Проблемы производства и использования тепловой энергии

Проблемы производства и

использования тепловой энергии

Теплова́я эне́ргия — форма энергии, связанная с движением атомов, молекул или других частиц. Но это не точный термин, так как теплота, является не видом энергии, а только способом её передачи. Тепловая энергия в основном используется для выработки электричества или с целью теплоснабжения.

Природными источниками тепловой энергии пригодными к использованию являются гейзеры. Подземные воды нагреваются в результате вулканической деятельности и сквозь небольшие скважины вырываются в виде пара. Значение данного источника тепловой энергии крайне незначительно, в связи с труднодостуностью и удаленностью от населенных пунктов.

Варианты использования тепловой энергии:

• Теплоснабжение
• Паровые машины
• Тепловые машины, например Двигатели Стирлинга
• Производство электроэнергии

Существует несколько способов производства теплоты для теплоснабжения:

• сжигание углеводородного топлива в котельных
• сжигание углеводородного топлива в тепловых машинах для производства механической работы и электроэнергии, и затем использование отводимой теплоты для теплоснабжения и горячего водоснабжения;
• получение тепловой энергии в электрических нагревателях.

Изобретение и развитие

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из сопел, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таки ад-Дином Мухаммедом . Паровой поток в ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.[pic 1]

В конце 17-го столетия были созданы паровые двигатели как единичные курьёзы. Изобретателем парового котла считается Дени Папен, именно он предложил для автоматизации цикла производить пар  отдельно в котле, что положило путь к паровому двигателю Ньюкомена. Так же Папеном был изобретен предохранительный клапан.

Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Севери в 1698 году.

Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах.

Преимущества паровых машин

Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей.