Ener ijas ražošana - rtu.lv · 1.2. tabula Gaidmie kurinm veidu izmantošanas pieaugumi pasaul Kurinm veidi 1990. g 109 toe 2010. g. 109 toe Pieaugums, % Nafta 3,42 4,42 29,2 Deggze

R�gas Tehnisk� universitate

Ener��tikas instit�ts

J.Bark�ns

E n e r � i j a s r a ž o š a n a

Elektrisko t�klu, sist�ma un automatiz�cijas specialit�šu studentiem

R �gas Tehnisk� universi ta te

R�ga - 2001

2

UDK 621.311.16 Inženierzin�t�u Dr.hab., profesors J�kabs Bark�ns Gr�mata var tikt izmantota k� m�c�bu l�dzeklis kursam “Ener��tikas pamati”. To var izmantot elektrisko t�klu, sist�mu un automatiz�cijas specializ�cijas k� ar� citu l�dz�gu profilu studenti kam j�iepaz�stas ar ener�ijas ražošanas tehnolo�ij�m. K� ar� inženieriem, kas str�d� šaur� nozar�. Dots p�rskats par ener��tikas att�st�bu pasaul� un t�s perspekt�v�m. Apskat�ti ener�ijas ražošanas tehnolo�ijas: g�zu, tvaiku, atomu, un elektroener��tik� k� ar� vides aizsardz�bas pas�kumi. Gr�matas uzdevums dot pietiekoši pl�šu p�rskatu specialit�t�. Recenzenti: prof. I.Veidenbergs, prof. L.Paperno

� R�gas Tehnisk� universit�te, 2001.g. ISBN 3-7281-1830-3

3

SATURS Priekšv�rds ..................................................................................................... 5 1. NODA�A. ENER�IJA UN PASAULE........................................... 7

1.1. Ener�ijas pat�ri�š pasaul�. ............................................................. 7 1.2. Kurin�mais. .................................................................................. 23 1.3. Ener�ijas resursi. .......................................................................... 26

2. NODA�A. G�ZU ENER��TIKA ................................................ 32 2.1. G�zu likumi.................................................................................. 32 2.2. G�zu izpl�šan�s darbs. ................................................................. 35 2.3. Termodinamiskie procesi g�z�s. .................................................. 37 2.4. G�zu termodinamiskie procesi. .................................................... 43 2.5. Aizdedzes dzin�ju termodinamiskais cikls. ................................. 44 2.6. D�ze�a dzin�ja termodinamiskais cikls......................................... 46 2.7. Trinklera termodinamiskais cikls................................................. 47 2.8. Iekšdedzes dzin�ji un vide. .......................................................... 49 2.9. Deton�cija. ................................................................................... 51 2.10. Automobi�u n�kotne. ................................................................... 54 2.11. Energosiltuma bloki..................................................................... 57 2.12. G�zes turb�nas. ............................................................................ 58 2.13. Stirlinga dzin�js. .......................................................................... 59

3. NODA�A. TVAIKA ENER��TIKA............................................ 62 3.1. Entalpija. ...................................................................................... 62 3.2. Termodinamiskie procesi hs koordin�t�s.................................... 66 3.3. Ener��tiskie katli.......................................................................... 68 3.4. Tvaika turb�nas............................................................................. 70 3.5. Renkina cikls................................................................................ 71 3.6. Elektrostaciju lietder�bas koeficienta palielin�šanas iesp�jas. ..... 74 3.7. Kombin�tais cikls......................................................................... 77 3.8. Magnetohidrodinamisk� ener�ijas p�rveidošana. ........................ 78 3.9. Siltuma potenci�la transform�cija................................................ 79 3.10. Ekolo�iski t�ras elektrostacijas. ................................................... 89 3.11. D�mg�zu att�r�šana no putek�iem. ............................................... 90 3.12. D�mg�zu att�r�šana no s�ra dioks�da. .......................................... 94 3.13. D�mg�zu att�r�šana no sl�pek�a oks�diem. .................................. 96

4

3.14. Vai ir cer�bas apvald�t klimata izmai�as?.................................... 99 4. NODA�A. ATOMU ELEKTROSTACIJAS .............................. 107

4.1. Ieskats element�rl�di�u fizik�.................................................... 107 4.2. Kurin�mais. ................................................................................ 111 4.3. Siltumneitronu reaktori. ............................................................. 113 4.4. trneitronu reaktori.................................................................... 117

5. NODA�A. HIDROENER��TIKA ............................................. 120 6. NODA�A. ALTERNAT�V� ENER��TIKA ............................ 126

6.1. Saules ener��tika........................................................................ 126 6.2. V�ja ener��tika........................................................................... 131 6.3. Biomasas ener��tika................................................................... 140

7. NODA�A. ELEKTROENER��TIKA ....................................... 145 7.1. Meh�nisk�s ener�ijas p�rveidošana elektrisk� ener�ij�............. 145 7.2. Transformatori............................................................................ 152 7.3. Komut�cijas apar�ti.................................................................... 155 7.4. Elektrisk�s l�nijas un t�kli........................................................... 158 7.5. Elektroener�ijas pat�ri�š. ........................................................... 162 7.6. Autom�tisko regulatoru statisk�s raksturl�knes. ........................ 165 7.7. Akt�v�s jaudas bilance................................................................ 168 7.8. Reakt�v�s jaudas bilance. ........................................................... 171 7.9. P�rvades stabilit�te..................................................................... 175 7.10. Elektrisko iek�rtu aizsardz�ba.................................................... 177 7.11. Energosist�mu vad�šana. ........................................................... 179

8. NODA�A. ENER�IJAS IZMAKSAS UN TARIFI ................... 183 8.1. Izdevumu strukt�ra ener��tik�. .................................................. 183 8.2. Starpsist�mu ener�ijas tarifi. ...................................................... 186 8.3. Elektrisk�s ener�ijas uzskaite. ................................................... 188 8.4. Siltuma uzskaite. ........................................................................ 189 8.5. Ener�ijas tirgus........................................................................... 196 8.6. Cik maks� ener�ija? ................................................................... 200

Literat�ras saraksts..................................................................................... 205

