ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.
Произведенная на крупных

источниках энергия должна быть доставлена потребителям.
Основные виды потребляемой энергии:
электроэнергия;
теплота.
Качество электроэнергии, кроме силы потребляемой тока и подведенного напряжения, характеризуется еще двумя важными параметрами: частота (должна быть 50 герц, отклонения даже на 0.1 Гц ухудшает работу многих приборов и аппаратов) и cosφ- косинус угла между векторами напряжения и силы тока: этот параметр называется еще коэффициентом мощности, т.к. он равен отношению активной мощности к полной. Таким образом, для контроля электроэнергии, отпускаемой потребителю, необходимо иметь следующие приборы: амперметр, вольтметр, частотомер, измеритель cos ф, электросчетчик.

- электроустановка для передачи электрической энергии на расстояние, состоящая из

проводников тока и вспомогательных устройств. ЛЭП является одним из основных звеньев электрических систем и вместе с электрическими подстанциями образуют электрические сети.
Выбор номинального напряжения ЛЭП определяется передаваемой мощностью и расстоянием; различают ЛЭП низкого (до 1кВ), среднего (3...35 кВ), высокого (110...220 кВ), сверхвысокого (330... 1000 кВ) и ультравысокого (более 1000 кВ) напряжения. Повсеместно используются главным образом трехфазные ЛЭП переменного тока.

сети энергосистемы Украины

Электроэнергия - чистый и дорогой продукт, транспортировка которого отработана достаточно

совершенно; потери электроэнергии на ЛЭП сопоставлены с затратами, уменьшающие их. Потери активной и реактивной энергии на ЛЭП переменного тока составляют порядка 10%, постоянного тока - несколько меньше, и уменьшение потерь связано с перерасходом дорогих материалов и установкой сложного оборудования.
Потребление энергии подразумевает преобразование у потребителя получение энергии в форму, требующуюся потребителю, или для создания определенных условий, продукта, действия (механическая энергия, химические преобразования, температурной уровень и т.д.). Электрическая энергия потребляется практически в момент ее выработки.

Электрическая энергия потребляется практически в момент ее выработки. Основные потребители

электродвигатели, нагреватели, аппараты химического производства, осветители. Чаще используется переменный трехфазный ток. При заданном напряжении для получения одной и той же мощности требуется тем большая сила тока, чем меньше cos φ ( угол между векторами тока и напряжения).
Увеличение силы тока приводит к потерям энергии на нагрев в соединяющих электрогенераторы и приемники линиях электропередачи и к дополнительной нагрузке генераторов, т.е. перерасход топлива на ТЭС. Поэтому используются специальные устройства между генераторами и приемниками - так называемые синхронные компенсаторы (это батареи конденсаторов или вращающаяся электромашина) - для компенсации сдвига фаз и увеличения соsφ до 1. Для предприятий, потребляющих электроэнергию, соsφ должен быть больше чем 0,9.

Если используется двигатель, установленная мощность которого больше требуемой, cosφ

уменьшается, т.к. бесполезно "прокачивается" по обмоткам двигателя реактивная мощность, идущая на перемагничивание обмоток, не производящая механической работы (на что тратится активная мощность). Поэтому правильный подбор электродвигателей, особенно по мощности - важный фактор энергосбережения. При использовании электроэнергии для нагрева и ведения химических процессов следует уменьшать непроизвольные тепловые потоки и образования разного вида отходов.

б) векторная диаграмма

а) схема включения

Потери энергии при транспортировке тепла.
Потребление энергии подразумевает

преобразование у потребителя получение энергии в форму, требующуюся потребителю, или для создания определенных условий, продукта, действия (механическая энергия, химические преобразования, температурной уровень и т.д.).
Качество тепловой энергии должно быть таким, чтобы у потребителя при потреблении ее реализовались требуемые условия:
при отоплении - необходимая температура нагревательных приборов;
вентиляции - температура воздуха,
на паровых машинах - требуется механическая мощность,
в технологических процессах - производство соответствующей продукции (например, количество и качество бетонных или керамических изделий).

иметь показания по следующим параметрам:
температура теплоносителя (обычно воды или

пара);
давление (особенно пара);
расход теплоты и общее количество теплоты.
Работоспособность (эксергия) характеризуется превышением температуры теплоносителя над температурой окружающей среды; для ее определения нужно знать исходные и конечные величины энтальпии и энтропии, которые определяются по температуре и давлению. Тепловая энергия от теплоносителя передается потребителю через теплообменник, его эффективность тем выше чем больше исходная температура. Однако при теплообмене работоспособность теряется. Поэтому необходимо оптимум, выражающийся в максимальном суммарном эффекте. Такой оптимум в настоящее время практически не определяется, и это одно из направлений энергосбережения при производстве и потреблении теплоты. Температура измеряется различными термометрами, давление - манометрами. Основной прибор для теплоснабжения - тепломер (счетчик тепловой энергии).

