Составитель А.С.Енин

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Тематика лекций 3

2. Практические занятия 5

Приложение 12

Библиографический список 16

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Методические указания к практическим занятиям для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 140.211

Составитель А.С.Енин

Редактор

Технический редактор

Тверь. Типография ТГТУ

© Тверской государственный

технический университет, 2011

ВВЕДЕНИЕ

Изучение настоящего курса имеет целью получение и закрепление студентами знаний о процессах производства и потребления электрической и тепловой энергии, взаимной связи и объективных закономерностях этих процессов, о различных типах электростанций, их характеристиках, условиях совместной работы и комплексного использования.

На основании этого формируется обобщённое представление о единстве энергетической системы как части промышленности и экономики в целом.

Изучение курса базируется на знаниях по дисциплинам «Теоретические основы электротехники», «Электромеханика», «Физика». Приобретённые знания используются студентами при изучении специальных дисциплин блока «Электроэнергетика»: темы 1, 2, 3 в дисциплине «Производство электрической энергии», темы 4, 5 в дисциплинах «Передача и распределение электрической энергии», «Электроснабжение».

Настоящие методические указания содержат четыре основных раздела. В первом приводится тематика лекций, соответствующая утверждённой программе курса, что позволяет студентам всех форм обучения лучше организовать самостоятельную работу и успешно освоить теоретический материал. Второй раздел содержит методические указания по практическим занятиям. Студенты дневного отделения решают типовые задачи во время аудиторных занятий, а студенты-заочники используют рассмотренные примеры для выполнения контрольных заданий. Необходимые пояснения даны по тексту. В третьем разделе приведены методические указания к выполнению лабораторных работ. Помимо содержания самих работ особое внимание уделяется правилам техники безопасности, которые необходимо соблюдать на внеаудиторных занятиях. Четвёртый раздел - приложения. В нём содержится справочный материал, достаточный для самостоятельного выполнения контрольных заданий.

1. ТЕМАТИКА ЛЕКЦИЙ

Часть I. «Производство электрической и тепловой энергии»

Введение. Общие сведения о месте и роли энергетики в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и т.д. Краткая историческая справка о развитии энергетики. Понятие о единой энергетической системе. Типы электрических станций.

Тема 1. Тепловые электрические станции (ТЭС).

Типы ТЭС и их схемы. Теоретические основы преобразования энергии в тепловых двигателях. Паровые котлы: назначение, принцип действия, типы, технические характеристики. Энергобаланс и тепловые схемы ТЭС. Перспективы развития ТЭС.

Литература по теме: [1 - 3.2,3.3; 2 - 4.1...4.12, 6....6.5; 5-§66...75; 6;9].

Тема 2. Атомные электрические станции (АЭС).

Типы и схемы АЭС. Ядерные энергоустановки. Типы ядерных реакторов. Энергобаланс АЭС. Перспективы развития атомной энергетики.

Литература по теме: [1-3.9; 2-5.1.. .5.4,6.6; 5-§76 ].

Тема 3. Гидравлические электростанции (ГЭС).

Гидроэнергоресурсы и схемы их использования. Гидро- энергетические уста­новки. Процесс преобразования гидравлической энергии в электричес­кую на различных типах гидроэнергоустановок. Современные проблемы комплексного использования гидроресурсов. Регулирование речного стока. Гидроэнергетика малых ГЭС. Проектирование и эксплуатация гидроэнерго­установок. Перспективы развития гидроэнергетики.

Литература по теме: [1-3.6; 2-9.1...9.7, 10.1.-.10.7; 7].

Тема 4. Возобновляемые источники энергии.

Общие перспективы развития энергетики. Энергетика и экология. Солнеч­ные, ветровые, геотермальные, волновые, приливные энергоустановки. Ис­поль­зование вторичных энергоресурсов. Источники энергопотенциала, типы установок, социально-экологические и экономические аспекты. Нако­пители энергии. Экономия энергии, энергосберегающие технологии.

Литература по теме: [1-3.7,3.8,4.1...4.9], а также периодические издания.

Часть II.«Передача и потребление электрической и тепловой энергии»

Тема 5. Передача электрической энергии.

Воздушные и кабельные линии электропередачи (ЛЭП). Шкала номинальных напряжений. Силовые трансформаторы. Перспективные системы передачи и использования электрической энергии.

Литература по теме: [1-5.1...5.9; 3;4;8]

Тема б. Передача тепловой энергии.

Технические основы передачи тепловой энергии. Виды теплоносителей. Теп­лотрассы, трубопроводы, схемы передачи. Потребители тепловой энергии и их основные характеристики. Перспективы системы передачи и использова­ния тепловой энергии.

Литература по теме: [1-5.1...5.9;2-11.1…11.4;4; 9; 11; 12].

2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

В данном разделе приведены методические указания по решению задач, примеры решения, варианты контрольных заданий.

