафедра теплоэнергетики[18].

Примечания

  1. ↑ Теплоэнергетика // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  2. ↑ Чухин И.М.Техническая термодинамика Архивная копия от 14 февраля 2023 на Wayback Machine. Иваново, 2006.
  3. ↑ Основные понятия в теплоэнергетике Архивная копия от 28 мая 2022 на Wayback Machine // Развитие теплоэнергетики и гидроэнергетики
  4. ↑ Данные за 2011 год.
  5. ↑ World Energy Perspective Cost of Energy Technologies (англ.). ISBN: 978 0 94612 130 4 11. WORLD ENERGY COUNCIL, Bloomberg (2013). Дата обращения: 29 июля 2015. Архивировано из оригинала 1 мая 2015 года.
  6. ↑ World Energy Perspective (англ.) 5. Мировой энергетический совет (2013). Дата обращения: 20 октября 2019. Архивировано 20 октября 2019 года.
  7. ↑ Russia’s energy: electric power sector. Дата обращения: 29 июля 2015. Архивировано из оригинала 16 апреля 2013 года.
  8. ↑ Салихов, 2010, с. 406.
  9. ↑ Салихов, 2010, с. 409.
  10. ↑ Плетнев Г. П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций: Учеб. пособие. — М.: Энергоиздат, 1981 . — с. 14-15
  11. ↑ А. В. Андрюшин, В. Р. Сабанин, Н. И. Смирнов.Управление и инноватика в теплоэнергетике. — М: МЭИ, 2011. — С. 15. — 392 с. — ISBN 978-5-38300539-2.
  12. ↑ ПРОФЕССИОГРАММА «13.03.01 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА» (КАФЕДРА ТОТ). Дата обращения: 14 февраля 2023. Архивировано 14 февраля 2023 года.
  13. ↑ Кафедра теплотехники и теплоэнергетики. Дата обращения: 14 февраля 2023. Архивировано 14 февраля 2023 года.
  14. ↑ Теплоэнергетический факультет. Дата обращения: 14 февраля 2023. Архивировано 14 февраля 2023 года.
  15. ↑ Теплоэнергетический факультет. Дата обращения: 14 февраля 2023. Архивировано 14 февраля 2023 года.
  16. ↑ За индустриальные кадры Архивная копия от 14 февраля 2023 на Wayback Machine, 31.12.1981
  17. ↑ Наука в Казанском государственном энергетическом университете. Дата обращения: 14 февраля 2023. Архивировано 14 февраля 2023 года.
  18. ↑ Тепло поколений. Этапы развития кафедры теплотехники. Дата обращения: 13 февраля 2023. Архивировано 13 февраля 2023 года.

Литература

  • Промышленная теплоэнергетика и теплотехника (Сборник). Энергоатомиздат, 1991. ISBN 5-283-00087-7
  • Теплоэнергетика и теплоснабжение (собрание научных трудов). 2002. ISBN 5-89146-306-7
  • Петрущенков В.А. Очерки по истории теплоэнергетики. Часть 1. 2019. ISBN 978-5-907127-36-4
  • Салихов А.А. Актуальные проблемы современной теплоэнергетики. — М.: КОНЦ ЕЭС, 2010. — 456 с. — ISBN 978-5-383-00409-8.