основан на измерении объема протекающего теплоносителя и разности температур.
Следовательно,

расход теплоты равен произведению расхода теплоносителя, его теплоемкости, разности температур теплоносителя на входе и выходе у потребителя. Поэтому тепломер представляет собой расходомер воды (пара), в котором учитывается указанная разность температур. Конструкции тепломера различны. Обычно приборы учета потребления теплоты потребителем находятся в тепловых пунктах, их обслуживает жилищно-коммунальная служба.
Необходимо также учитывать расход топлива. Если расход газа и нефти определяется достаточно точно известными типами расходомеров, то данные по расходу твердого топлива (уголь, торф, дрова) менее точны.

Тепловая энергия с точки зрения потерь при транспорте намного сложнее.

Основное количество теплоты транспортируется в холодное время года, т.е. при значительной разности температур теплоносителя и окружающей среды; эта разность обуславливает величину потерь. Коэффициент теплоотдачи от элементов теплопередающей системы в окружающую среду даже нормативный, проектируемый составляет существенную величину:
от 8 до 35 Вт/(м2к), в условиях эксплуатации он может быть еще выше.
Если путь теплоносителя к потребителю несколько километров, доля потерь теплоты по отношению к исходному ее количеству может составлять 20.. .60%.
Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от ТЭЦ или котельных к потребителям по специальным трубопроводам, которые называются тепловой сетью.
Тепловая энергия распределяется при помощи водных тепловых сетей:
Прямой ток: давление 4... 10 атм., температура 90.. .200 "С;
Обратный ток: давление 2.. .4 атм., температура 70 "С;

Тепловые сети: магистральные (по главным направлениям населенного пункта), распределительные (внутри

кварталов), ответвления (подвод к домам), - делятся на водяные (прямая и обратная трубы) и паровые (паропровод и конденсатопровод), используются стальные трубы от 20 до 600 мм диаметром, покрытые теплоизоляцией.
Эти трубы находятся в проходных каналах (одновременно с другими инженерными коммуникациями), в непроходных каналах (обычно коробчатой конструкции из бетонных блоков), или в виде без канальной прокладки. Чем длиннее трубы (больше радиус действия тепловых сетей), тем больше энергии на прокачку теплоносителя, больше тепловой потери. Поэтому радиус ограничен 10 км. Для последующих потребителей требуется уже другой источник теплоты.

По ходу теплоносителя устраиваются специальные камеры, колодцы (задвижки, вентили,

манометры), компенсаторы ("П" - образные, линзовые, сальниковые), стойки, фиксаторы и т.д., увеличивающие теплопотери. Особенно велики теплопотери при открытой прокладке труб (так называемые "воздушные" тепловые сети), требуется большие расходы на теплоизоляцию. Плохая эксплуатация (открытые люки, поврежденная изоляция, влажность, сквозняки и т.д.) увеличивает теплопотери.
Вода нагревается в водогрейном котле ТЭЦ или котельной (или в специальных подогревателях) и насосом подается в тепловую сеть города. Неплотности по трассе, в сальниках насосов ведут к утечкам горячей воды. Температура горячей воды из централизованного теплоисточника колеблется от 90 до 100°С. От теплоносителя вода возвращается с расчетной температурой 70°С. При меньшей обратной температуре: а) необходимы большие размеры нагревательных приборов у потребителей; б) корродируют трубы котлов из-за конденсации водяных паров из продуктов сгорания.
Пар образуется в парогенераторах и с давлением 1,5...2 атм поступает в паровую тепловую сеть; в нагревательных приборах потребителя он конденсируется, остывает и возвращается на ТЭЦ или котельную.

тепла к тепловой сети (ввод), называется тепловым пунктом, они подразделяются

на
индивидуальные - ИТП (для присоединения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения одного здания);
центральные - ЦТП (два и более здания).
В тепловых пунктах устанавливается оборудование для преобразования вида теплоносителя или его параметров, контроля параметров, регулирования расхода теплоносителя и его распределения, защиты от аварийного повышения параметров, заполнения и подпитки систем, сбора и возврата конденсата, аккумулирования теплоты, водоподготовки для горячего водоснабжения. Утечки теплоносителя, плохая теплоизоляция оборудования дают теплопотери.
Основная часть тепловой энергии идет на отопление. Отопление - это компенсация тепловых потерь в окружающую среду данного помещения, объекта при условии поддержания в нем заданной температуры. Если температура в помещении больше, чем снаружи, то всегда имеется тепловой поток, называемый теплопотерями. Этот поток никогда не равен нулю (только при равенстве температур), т.е. все тепло, введенное в помещение, в конце концов оказывается в окружающей среде.

(количество тепла в единицу времени) зависит от термического сопротивления наружных

ограждений - стен, окон, потолка, пола и т.д.
Термическое сопротивление — способность тела (его поверхности или какого-либо слоя) препятствовать распространению теплового движения молекул.
Очевидно, увеличивая толщину и переходя на более совершенный теплоизоляционный материал, можно уменьшить теплопотери, уменьшить необходимую мощность системы отопления, уменьшить расход топлива на получения тепловой энергии.
Однако при этом возрастает стоимость сооружения, поэтому термическое сопротивление нормируется.
Нахождение оптимума по минимуму затрат - наиболее правильный путь энергосбережения, но чаще нормы усредняют расчет для разных потребителей. Поэтому с точки зрения энергосбережения желательно для конкретных практических случаев уточнять экономически целесообразные термические сопротивления ограждений.
В системах отопления тепло передается в помещении при помощи нагревательных (отопительных) приборов; обычно это чугунные и стальные радиаторы и конвекторы.

отопление;
водяное отопление;
воздушное отопление;
инфракрасное отопление;
динамическое отопление.
Для повышения эффективности работы отопительных приборов

следует:
не ограждать их декоративными решетками;
не заглублять в ниши;
использовать темную окраску;
при большом количестве секций делить на несколько батарей;
не располагать их высоко;
при установке на наружных стенах применять теплоизоляцию со стороны стены;
иметь отключающий и регулирующий вентиль;
следить за чистотой межреберного пространства в конвекторах.

отопления можно разделить:
По типу источника нагрева
газовые,
геотермальные,
дровяные,
мазутные,

солнечные,
угольные,
торфяные,
пеллетные,
электрические (кабельная) и пр..
По типу теплоносителя
водяные,
воздушные,
паровые,
комбинированные;
По типу применяемых приборов
лучистые,
конвективно-лучистые,
конвективные;

По виду циркуляции теплоносителя
естественной
искусственной (механической, с использованием насосов).
По радиусу действия
местные
центральные.
По режиму работы
постоянно работающие на протяжении отопительного периода;
периодические (в том числе и аккумуляционные) системы отопления.
По гидравлическим режимам
постоянным;
изменяемым режимом.
По ходу движения теплоносителя в магистральных трубопроводах
тупиковые
попутные.
Для водяного отопления
По способу разводки
с верхней, нижней, комбинированной, горизонтальной, вертикальной;
По способу присоединения приборов
однотрубные,
двухтрубные,
трёхтрубные,
четырёхтрубные,
комбинированные;

из ключевых проблем теплоснабжения является снижение теплоотдачи отопительных приборов и

теплообменных аппаратов из-за накопления окислов и солей металлов.
В результате:
Суммарные потери тепловой энергии в системе составляют до 30 %
Растут потери тепловой энергии и теплоносителя
Растут затраты электрической энергии на циркуляцию теплоносителя
Снижается КПД источника тепловой энергии из-за повышения температуры обратной воды
Сокращается нормативный срок эксплуатации внутридомовых тепловых сетей и оборудования с 30 до 10 лет
Основные требование к любой отопительной системе — надежность, долговечность, эффективность, экономичность. Новые, только смонтированные и испытанные системы централизованного и индивидуального отопления работают без сбоев в соответствии с проектной мощностью. По прошествии некоторого времени наблюдается недостаточная теплоотдача, увеличивается расход топлива и электроэнергии. Практика показывает, что трубопроводы систем отопления в зданиях, где не проводятся профилактические работы более 10 лет, на 40-50 % забиты окислами и солями металлов. Накипь создает термическое сопротивление теплоносителю, что ведет к снижению теплоотдачи, а это, в свою очередь, приводит к ухудшению комфортных условий для проживания жильцов. Поскольку теплопроводность накипи в 40 раз ниже теплопроводности металла в системах отопления, отложения толщиной всего 1 мм снижают теплоотдачу на 15 %. Если процесс не остановить вовремя, произойдет выход из строя теплообменников, трубопроводов, отопительных приборов.

методов, связанных с профилактическими работами по поддержанию теплового оборудования в

рабочем состоянии применяются:
механическая очистка
химическая промывка
гидравлическая промывка
Данные методы имеют достаточно низкий КПД и значительные ограничения по применению. Главное ограничение по применению состоит в том, что методы можно использовать только в межсезонный период, когда теплоноситель не подается в теплоцентрали. В среднем этот период длится всего 3-5 месяцев. Помимо усовершенствования метода промывки внутридомовых тепловых сетей и теплообменного оборудования большое значение имеет реагент, которым промывается объект. В настоящее время шлам удаляется при помощи химической промывки с использованием кислотных и щелочных реагентов. Помимо экологической опасности данные реагенты негативно влияют на трубы, так как вступают в реакцию с металлом, что приводит к его разрушению.

Всё потребление энергоресурсов принято делить на четыре группы:
промышленность,
энергетика,

транспорт,
коммунально-бытовое.
Существуют потребители, расходующие теплоту круглый год, например, горячее водоснабжение, но неравномерно (в течение суток, недели, месяца и т.д.).
Некоторые потребители расходуют теплоту в течение всех дней недели, другие потребляют ее на технологические нужды лишь в рабочие дни, а в субботу и воскресенье оставляют работающими только системы отопления.
Неравномерное потребление теплоты в течение суток характерно для предприятий с одно- двухсменным режимом работы. Потребление тепловой и электрической энергии сильно дифференцировано по отраслям народного хозяйства.

зависимости от температуры наружного воздуха
Qo- расход тепловой энергии на отопление
Qv

- расход тепловой энергии на вентиляцию
Qгвс - расход тепловой энергии на горячее
водоснабжение.

График теплопотребления в зависимости от продолжительности стояния температур наружного воздуха

по месяцам

в зависимости от наружной температуры