5

Priekšv�rds

Ener��tika, b�dama pašreiz�j� dz�ves veida pamats, ir �oti daudzpus�ga un plaša nozare. Ener��tii parasti nodarbojas ar k�du šauru š�s nozares virzienu. Rezult�t� speci�listiem nav kop�j� priekšstata par ener��tikas probl�m�m. Š�s gr�matas uzdevums ir dot inform�ciju par ener��tiku kopum�. T� dod minim�lu priekšstatu par ener��tikas att�st�bu pasaul�, s�kot ar prim�ro ener�iju – kurin�mo, t� izmantošanas apjomiem un potenci�liem resursiem. Tiek apskat�ti g�zes ener��tikas pamati, g�zu termodinamiskie cikli un daž�du dzin�ju darb�bas principi, kuros siltuma ener�ija tiek p�rv�rsta meh�nisk� ener�ij�. Apskat�ti šo dzin�ju pilnveidošanas virzieni un kurin�m� izmai�as tendences perspekt�v�, iev�rojot ietekmi uz vidi. Liel� ener��tika balst�s uz tvaika iek�rt�m. Noda��, kas ir velt�ta tvaika ener��tikai, ir apskat�ti ener��tisko katlu un tvaika �eneratoru, k� ar� turb�nu darb�bas principi un to lietder�bas koeficienti. Apskat�tas lietder�bas koeficientu palielin�šana, k� ar� g�ztvaika iek�rta izmantošanas iesp�jas ener��tikas k�pin�šanai ar sam�r� nelieliem kapit�lieguld�jumiem. Kurin�m� sadedzin�šana ir saist�ta ar kait�gu iespaidu uz vidi. Š� iespaida samazin�šanai tiek izmantotas att�r�šanas iek�rtas, kas tiek apskat�tas š�s noda�as ietvaros. Kodolener��tika ir svar�ga liel�s ener��tikas sast�vda�a. Ener��tikas speci�listiem ir j�saprot probl�mas, ar kur�m n�kas saskarties šaj� nozar�. Šiem jaut�jumiem ir velt�ta speci�la noda�a. P�d�j� laik� pieaug interese pret alternat�vo ener��tiku, kam ir atjaunojošs raksturs un kas maz�k iespaido vidi. Šis probl�mas apskat�tas hidroener��tikas un cit�s alternat�v�s ener��tikas noda��s. Apskat�ti tehniskie aspekti un šo ener��tikas veidu resursi. Visizplat�t�kais ener�ijas veids ir elektroener��tika. Tai ir velt�ta 7.noda�a. Šeit tiek apskat�ti elektroener��tisko sist�mu elementi un dots priekšstats par akt�v�s un reakt�v�s jaudu bilan�u nodrošin�šanas principiem. Gr�mat� ir minim�li doti mat�m�tiskie apr�ini. Bet to var apg�t ar�, balstoties uz fizik�lo j�gu un lielo z�m�jumu skaitu, kas raksturo katru tehnisko jaut�jumu.

6

Gr�mata atbilst kursam “Ener��tikas pamati” un var tikt izmantota ar� citos kursos, kas tiek las�ti studentiem ener��tikas speci�lit�t�s. Autors izsaka dzi�u pateic�bu E.Stabulniecei par teksta salikšanu, A.Vasi�jevam un S.�eš�enko par att�lu un materi�la kompleksa sagatavošanu ,un redaktorei. L.Paeglei par darba redi��šanu.

7

1. NODA�A. ENER�IJA UN PASAULE

1.1. Ener�ijas pat�ri�š pasaul�.

Cilv�ki tiecas uz t�du dz�ves veidu, k�du var nodrošin�t sasniegtais tehnolo�iskais l�menis. Tiekšanos p�c komforta nosaka da��ji m�ksl�gas vides rad�šanu. Š�das vides rad�šana neizb�gami saist�ta ar ener�ijas pat�ri�u.

Komfortabls dz�ves veids izvirza pras�bas pret dz�ves vides temperat�ru. Ziem�, temperat�rai pazeminoties, t� j�uztur dz�vojam�s telp�s. Silt� klimata josl� gr�ti saglab�t darbasp�ju un labsaj�tu pie augst�m temperat�r�m. Šin� gad�jum� izmanto gaisa kondicion�šanu, ko pan�k ar ener�iju pat�r�još�m tehnolo�isk�m iek�rt�m.

Cilv�ka labsaj�ta un vesel�ba ir atkar�ga ar� no gaisa kvalit�tes. T�tad nedr�kst pie�aut atmosf�ras pies�r�ošanu ar daž�da veida izmešiem. Telp�s padodam� gaisa kvalit�te atkar�ga ar� no t� mitruma pak�pes, kam j�atrodas noteikt�s robež�s. To nodrošin�s ventil�cijas sist�mas.

Cilv�ka akt�vais diennakts cikls piln�gi neatbilst dab�gam gaismas ciklam. Š� neatbilst�ba tiek kompens�ta ar m�ksl�gu apgaismojumu, kas pat�r� ener�iju.

Ener�ija tiek izmantota ar� m�jsaimniec�b� �dienu gatavošanai, �dens apg�d� un cit�m vajadz�b�m.

Viens no svar�g�kajiem dz�ves faktoriem ir nok��šana darb� un no darba vietas uz m�j�m, kas saist�ts ar transporta izmantošanu. Nep�rvarama ir ar� cilv�ka kust�bas br�v�bas tieksme, ko nodrošina person�gais transports. Transports ir viens no liel�kiem ener�ijas pat�r�t�jiem. Pasažieru transporta att�st�bas veidi var b�t �oti daž�di. T�, piem�ram, ASV sabiedriskais transports p�rvad� tikai 6% pasažieru, V�cij� 15%, bet Jap�n� 47%.

Dz�ves komforta nodrošin�šan� arvien liel�ka loma ir inform�cijas tehnikai. Telev�zija un skait�ošanas tehnika k� t�s galven� sast�vda�a ir augst�s tehnolo�ijas produkti. Ar� m�jsaimniec�bas un transporta iek�rtu, t�pat k� visu p�r�jo ražojumu rad�šanai, nepieciešama r�pniec�ba, kas vienlaic�gi ar tirdzniec�bu un pakalpojumu sf�r�m nodrošina darba vietas un ien�kumus, k� ar� nodok�us valst�m, no kurienes tiek smelti l�dzek�i soci�lai sf�rai. Visu šo nozaru funkcion�šana nav iedom�jama bez ener�ijas pat�ri�a.

