ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦИКЛА КАРНО
Механическая и электрическая энергия относятся к так называ - ч «благородным» формам энергии, с которыми не ассоциируется такое попе. как энтропия. Следовательно, имеется теоретическая возможность пре - ювывать одну форму такой энергии в другую без потерь. Другими словами, і этом преобразовании не происходит выделения теплоты. Современные пре - юватели (электрогенераторы) имеют КПД более 99 %.
Тепловые двигатели обеспечивают преобразование тепловой энергии в бо - «благородную» форму энергии — механическую или электрическую. А этот _есс невозможно осуществить без частичного отвода тепла (за исключением гетических двигателей, в которых темпераіура холодильника равна 0 К), ч образом, теоретически эффективность тепловых двигателей должна быть ше единицы.
На рис. 3.3 показан цикл работы теплового двигателя. К двигателю подво - я теплота Qm, которая частично преобразуется в полезную работу W, а ос-
тавшаяся тепловая энергия (?out отводится из двигателя. Эффективность такого двигателя определяется как отношение полезной работы к подводимой тепловой энергии:
|
(3) |
W „Qn-Qom От 0і„
Энтропия системы должна возрасти или в идеальном случае остаться неизменной. Наибольшая эффективность процесса (эффективность цикла Карно) будет иметь место тогда, когда энтропия на выходе Qout /Тс будет равна энтропии на входе Q-m/ Тн. Соответственно
|
(4) |
|
(5) |
бг п _ Go,
Q =—Q
*K)Ut m
|
(6) |
|
N. |
|
Camot |
|
Ти-Тс |
Ін
Таким образом, эффективность цикла Карно зависит только от минимальной и максимальной темпераіурьі, в диапазоне которых работает тепловой двигатель.
* W
Рис. 3.3. Цикл работы теплового двигателя
При стационарных условиях
Q = біту - W _ Qjn _ I _ j_ _ І /уч
ut W W г)
Уменьшение коэффициента полезного действия двигателя т] ведет к росту отношения в выражении (7). КПД современных паротурбинных энергоустановок, работающих на ископаемом углеводородном топливе, достигает 40 %. То есть при получении 1 Дж полезной энергии «выбрасывается» 1,5 Дж тепловой энергии. КПД традиционных атомных электростанций ниже 28 %, что связано с ограничением по температуре Тн - При такой эффективности
сбросное тепло в 2,6 раза превышает вырабатываемую энергию. В результате градирни атомных электростанций, с помощью которых сбросное тепло отводится в окружающую среду, имеют гораздо большие размеры, чем у обычных тепловых электростанций.
У автомобильных двигателей еще меньше КПД (г| = 0,2) и, следовательно, эольшс количество сбросной теплоты, что для некоторых типов двигателей создает серьезные технические проблемы. Следует отметить, что двигатели Отто и дизельные двигатели не требуют использования специального теплообменного оборудования для отвода тепла (тепло сбрасывается с продуктами сгорания), а имеющийся в автомобиле радиатор обеспечивает лишь охлаждение самого двигателя.