2.1. Расчёт параметров режима котельного агрегата ТЭЦ.

Решается задача определения коэффициента полезного действия (КПД) парово­го котла и расхода топлива.

(2.1)

(2.2)

где - КПД парового котла, %; -потеря теплоты соответственно с уходящими газами, химическим недожогом, механическим недожогом, на наружное охлаждение, со шлаком, %; -полный расход топлива кг/с; -те­плота, воспринятая рабочей средой в паровом котле, кДж/с; -располагае­мая теплота поступающего в топку топлива, кДж/кг. Если тепло уходящих газов не используется, то

,%, (2.3)

а при разомкнутой системе сушки топлива уходящими газами

,%, (2.4)

где , , - энтальпия соответственно уходящих газов, газов в месте отборов на сушку, холодного воздуха, кДж/кг; - доля отборов газов на сушку; - избыток воздуха в уходящих газах.

Энтальпия газа при температуре Т численно равна количеству теплоты, которое подведено к газу в процессе нагревания его от нуля градусов Кельвина до температуры Т при постоянном давлении.

При разомкнутой системе сушки все данные о топливе относят к подсушенному топливу (сушонке). В этом случае расход сырого топлива при изменении влажности от до составляет

,кг/с, (2.5)

где - расход подсушенного топлива по (2.2), кг/с; , - влажность подсушенного и не подсушенного топлива, %.

При изменении влажности меняется и низшая теплота сгорания топлива - от до :

,кДж/кг. (2.6)

Низшая теплота сгорания соответствует количеству теплоты, выделяемой топливом при полном его сгорании без учёта теплоты, затрачиваемой на образование водяных паров, которые находятся в продуктах сгорания.

Полная располагаемая теплота поступающего в топку топлива

,кДж/кг, (2.7)

где - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; - дополнительная теплота, вносимая в котёл подогретым снаружи воздухом, паровым дутьём и т д., кДж/кг. Для ориентировочных расчётов принимают =0,01…0,02 .

Теплота, воспринимаемая рабочей средой в паровом котле

,кДж/с, (2.8)

где - паропроизводительность котла, кг/с; , - энтальпия перегретого пара и питающей воды, кДж/кг; - теплота, дополнительно воспринимаемая при наличии промежуточного пароперегревателя, продувки водой и т.д., кДж/с. Для ориентировочных расчётов .

, (2.9)

где - доля уноса золы с продуктами сгорания; - энтальпия шлака, кДж/кг, - рабочая зольность топлива, %.

Значения , , , , -приведены в приложении 1.

При твёрдом шлакоудалении можно принять =1,2...1,25; =0,95; =560 кДж/кг.

Кроме того, при температуре воздуха перед котлом 30 °С =233 кДж/кг, а при температуре уходящих газов 120 °С =1256 кДж/кг.

Пример расчёта. Определить КПД и расход топлива для парового котла при следующих условиях: =186 кгс; топливо - сушонка Березовского угля с =13%; разомкнутая система сушки, =0,34; отбираемый на сушку газ имеет =4000 Дж/кг; энтальпия перегретого пара и питательной воды соответственно =3499 кДж/кг, =1086,5 кДж/кг.

Решение:

Предварительно по (2.6) определяется низшая теплота сгорания подсушенного топлива

кДж/кг.

Здесь =33%, =16200кДж/кг- по табл.П.1.1.

Принимая по (2.7) кДж/кг, находим.по (2.4) %.

По табл.П.1.1 и табл.П.1.2 принимаем %, %, % .

С учетом табл. П. 1.1 находим по (2.9) %.

Тогда %.

Для расчёта расхода топлива предварительно по (2.8) находим

кДж/с.

Расход подсушенного топлива по (2.2)

кг/с.

Расход сырого топлива при =33 % по (2.5) составляет

кг/с.

Контрольное задание. Определить кпд котла и расход сырого и подсушенного топлива, Паропроизводительность котла принять по табл. 2.1 в соответствии с последней цифрой номера зачётной книжки. Вид топлива принять по табл. П. 1.1 в соответствии с предпоследней цифрой номера зачётной книжки .

Паропроизводительность котла Таблица 2.1

2.2 Расчёт параметров режима гидравлической турбины

Решается задача нахождения мощности гидротурбины и коэффициента быстроходности.

, (2.10)

, (2.11)

где N - мощность турбины, кВт; - расход воды через турбину, м³/с; - напор, м; - КПД турбины, о.е.; - число оборотов вала турбины, 1/мин; - коэффициент быстроходности.

Мощность, развиваемая турбиной, зависит от расхода воды , напора , определяемого разностью уровней верхнего и нижнего бьефа, и КПД, зависящего от типа и режима работы турбины (см. рис. П.2.1).

Пример расчёта. Определить, как изменяется мощность пропеллерной гидротурбины, работающей с , если при неизменном напоре расход воды уменьшается на 30 %. Решение:

Изменение мощности, обусловленное уменьшением расхода воды, находится по (2.10)

Изменение кпд определяется по рис.П.2.1 при ; ; . Таким образом,

Здесь индекс 1 соответствует исходному, а индекс 2 новому режиму работы гидротурбины.

Пример расчёта. Определить коэффициент быстроходности турбины при , ,

Решение:

В соответствии с (2.11)

=1,17 750 /82 =450 1/мин

Контрольное задание. Определить, как изменится мощность гидротурбины при исходных данных, указанных в табл. 2.2,

Исходные данные Таблица 2.2

Номер варианта соответствует последней цифре номера зачётной книжки.

Тип турбины: РО - радиально-осевая; ПЛ - поворотно-лопастная; К - ковшовая; П - пропеллерная.

2.3. Расчёт параметров режима линии электропередачи

Решается задача определения потерь активной мощности в ЛЭП, упрощённая схема которой приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема электрической сети

Для трёхфазной ЛЭП

(2.12) (2.13)

где - потери активной мощности, ; - сила тока, ; - активное сопротивление в омах проводов ЛЭП длиной ; - удельное сопротивление провода ЛЭП, ; - полная мощность нагрузки, ; - напряжение ЛЭП, .

Для ЛЭП напряжением выше 1 сечение провода предварительно определяется но формуле

(2.14)

где - экономическая плотность тока, справочная величина, .

Полученное значение округляется до ближайшего стандартного (см.табл.П.3.1.).При этом для ЛЭП напряжением 110 сечение проводника должно быть не менее 70 , а для ЛЭП 220 - не менее 240 .

Пример расчёта. Определить предельное расстояние передачи электроэнергии от источника потребителю, если максимально допустимая потеря активной мощности в ЛЭП численно равна 10 % от .

Исходные данные: =10,5 ; =2,6 ; =1,4 .

Решение:

Для схемы рис. 2.1 по (2.13; 2.14)

По табл. П.3.1 принимаем , .

Используя (2.12)

откуда

Контрольное задание. Для линии рис.2.1 сравнить потери активной мощности при различных напряжениях .Исходные данные приведены в табл. 2.3.

Номер варианта соответствует последней цифре номера зачётной книжки.

Исходные данные Таблица 2.3

Параметр	Вариант
	10,5	10,5	10,5	37,5	37,5	37,5
	37,5	37,5	37,5
			7,5		12,5
	1,4	1,3	1,3	1,4	1,4	1,4	1,3	1,3	1,3	1,2

2.4. Расчёт элементов теплофикационной системы

Решается задача определения числа секций приборов водяной системы отопления жилого или производственного помещения.

(2.15)

(2.16)

, (2.17)

(2.18)

(2.19)

где - число секций чугунных по (2.15) или стальных по (2.16) радиаторов или конверторов с кожухом; - площадь поверхности отопительного прибора, отапливаемого помещения и поверхности нагрева одной секции соответственно, м²; - удельная плотность отапливаемого теплового потока по табл. П.4.1 , Вт/м²; - расчётная и номинальная по табл. П.4.3 плотность теплового потока прибора, Вт/м²; – расход теплоносителя через прибор по табл. П.4.4 , кг/с; - температурный напор, равный разности полусуммы температур теплоносителя на входе и выходе отопительного прибора и температуры воздуха помещения, °С; - теплопотребность помещения и теплоотдача стояков и подводок, к которым подключён отопительный прибор, Вт; - вспомогательные коэффициенты, принимаемые по табл. П.4.2, П.4.3, П.4.4, П.4.5 и рис.П.4.1.

Пример расчёта. Определить число двухрядных стальных радиаторов типа 2РСВ1-4, необходимых для отопления жилого помещения при следующих условиях: =96 м² ; помещение угловое на третьем этаже девятиэтажного дома 1990 года постройки; расчётная температура наружного воздуха -25 °С.

Решение:

Для стальных радиаторов число секций определяется по (2.16). Предварительно по (2.17... 2.19) с использованием данных Приложения 4 находим

=1,5*96*81=11664 Вт, а также

=712*(35/70)^1+0,25*(0,2/0,1)^0,04*0,97=256,5 Вт.

Здесь принято =35 °С, что соответствует среднему значению для водяных систем отопления.

=(11664-0)* 1,07* 1,1/256,5=53,5 м²,

где β₁=1,07 и β₂=1,1 –принимаются по Приложению 4, =0, т.к. предполагается

=53,5/2,88=18,6.

Таким образом, принимается 19 секций типа 2РСВ1-4, которые устанавливаются у оконных проёмов.

Контрольное задание. Для помещения, в котором вы проживаете или работаете, определить число радиаторов, необходимых для отопления. Тип отопительного прибора принять по таблице П.4.3 в соответствии с последней цифрой номера зачётной книжки.

Примечание. В таблице П.4.1 в числителе указаны значения без учёта проведения энергосберегающих мероприятий, а в знаменателе - с учётом таких мероприятий (например, утепление дверных проемов, заклейка окон в зимний период и др.).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Справочные данные к расчёту параметров режима котельного агрегата ТЭЦ

Расчётные характеристики топлива Таблица П. 1.1

№ вар.	Местонахождение	, %	, %	,	, %	, %
	Нерюнгринское		19,8	22,5	0,5	0,6
	Назаровское		7,3			0,3
	Берёзовское		4,7	16,2		0,2
	Ангренское	34,5	14,4	13,4		0,4
	Челябинское		32,4	13,4	0,6	0,7
	Воркутинское	5,5	28,4		0,5	0,7
	Подмосковное		28,6	9,3	0,8	0,1
	Экибастузское	6,5	36,9	17,4	0,4
	Кузнецкое-Г		23,8		0,6	0,8
	Кузнецкое-СС		18,2	23,6	0,6	0,8

Потери на наружное охлаждение Таблица П. 1.2

Паропроизводительность котла, , кг/с
Потери теплоты, ,%	0,8	0,65	0,45	0,35	0,28	0,2

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Справочные данные к расчёту параметров режима гидравлической турбины

Рис. П.2.1. Коэффициент полезного действия гидротурбины

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Справочные данные к расчёту параметров режима линии электропередачи

Данные сталеалюминевых проводов Таблица П. 3.1

F, мм2
, Ом/км	3,1	2,1	1,4	0,9	0,65	0,45	0,33	0,27	0,21	0,18	0,13
,А

Примечание. - длительно допустимый ток для данного сечения провода.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Справочные данные к расчёту элементов теплофикационной системы

Укрупнённые показатели максимального теплового потока на отопление жилых зданий, , Вт/м² Таблица П. 4.1

Этаж-ность	Период постройки	Расчётная температура наружного воздуха,
-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35
1-2	1960- 1985г.	148	154	160	205	213	230	234
3-4	То же	95	102	109	117	126	134	150
5 и более	То же	65	70	77	79	86	88	102
1-2	После 1985г.
3-4	То же
5 и более	То же

Поправочный коэффициент к значениям Таблица П. 4.2

Рисунок П.4.1. Способы установки отопительных приборов

Основные технические данные некоторых отопительных приборов Таблица П. 4.3

№ вар.	Отопительный прибор	, м2	, Вт/м2	, кг/с
	Радиатор чугунный МС-140-98	0,18		0,15	0,3
	Радиатор чугунный МС-90	0,2		0,2	0,3	0,01	0,996
	Радиатор стальной однорядный РСВ 1 -1	0,71		0,01	0,25	0,12	1,113
	Радиатор стальной однорядный РСВ 1 - 5	1,68		0,2	0,25	0,04	0,97
	Радиатор стальной однорядный РСГ 2-1-2	0,54		0,08	0,3	0,025
	Радиатор стальной однорядный РСГ 2 -1 - 9	2,17		0,2	0,25
	Радиатор стальной двухрядный 2 РСВ 1 - 1	1,42		0,03	0,15	0,08	1,092
	Радиатор стальной двухрядный 2 РСВ 1 - 5	3,36		0,2	0,15
	Конвертор «Универсал» с кожухом КН20-0,4	0,95		0,02	0,3	0,18
	Конвертор «Универсал» с кожухом КН20 -1,966	5,5		0,2	0,3	0,07

Вспомогательный коэффициент Таблица П.4.4

Вспомогательные коэффициенты Таблица П.4.5

Число секций в одном радиаторе
До 15		1,02...1,113
16...20	0,98
21...25	0,96
Более 25	0,92+0,16/F

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Веников В.А., Путятин Е.В, Введение в специальность. -М., 1986.

2. Волков Э.П. Энергетические установки электростанций. - М.: Энерго­атомиздат, 1983.

3. Григорьева В.И., Киреева Э.А., Миронов В.А., Чохонелидзе А.Н.

Электроснабжение и электрооборудование цехов. – М.: Энергоатом,

2003.

3. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. - М.: Энергоатомиздат, 1999.

4. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция.-М.:Стройиздат,1991.

6. Безгрешнов А.Н. Расчёт паровых котлов в примерах и задачах -М.: Энергоатомиздат, 1991.

7. Некрасов Б.Б. Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу.- М.: Высшая школа, 1993.

8. Правила устройства электроустановок. 7-е издание с дополнениями -

М: 2008.

9. Трояновский Б.М. Паровые и газовые турбины. - М.: Энергоатомизда­т, 1993.

10. Дедягин Г.Н.Теплогенерирующие установки. -М.: Стройиздат, 1995.