8

T�tad ener�ijas ražošana cilv�ces dz�ves vajadz�b�m ir neizb�gama.

Prim�r�s ener�ijas (ener��tisk� kurin�m�) �patn�jais pat�ri�š uz iedz�vot�ju caurm�r� raksturo dz�ves l�meni. Šim l�menim atbilst cilv�ku vid�jais dz�ves ilgums, b�rnu mirst�ba un analfab�tisms. Dab�gi, ka šo r�d�t�ju l�menis ir atkar�gs no soci�l�s sf�ras l�me�a, kas var tikt sasniegts att�st�tas ekonomikas apst�k�os.

Attiecinot šos r�d�t�jus uz �patn�jo ener�ijas pat�ri�u, ieg�stam sakar�bas, kas att�lotas 1.1.att�l�. No t� izriet, ka, neskatoties uz to, ka š�s sakar�bas ir netiešas, dz�ves l�menis sasniedz augstus rezult�tus pie ener�ijas pat�ri�a 2 toe/iedz. Toe - kurin�m� daudzums, kas atbilst naftas ekvivalenta tonnai ar siltumsp�ju 9000 kcal/kg. Ener�ijas pat�ri�a zi�� tiek izskat�ti tr�s pasaules re�ioni: I – att�st�t�s valstis, kur ietilpst: ASV, Kan�da, Jap�na un Rietumeiropas att�st�t�s valstis; II – Eir�zija – Austrumeiropa, bijuš�s PSRS teritorija un ��na; III – p�r�j�s valstis.

Ener�ijas pat�ri�š pasaul� notiek �etr�s sf�r�s: m�jsaimniec�b� (galvenok�rt apkurei), transport�, r�pniec�b� un elektr�bas ražošan�. Šo nozaru �patsvars ener�ijas pat�ri�� par�d�ts 1.2. att�l� att�st�t�m (a) un III pasaules valst�m. Redzam, ka maz�k att�st�t�s valst�s (b) liel�ks �patsvars ir industrijas pat�ri�am, kas izskaidrojams ar zem�ku tehnolo�ijas l�meni. Augst�k�s tehnolo�ijas ir energoekonomisk�kas. Maz�ks ir ar� transporta �patsvars, kas izskaidrojams ar maz�k att�st�tu infrastrukt�ru un dz�ves l�meni. Zem�ks ar� elektroener�ijas ražošanas �patsvars, jo tieši elektroener�ijas izmantošanas pak�pe liel� m�r� raksturo tehnolo�ijas l�meni.

a) 40

50

60

70

80

0 2 4 6

gadi

dz�ves ilgums

0

20

40

60

80

0 2 4 6 8

analfab�tu procents pieaugušajiem

toe/cilv.

%

c)

1.1.att. Dz�ves l�me�a r�d�t�ji pie daž�diem �patn�jiem prim�r�s ener�ijas pat�ri�iem.

0 40 80

120 160

0 2 4 6 8

b�rnu mirst�ba uz 1000

b)

toe/cilv.

toe/cilv.

9

Ener�ijas pat�ri�i šajos re�ionos period� no 1960. l�dz 1990. gadam par�d�ti 1.3. att�l�.

Ener�ijas daudzums tiek noteikts m�rvien�b�s: vatstund�s (Wh), džoulos (J) un kalorij�s (cal). Š�m vien�b�m atkar�b� no daudzuma pieraksta burtus:

k(kilo) - 103

M (mega) – 106 G (giga) - 109

T (tera) - 1012 P (penta) - 1015 E (eksa) - 1018

Starp vien�b�m ir sekojoša sakar�ba: McalMJhkW 86,06,31 ��

Elektr�ba 38%

Elektr�ba 18%

Transports 22%

Transports 14%

R�pniec�ba 19%

R�pniec�ba 47%

M�jsaimniec�ba 21%

M�jsaimniec�ba 21%

a) b)

1.2.att. Nozaru �patsvars prim�r�s ener�ijas pat�ri��. a) III pasaules valst�s; b) att�st�t�s valst�s.

1.3.att. Prim�r�s ener�ijas pat�ri�i valstu ekonomiskaj�s grup�s.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990

Gto

e

Att�st�t�s valstis

II pasaules valstis

III pasaules valstis

10

Bez tam prim�ro ener�iju bieži izsaka kurin�m� tonn�s, t;nosac�t� kurin�m� ( siltumsp�ja 7000 kcal/kg) – t;naftas kurin�m� ( siltumsp�ja 9000 kcal/kg) - toe. Ener�ijas pat�ri�a prognozes laikam l�dz 2010. gadam ir sast�d�tas tr�s l�me�iem: vid�jiem, minim�liem un maksim�liem. Š�s prognozes att�lotas 1.3. un 1.4.att�l�.. Skaitliskie lielumi vid�j�m prognoz�m l�dz 2010. gadam par�d�ti 1.1. tabul�.

1.1. tabula Gaid�mie ener�ijas pat�ri�a pieaugumi toe vien�b�s (9000 kcal/kg)

pasaules valstu grup�s

Pasaules re�ioni 1990. g., 109 toe 2010. g., 109 toe Pieaugums, % Pasaul� 8,80 11,89 35,1 Att�st�t�s valstis 4,58 5,89 28,6 II valstu grupa 2,60 3,27 25,70 III valstu grupa 1,62 2,71 67,2

1.4.att. Prim�r�s ener�ijas �patn�jais pat�ri�š 1990.gad� �eogr�fiskajos re�ionos.

7.82

5.01

3.22 2.91

1.29 1.17 1.02 0.53 0.39

1.66

0

1

2

3

4

5

6

7

8 Z

iem

e�am

erik

a

bij.

PSR

S un

��n

a

Rie

tum

eiro

pa

Aus

trum

eiro

pa

Lat��

amer

ika

Vid�j

ie a

ustr

umi

un Z

iem

e��f

rika

Klu

s� o

ke�n

a va

lstis

Vid

us�f

rika

Die

nvid�z

ija

PASA

UL

E

toe/iedz

11

Kurin�m� izmantošanas dinamika pasaules m�rog� par�d�ta 1.3.att�l� un 1.2. tabul�. 1.2. tabula

Gaid�mie kurin�m� veidu izmantošanas pieaugumi pasaul�

Kurin�m� veidi 1990. g 109 toe 2010. g. 109 toe Pieaugums, % Nafta 3,42 4,42 29,2 Degg�ze 1,85 2,84 53,5 Akme�ogles 2,35 2,98 26,8 Kodolener�ija 0,52 0,62 19,2 P�r�jie 0,66 1,05 59,0

No šiem datiem izriet, ka period� l�dz 2010. gadam turpina pieaugt

naftas un degg�zes pat�ri�š. Paredz�ts ar� akme�og�u pat�ri�a pieaugums. Nav paredz�ts b�tisks kodolener�ijas pieaugums.

T�l�k�s perspekt�vas prognoze izstr�d�ta saska�� ar �etriem iesp�jamiem scen�rijiem, nosauktiem par: A, B1, B un C.

Nacion�l� produkta pieauguma apjomi triju valstu grup�m saska�� ar šiem variantiem par�d�ti 1.5. att�l�. Redzam, ka galvenie pieaugumi paredz�ti III valstu grup� ar nol�ku pal�dz�t t�m izk��t no nabadz�bas. etru att�st�bas variantu skaitliskie lielumi par�d�ti 1.3. tabul�.

A variant� paredz�ts liels ener�ijas pat�ri�a pieaugums, ko nodrošin�s akme�ogles, dabas g�ze un nafta. Attiec�b� pret 1990. gadu, pieaugums sast�d�s 8,4 Gtoe, no kuriem 7,4 Gtoe - III pasaules valst�s (1.6.att.).

Liels ener�ijas daudzums tiks izlietots m�jsaimniec�b�. G�ze tiks transport�ta pa cauru�vadiem lielos att�lumos. Strauji att�st�sies ar� naftas transport�šanas sist�mas. Š�s att�st�bas pas�kumi pras�s lielas invest�cijas.

1.5.att. Nacion�l� produkta pieaugumi valstu grup�s.

0

1

3

4

5

2

%

2.4 2.4

5.6

4.6

3.8 3.3

Pasa

ule

Att�

st�t�

s va

lstis

II

pas

aule

s va

lstis

Var

iant

s A

V

aria

nts

B1,

B u

n C

Var

iant

s A

Var

iant

s B

1,B

un

C

Var

iant

s B

1,B

un

C

Proc

enti

gad�

12

1.3. tabula

Prim�r�s ener�ijas gada pat�ri�i, toe�109.

2020. gad� 1960 1990 A B1 B C Akme�ogles 1,4 2,3 4,9 3,8 3,0 2,1 Nafta 1,0 2,8 4,6 4,5 3,8 2,9 Dabas g�ze 0,4 1,7 3,6 3,6 3,0 2,5 Kodolener�ija - 0,4 1,0 1,0 0,8 0,7 Hidro 0,15 0,5 1,0 1,0 0,9 0,7 Tradicion�lais kurin�mais 0,5 0,9 1,3 1,3 1,3 1,1 Jauna atjaunojoš� ener�ija - 0,2 0,8 0,8 0,6 1,3 Pavisam 3,3 8,8 17,2 16,0 13,4 11,3

B1 variant� situ�cija ir l�dz�ga. Šin� gad�jum� paredz�ta zem�ka attiec�ba ener�ija/NPV (nacion�l� produkta vien�ba). Ar� šaj� variant� liels naftas un dabas g�zes �patsvars. ��na un Indija intens�vi att�st�s savus akme�og�u potenci�lus. Ener�ijas izmantošanas apm�rs no 1990. gada palielin�sies par

50%, jeb par 3,9 Gtoe tr�sdesmit gados. Šaj� variant� tiek prognoz�ti liel�ki energoekonomijas rezult�ti.

0

5

10

15

20

1990 A B1 B C Varianti 2020. gad�

Gto

e

III pasaules valstis

II pasaules valstis

Att�st�t�s valstis

1.6. att. Prim�r�s ener�ijas pat�ri�š valstu grup�s.

13

B variant� ener�ijas pat�ri�a pieaugums 0,7 Gtoe I grup� un 6 Gtoe II, un III valstu grup�, sast�dot kop� pasaul� 7,2 Gtoe.

C variant� tiek paredz�ti ener�ijas ekonomijas augsti rezult�ti. Summ�rais ener�ijas pat�ri�š aug par 28%, pieaugot par 2,5 Gtoe. Ener�ijas

pat�ri�š pieaug par 3,2 Gtoe III valstu grup� un mazin�s I grup� par 0,5 Gtoe. Šaj� variant� paredz atjaunojoš�s ener��tikas j�tamu att�st�bu . Visas š�s prognozes iev�ro ener�ijas ekonomijas perspekt�vas daž�dos apm�ros.

Ener�ijas izmantošanas proporcijas pasaul� r�da, ka I valstu grup� ener�ijas izmantošanas pieaugums sast�d�s ap 1% gad� taj� laik�, kad III valstu grup� pieaugums sast�d�s ap 4% gad� pie naftas izmantošanas pieauguma ap 3,5% gad�. N�kotne ir neskaidr�ka II valstu grupai, seviši Austrumeiropas valst�m un bijuš�s PSRS teritorijai. N�kamajos dažos gados ener�ijas izmantošana paliek zem� l�men� sakar� ar ražošanas kritumu p�rejas period�. Ilgstoš� att�st�bas gait� šeit sagaid�ma ener�ijas izmantošanas efektivit�tes celšan�s, akme�og�u, naftas un g�zes ieguves pieaugums pasaules tirgus konjunkt�ras iespaid�. Šaj�s sf�r�s augs starptautisk�s invest�cijas, seviši kurin�m� ieguv� un t� transport�šan�. Pieaugs kurin�m� eksports uz att�st�t�m valst�m, kam�r ilgstoš� perspekt�v�, darbojoties pret siltumn�cas efekta izrais�šanu, s�ks samazin�t izrakte�u kurin�m� izmantošanu.

2.3 2.4 2.4 2.7

4.0 4.0 4.4 4.4

5.0 5.1

0

1

2

3

4

5

6

bij.

PSR

S un

��n

a

Rie

tum

eiro

pa

Zie

me�

amer

ika

Aus

trum

eiro

pa

Klu

s� o

ke�n

a va

lstis

Die

nvid�z

ija

Lat��

amer

ika

Tuv

ie A

ustr

umi

un Z

iem

e��f

rika

Subs

ah�r

as v

alst

is

vals

tis

Vid�j

ie a

ustr

umi

Proc

enti

gad�

1.7.att. Nacion�l� produkta pieaugums 1990.-2020.g. (B att�st�bas variants).

14

Ener�ijas pat�ri�a prognoz�s pasaules m�rog� izmanto Q vien�bu. gadikWkcalIQ .1035,31025,0 1018 �� jeb .103,0 15 hkW �� Piem�ram I Q,

ir ener�ijas daudzums, kas sp�j sasild�t Azovas j�ras �de�us l�dz v�r�šan�s temperat�rai. Š�da ener�ija izdal�s, sadedzinot t91036 � nosac�t� kurin�m�, jeb toe91028 � .

1990.g. prim�r�s ener�ijas pat�ri�š pasaul� bija 0,3 Q. N�kotn� ener�ijas

pat�ri�a att�st�bu pasaul� liel� m�r� nosaka iedz�vot�ju skaita pieaugums un tieksme celt dz�ves l�meni maz�k att�st�t�s valst�s. No š� viedok�a ir svar�ga pasaules iedz�vot�ju skaita prognoze.

Iedz�vot�ju skaita pieaugums laik� par�d�ts 1.8.att�l�. Lietder�gi to apskat�t atseviši att�st�t�m valst�m un III. pasaules valst�m (1.9.att.). Redzam, ka att�st�t�s valst�s p�c Otr� pasaules kara l�dz ar dz�ves l�me�a paaugstin�šanos dzimst�ba kr�t un 21.gs. s�kum� iedz�vot�ju skaits stabiliz�jas (2). L�dz�ga aina sagaid�ma ar� III. pasaules valst�s(1). L�dz ar dz�ves apst�k�u uzlabošanos ar� tur ir sagaid�ma dzimst�bas samazin�šan�s.

6

12

2000

42

2100 1985 1930 1900 1800 1700 1975 1600 1500 VIII VII VI

36 45 80

200

cilv.*109

viduslaiks 3 millioni

1.8.att. Iedz�vot�ju skaits.

m�ris

50

60

70

80

90 100

0

10

20

30

40

2050 1900 1950 2000 1850 1800 175 2100

�N �T

*106

1

2

1.9. att. Iedz�vot�ju skaita pieaugums att�st�t�s valst�s (2) un III pasaul� (1).

15

Š�di procesi, kas s�k strauji att�st�ties un tiecas uz pies�tin�šanos, ir paz�stami tehnik� un fizik�. Iedz�vot�ju skaita pieauguma v�rt�jumam var izmantot izteiksmi:

,1

��TT

arctgC

N�

�

kur gadigadiT 42,20071 �� , gadiC 910186�� , .67000/ �� CK Process logaritmisk�s koordin�t�s, atbilst l�nijai, att�lotai (1.10.att.).

Iedz�vot�ju skaits pasaul� var�tu stabiliz�ties period� no 2050.-2100.gadam uz 12-14 miljardu l�me�a. Ener�ijas pat�ri�a pieaugums turpin�sies apst�k�os, kad, no vienas puses, to noteiks III pasaules valstu dz�ves l�me�a paaugstin�šan�s izrais�t�s vajadz�bas, bet, no otras puses, tehniskais progress r�d�s ener��tisko iek�rtu lietder�bas koeficienta paaugstin�šanos un energo efekt�vas tehnolo�ijas ražošan�. Var sagaid�t, ka šo faktoru darb�bas iespaid� ener�ijas pat�ri�š stabiliz�sies 21. simtgades vid� vai beig�s. Ener�ijas �patn�jo pat�ri�a pieaugumu ilg�kam periodam nosaka p�c emp�risk�s t.s. lo�istisk�s funkcijas:

)(1)(

ctrst

eW

tW��

�

kur W(t) - �patn�jais ener�ijas pat�ri�š uz vienu iedz�vot�ju; t - laiks, gadi;

1.10.att. Iedz�vot�ju skaita dinamika. a- iedz�vot�ju skaita pieaugums logaritmisk�s koordin�t�s; b- iedz�vot�ju vecuma �patsvars.

1975 2150 0

1

2

3

vec�kie cilv�ki

T 2000 2050 2100

b)

% jaunie cilv�ki 4

-108 107 106 105 104 103 100 100 +1000

106

107

108

109

1010 N

N=14*109

1

A

Cilv.

T0 T1

B

T, gadi

a)

C

16

Wst - ener�ijas stabiliz�cijas l�me�a skaitliskais v�rt�jums; r, c - parametri, kurus nosaka p�c statistiskiem nov�rojumiem; e - natur�l� logaritma b�ze.

T�l�k� perspekt�v� W(t) asimptotiski tuvojas gal�gam lielumam. Daž�dos periodos tika public�tas cilv�cei nepieciešam�s ener�ijas daudzuma prognozes. T� asto�desmitajos gados tika uzskat�ts, ka ener�ijas daudzums turpin�s pieaugt l�dz simtgades vidum, kad stabiliz�sies plan�tas iedz�vot�ju skaits. Iev�rojot to, ka 2000.g. pat�ri�u v�rt� 0,41 Q l�men�, var�tu prognoz�t 2020.g. – (0,5 – 0,6) Q 2050.g. – (0.8-1,2) Q 2075.g. – (1-1,47) Q 2100.g. – (1,3 -1,6) Q

�patn�jais ener�ijas pat�ri�a l�menis var�tu stabiliz�ties 6 kW.gadu/cilv. l�men�. �patn�jais ener�ijas pat�ri�š ASV 1975.g. bija 10 kW.gadi/cilv. prim�r�s ener�ijas. Iev�rojot to, ka elektroener�ijas �patsvars prim�r� ener�ij� b�s ap 40%, un, �emot v�r� t�s izstr�di ar vid�jo lietder�bas koeficientu 40%, t�s vid�jais pat�ri�š atbilst 8400 kW.h/cilv. Sal�dzinot ener�ijas pat�ri�a apjomus pasaul�, kas sasniegti 2000. gad� ar prognoz�m 80.gadu beig�s, konstat�jam, ka pat�ri�a pieauguma tempi ir daudz l�n�ki, nek� tika paredz�ts. To var izskaidrot ar vair�kiem faktoriem. Pieauga kurin�m� cenas. Tehniskais progress iet energoekonomisko tehnolo�isko procesu att�st�bas virzien�. T�

W*gadi/$

ASV

Anglija

V�cija Francija

Jap�na

1860 0

1900 1940 1980 2000

0,5

1,0

1,5

2,0

2,4

1.11.att. Prim�r�s ener�ijas izmantošanas intensit�te att�st�t�s valst�s uz nacion�l� produkta vien�bu.

17

1.11. att�l� par�d�ts, ka att�st�t�s valst�s strauji samazin�j�s �patn�j� prim�r�s ener�ijas izmantošanas intensit�te uz pre�u vien�bu. Bez tam tiek pie�emti standarti un likumi, kas veicina ener�ijas taup�šanu vis�s dz�ves sf�r�s. �patn�jais ener�ijas pat�ri�š ir atkar�gs no konkr�tiem tautsaimniec�bas att�st�bas apst�k�iem: ),()( 211 SfTfNPaW vid � kur 1a - koeficients; �NP �patn�jais gada nacion�lais produkts, $/cilv.; �vidT vid�j� gada temperat�ra valst�s; S - valsts plat�ba. �patn�jais gada nacion�lais produkts NP nosaka ener�ijas pat�ri�u sakar� ar ražošanas apjomiem (1.12.att.). To iespaids ir atkar�gs no ražošanas strukt�ras, kas sakar� ar globaliz�cijas tendenc�m zin�m� m�r� izl�dzin�s. Ener�ijas pat�ri�š liel�ks ir valst�s, kur liel�ks �patsvars smagai energoietilp�gai r�pniec�bai.

Vid�j� temperat�ra vidT iespaido energopat�ri�u sakar� ar apkures vajadz�bu. Anal�ze liecina, ka pie CTvid

017� temperat�ras iespaids s�k j�tami izpausties (1.13. un 1.14.att.), kaut gan ir

1.12.att. Dažu valstu �patn�jais prim�r�s ener�ijas pat�ri�š atkar�b� no �patn�j� nacion�l� produkta v�rt�bas.

0 5000 10000 15000 20000

kW.gadi/cilv.

5

2,5

7,5

10

$/cilv.

Be��ija

VFR

Zviedrija

ASV Kan�da

PSRS

It�lija

Francija Jap�na

1985 1970

1.13.att. �patn�jais ener�ijas pat�ri�š atkar�b� no vid�j�s temperat�ras valst�.

17 20 T 0C

W kWh/cilv

18

iesp�jamas vari�cijas. Ener�ijas pat�ri�u apkur� nosaka apkures veids: katlu apkure vai elektrisk�. Elektr�bas ražošanas lietder�bas koeficients kondens�cijas elektrostacij�m ir 40%, taj� laik�, kad katlu lietder�bas koeficients ir 80%. T�tad elektrisk� apkure nosaka liel�ku prim�r�s ener�ijas pat�ri�u. Elektrisk� apkure ir �rt�ka, seviši laukos. T�p�c valst�s ar augst�ku dz�ves l�meni ( liel�ku NP) un l�tu elektroener�iju labpr�t to izmanto apkurei un �dens uzsild�šanai. Pie augst�m vidT ener�ijas pat�ri�š aug sakar� ar kondicion�šanu. Ar� tas ir atkar�gs no dz�ves l�me�a un, t�tad, no NP. Valsts plat�ba S noteikt� m�r� iespaido ener�ijas pat�ri�u sakar� ar

transportu. Transporta pl�smas liel� m�r� nosl�dzas valsts ietvaros, bet nevienm�r�ga ražošanas att�st�ba novados izsauc ener�ijas pat�ri�u transportam. Par optim�lu no ener�ijas pat�ri�a viedok�a var uzskat�t plat�bu, kas nep�rsniedz 1 miljonu km2 (1.15.att.).

1.14.att. Dažu valstu �patn�jais ener�ijas pat�ri�š atkar�b� no vid�j�s temperat�ras valst�.

0 5 10 15 20 25 30 0C

4

2

8

6

12

10

Honkonga

14

Gabona Puerto-Riko

Venecu�la It�lija

Kipra

Malta

Singap�ra

Grieija

Portug�le

Kan�da

Norv��ija �slande

ZviedrijSomija

V�cija Be��ija Francija

Austr�lija

Sauda Ar�bija

Lib�rija

ASV

Holande

Ukraina Jap�na

Ung�rija

D�nija

Sp�nija Koreja

Tvid

kW*gadi/cilv.

Igaunija

19

K� prim�ro ener�iju galvenok�rt izmanto kurin�mo. T� izmantošanas v�sturi raksturo 1.16.att. Kurin�m� �patsvars pašreiz�jos apst�k�os att�lots 1.17.att�l�.

Joproj�m tiek dota priekšroka naftai (31,8%) un dabas g�zei (19,3%) k� kurin�mam, kas �rti izmantojams transport� un samazina og�sk�b�s

1.15.att. �patn�jais ener�ijas pat�ri�š atkar�b� no valsts teritorijas . 102

104 105 106 107

1

10

0.1

Malta Honkonga Kipra

Puerto-Riko

Singap�ra

Sauda Ar�bija

Austr�lija

ASV Kan�da

Lib�rija

It�lija

Grieija

Somija V�cija

Be��ija

Ukraina Jap�na

Bulg�rija Sp�nija

Koreja Igaunija

D�nija Islande

Venecu�la

Norv��ija Zviedrija

S km2

kW*gadi/cilv.

1.16.att. Kurin�m� izmantošanas v�sturisk� dinamika.

1850 1890 1910 1930 1950 1970 1990 1870

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

Bioener�ija

Kodolener�ija

Hidro

Dabasg�ze

Nafta

Akme�ogles

20

g�zes emisiju (1.18.att.). Akme�ogles (26,1%) galvenok�rt izmanto elektrostacij�s un metalur�ij�. Kodolkurin�m� �patsvars sast�da 4,5% un t� �patsvara pieaugums tuv�kaj�s desmitgad�s nav paredzams. Liel�s hidroener��tikas - vien�g�s plaši izmantojam�s atjaunojošamies ener�ijas veida �patsvars pasaules bilanc� ir neliels (5,7%) un t� izpilda pal�glomu. Tradicion�lais kurin�mais (koksne un atkritumi) sast�da 10,2% un citi atjaunojošamies ener�ijas veidi ap 2,3%.

N�koš�s simtgades s�kum� ener�ijas pieaugumu segs 40% ar naftu un ap 35% ar dabas g�zi. Atjaunojošamies ener��tikas sast�vda�a diezin vai sasniegs 10% ar krietn�m ekonomisk�m un politisk�m p�l�m.

Naftas tirgu raksturo pat�ri�a pieaugums att�st�t�s valst�s transporta vajadz�b�m. Tuvos Austrumos gaid�ma ieguves divk�ršošan�s un �patsvara pieaugums pasaules tirg� no 30% l�dz apm�ram 50%. N�kotn� p�c politisk�s un ekonomisk�s stabilit�tes sasniegšanas ar� Krievijas perspekt�vas naftas rezervju papildin�šan� tiek v�rt�tas k� labas. Ieg�stam�s akme�ogles izmanto k� ener��tisko kurin�mo, kas sedz ener�ijas pat�ri�a 1/3 da�u. Liel�k�s akme�og�u rezerves atrodas Krievij�, Ukrain�, ��n� un ASV. Liel�k� akme�og�u ieguve bija ASV un ��n� (25% no pasaules ieguves). Bijuš�s PSRS teritorij� pašreiz tiek ieg�ti 13% no pasaules pat�ri�a.

Dabas g�zes izmantošana Eirop� nodrošina 17% ener�ijas pat�ri�a. Da�u no š�s g�zes sedz g�zes vadi no Austrumiem. Turpm�k palielin�sies g�zes padeve no Zieme�j�ras atradn�m. Izmanto ar� sašidrin�tu g�zi. G�zes

Dabas g�ze 19.3%

Nafta 31.8%

Akme�ogles 26.1%

Atjaunojoš�s ener�ija

2.3%

Koksne 10.2%

Kodolener�ija 4.5%

Hidroener�ija

5.7%

1.17. att. Kurin�m� veidu �patsvara 1990. gad�.

1.18.att. Oglek�a emisija daž�diem kurin�m� veidiem.

0

20

40

60

80

100

Akme�ogles Nafta Dabas g�ze

kg/G

J

21

tirgum rakstur�gi monopoli-pieg�d�t�ji un ilgtermi�a kontrakti. �patn�jais ener�ijas pat�ri�š daž�dos pasaules re�ionos par�d�ts

1.4.att�l�. No t� ir redzams, cik nevienm�r�gs tas ir pasaul�. Taj� laik�, kad att�st�t�s valst�s prim�rais ener�ijas pat�ri�š p�rsniedz 7000 toe/cilv., un dz�ves l�menis, ieskaitot soci�lo sf�ru, sasniedzis augstu l�meni, III pasaules valst�s cilv�ki joproj�m sl�gst nabadz�b�.

1995. gad� Latvij� tika pat�r�ti 4,5 Mtoe ekvivalent� kurin�m�. Iev�rojot to, ka esam mantojuši zemu ener�ijas izmantošanas efektivit�ti, �patn�jais kurin�m� pat�ri�š ir tuvs skaitlim, kas rakstur�gs Lat��amerikai.

Elektroener�ija ir visvienk�rš�k izmantojamais ener�ijas veids. To var produc�t koncentr�ti liel�s elektrostacij�s ar augsti efekt�vu iek�rtu, p�rraid�t lielos att�lumos pie sam�r� nelieliem zudumiem un sadal�t starp pat�r�t�jiem ar sam�r� l�ta elektrisk� t�kla pal�dz�bu. Ar� no tehnolo�isk� viedok�a elektrisk�s tehnolo�ijas izr�d�s visvienk�rš�k�s un ekonomisk�k�s (piem�ram, plazmas un l�zeru tehnolo�ijas).

Elektrisk�s ener�ijas ražošanas �patsvara dinamika trij�s pasaules valstu grup�s pag�tn� par�d�ta 1.19.att�l�. Elektroener�ija k� ener�ijas veids turpina att�st�ties un t�s �patsvars ener�ijas bilanc� sast�da no 25% v�ji att�st�t�s valst�s l�dz 38% industri�l�s zem�s (1.2.att.).

Iev�rojot elektrisko tehnolo�iju priekšroc�bas, ar� n�kotn� var gaid�t elektroener�ijas �patsvara palielin�šanos ražošan� uz siltuma �patsvara r�ina.

Elektrisk�s ener�ijas pat�ri�š uz vienu iedz�vot�ju daž�d�s valst�s att�lots 1.20.att�l�.

Norv��ij� elektroapg�de tiek nodrošin�ta ar hidroener�ijas pal�dz�bu. T�p�c visas saimniecisk�s vajadz�bas tiek nodrošin�tas ar

1.19.att. Elektrisk�s ener�ijas pat�ri�š procentos no summ�r�s ener�ijas.

0 5

10 15 20 25 30 35 40

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990

Ele

ktro

ener�i

ja, %

Att�st�t�s valstis II pasaules valstis III pasaules valstis

22

elektroener�iju. Kan�d�, Island� un Zviedrij� ar� ražo daudz hidroener�ijas. Cit�s valst�s elektroener�ija tiek izmantota maz�k. ASV �patn�jais elektroener�ijas pat�ri�š - 10 t�kstoši kW.h/cilv.

Tuv�ko desmit gadu galvenais uzdevums - izvest no nabadz�bas III pasaules valstis. Norm�l� dz�ves l�me�a sasniegšanai šaj�s valst�s paredz�ts k�pin�t ekonomiku un t�s galveno sast�vda�u - ražošanas sf�ru. Vid�jie �patn�jie nacion�l� produkta pieaugumi uz vienu iedz�vot�ju daž�diem

pasaules re�ioniem un valstu grup�m par�d�ti 1.7. att�l�. Pamatpieauguma apjoms tiek paredz�ts III pasaules valst�s. T�tad probl�mas, kas saist�tas ar ener�ijas ražošanas k�pin�jumu šaj� period�, attiecas uz š� re�iona att�st�bu.

