Энергия в технике


Без использования энергии невозможна жизнь общества. Энергия приводит в движение станки и инструменты, локомотивы и самолеты, тракторы и автомобили, океанские суда и поезда метро. В год во всем мире потребляется свыше 30 тыс. млрд. квт-ч энергии. Из каких же источников черпается такое огромное ее количество?

До нашего времени основным источником энергии, используемой в технике, было Солнце. Ежегодно солнечные лучи приносят на Землю 620 млн. млрд. квт-ч энергии. Земля поглощает ее разными способами. Нагревается почва и вода морей и океанов, создается круговорот воды и движение воздуха, растут леса. Усвоенная органическими соединениями энергия солнечного излучения тысячелетиями накапливается в подземных кладовых Земли в виде ископаемого топлива: угля, сланцев, нефти, газа.

Источники энергии естественно разделить на восполняемые — непосредственное тепловое излучение Солнца, движение воды и ветра, древесное топливо и невосполняемые — каменный и бурый уголь, торф, нефть, - сланцы, горючий газ. Кроме того, есть еще такие источники, как энергия приливов и внутреннее тепло Земли.

Нужно учесть не только количество, но и качество энергии, отличающее одни источники от других. Основные качественные признаки— это удобство использования источников энергии и емкость ее носителя, т. е. количество энергии, заключающееся в единице веса содержащего энергию вещества — воздуха, воды, топлива.

Например, энергия воды удобнее энергии ветра, потому что давление воды на единицу поверхности рабочего органа (крыла или лопатки) больше давления воздуха, а колебание количества энергии в водяных потоках меньше, чем в воздушных. Поэтому водяные установки работают равномернее ветровых и имеют значительно меньшие размеры при равной мощности.

Велика энергоемкость горючего. В каждом килограмме топлива заключено несколько миллионов килограммометров энергии. Один килограмм бензина — это приблизительно 5 млн. кГм энергии. Такая энергоемкость позволяет самолету лететь без посадки тысячи километров. А в килограмме воды в водоеме, поднятом плотиной на 30-40 м, содержится только несколько десятков килограммометров энергии. Поэтому поток воды нельзя использовать в подвижных устройствах для получения первичной энергии: вода «прикована» к реке.

Из-за небольшой энергоемкости такие источники энергии, как непосредственное излучение Солнца, теплота океанов, приливы, несмотря на их большие и постоянно восполняемые запасы, почти не применяются в современной энергетике. Они требуют громадных и дорогостоящих устройств. Основным источником энергии служит энергоемкое топливо. Вот, к примеру, энергетический баланс мира в 1952 г.

Из 29 000 млрд. квт-ч, заимствованных от природных источников, 28 300 млрд. квт-ч, или 97,6%, приходится на долю горючего (угля, нефти, газа) и растительного топлива. Всего только 400 млрд. квт-ч, или 1,4%, получено от водяных потоков. 300 млрд. квт-ч, или 1 %, падает на энергию человека и животных.

Остальные источники — солнечное излучение, ветер, подземное тепло и пр.— составляют небольшие доли процента и даже не внесены в диаграмму баланса.

Как распределяется энергия.
Как распределяется энергия.

Куда и как используется заимствованная у природы энергия?

Оказывается, больше половины ее, почти 65 %, бесполезно теряется. Это происходит преимущественно за счет утечки тепла у главных его потребителей — в отопительных и пищеварочных печах, на металлургических и химических заводах.

Оставшиеся 35,1 % полезно используются в виде тепла (27,9 %; из них две трети — в промышленности и одна треть в быту) и в виде механической работы (7,2 %) — на привод станков, локомотивов, тракторов, трамваев, лифтов и т. д.

Природная энергия — первичная. За ее счет вырабатывается вторичная энергия — электрическая. Диаграмма баланса показывает, что в 1952 г. 3 % всей полученной от природы энергии превращалось в электрическую (1,696 — на тепловых и 1,4 % — на гидравлических электростанциях). Но неужели процент электрификации так незначителен?

Посмотрим снова на рисунок. Промышленность потребляет на механическую работу 2 % из этих 3 % электрической энергии. Значит, при полной электрификации механической работы в промышленности остается еще 1 %. Эту электроэнергию используют частично на транспорте — для движения поездов, а тепловую энергию в электротермических аппаратах — печах, нагревателях и т. д. Очевидно, что в современной жизни электрическая энергия играет громадную роль. И возможности ее дальнейшего применения на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту огромны.

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ И ЛОШАДИ

Мы говорим, что мощность одной электростанции равна 100 кВт, а другой — 1 млн. кВт.

Каждый киловатт соответствует примерно мощности двух живых лошадей. Работу скольких же лошадей заменяет электростанция мощностью в 1 млн. кВт. Лошадь на полную мощность изо дня в день способна работать в среднем по 8 час. Значит, наша электростанция заменяет не 2 млн., а целых 6 млн. живых лошадей. «Шеренга» из стольких лошадей не поместится вдоль железной дороги, протянувшейся от Ленинграда до Владивостока. А ведь в 1959—1965 гг. у нас будут строиться станции не только в миллион, но и в 3 и даже 5 млн. кВт.