0

5

10

15

20

Nor

v��i

ja

Kan�d

a

Isla

nde

Zvi

edri

ja

Som

ija

ASV

Švei

ce

V�c

ija

Jap�

na

Fran

cija

D�n

ija

Bij.

PSR

S

Be��i

ja

Lie

lbri

t.

Lat

vija

Vid

.pas

auul

e 1.20.att. �patn�jais elektroener�ijas pat�ri�š daž�d�s valst�s.

kWh/cilv.

23

1.2. Kurin�mais.

Kurin�mais veido prim�ros ener��tiskos resursus. Pie šiem resursiem pieder tieš� un netieš� saules ener�ija. Pie netiešiem saules ener�ijas veidiem pieder v�ja, vi��u, upju �dens ener�ija. Pie �slaic�gas akumul�tas saules ener�ijas pieder augu un atkritumu p�rstr�des kurin�mais. Ilglaic�go akumul�to saules ener�iju p�rst�v izrakte�u g�zveid�gs, šidrais un cietais kurin�mais. G�zveid�gais un šidrais kurin�mais ir veidojies galvenok�rt no sen� planktona p�rv�rt�b�m iežu dzi�umos. Cietais izrakte�u kurin�mais ir sen�s koksnes p�rv�rt�bu rezult�ts.

Pagaid�m galvenais prim�rais ener�ijas avots paliek izrakte�u kurin�mais. G�zveid�gais kurin�mais visbiež�k ir dabasg�ze. Galvenais t� komponents ir met�ns 4CH . Bez tam taj� ir augst�kie og��de�raži mn HC , sl�peklis un og�sk�b� g�ze. Ieg�šanas proces� g�zi att�ra no s�ra savienojumiem. Ieg�stot naftu, izdal�s noteikts g�zes daudzums, kas satur maz�k met�na, bet vair�k augst�ko og��de�ražu. Tie, sadegot, rada liel�ku siltuma daudzumu. Sadz�ves g�zei piejauc odorizatorus (kuri satur s�ra savienojumus) nopl�des konstat�cijas vajadz�b�m. Gandr�z pusi no g�zu siltumsp�jas veido �de�radis. T� siltumsp�ja 34000kcal/kg un sadegšanas produkts ir videi nekait�gais �dens. Sadz�v� lieto ar� sašidrin�tu g�zi, ko ieg�st pie prim�ras naftas p�rstr�des un t�s ieguves. Taj� ir tehniskais prop�ns ( )6383 HCHC � un but�ns ( )84104 HCHC � un to sajaukumi. Prop�ns kondens�jas pie –44,5 0C, bet but�ns pie +50C. Pie 200C prop�na tvaiku spiediens 0,8 MPa , bet but�na 0,2 MPa . Š�s g�zes transport� sašidrin�t� veid� balonos zem 2 MPa spiediena. P�d�j� laik� s�k izmantot biog�zi, ko ieg�st organisko atlieku anaerobas ferment�cijas ce�� (r�gšan�). T� sast�v no og�sk�b�s g�zes, met�na, nedaudz s�r�de�raža, sl�pek�a un �de�raža. Procesa šidr�s atliekas ir augstv�rt�gs m�slojums, kas satur divreiz vair�k sl�pek�a nek� izejas pamata materi�ls. Šidros kurin�mos ieg�st naftas p�rstr�d�. J�lo naftu uzsilda l�dz 300-3700C un ieg�tos tvaikus sadala frakcij�s, kas kondens�jas pie daž�d�m

24

temperat�r�m: benz�nam - (15%), ;18030 0 Ctk �� petrolejai -

(17%), ;135120 0 Ctk �� d�ze�degvielai- .350180 0 Ctk �� Šidrs atlikums,

kam v�r�šan�s temperat�ra Ctv0350330 �� , ir mazuts. Benz�ns tiek

izmantots aizdedzes iekšdedzes dzin�jos. D�ze�degviela d�ze�dzin�jiem, petroleja – g�zturb�n�s, mazuts k� šidrais kurin�mais tvaika katlos. Mazutu var papildus p�rveidot gaišos produktos ar krekinga pal�dz�bu, saše�ot smag�s molekulas viegl�k�s, ko pa�trina ar katalizatoriem. Mazuts satur 84-86% oglek�a un 10-12% �de�raža. �patn�ja siltumsp�ja bez�dens mazutam - ./98989300 kgkcalQ�p �� Dabasg�zes

vid�j� �patn�j� siltumsp�ja l�dzin�s 8752 3/ mkcal . Ener��tiskos apr�inos kurin�mais figur� nosac�t� kurin�m� veid�, kam siltumsp�ja atbilst 7000 ./ kgkcal Re�l� kurin�m� svaru nosaka, iev�rojot re�l�s siltumsp�jas attiec�bu pret nosac�t� kurin�m� siltumsp�ju. T�, piem�ram, lai ieg�tu re�la mazuta daudzumu, �patn�jais kurin�m� daudzums j�dala ar 1,33, bet attiec�gas g�zes daudzums – ar 1,13 (t kurin�m� atbilst 1000m3). Daž�du organisko vielu �patn�j� siltumsp�ja atkar�b� no elementu sast�va kgMcal / dod izteiksmi: .963,5)0(23,26245707,80 WSHCQi �� Šeit W – mitruma saturs. Visas vielas izteiksm� - procentos no summ�ra sast�va. Siltumsp�ju, kas atbilst degšanas proces� radušamies �denim šidruma veid�, sauc par augst�ko siltumsp�ju. Toties, ja �dens veidojas tvaiku veid�, tad, iev�rojot siltuma daudzumu, kas nepieciešams t� iztvaikošanai, tas nosaka zem�ko siltumsp�ju. Cietais kurin�mais ir daudzveid�gs atkar�b� no t� izcelšan�s.

K�dra ir visjaun�kais izrakte�u kurin�mais, kas radies no p�rtr�d�jušiem purvu augiem.

Br�nogles ir vec�kais kurin�mais. Glab�joties gais�, tas oksid�jas un k��st pulverveida.

Akme�ogl�m ir liel�ks bl�vums. Visvec�k� no t�m ir antrac�ts, kas ir izg�jis visliel�k�s p�rv�rt�bas un sast�v 93% no oglek�a.

Atjaunojošamies cietais kurin�mais ir koksne. T�s �patsvars bilanc� ir neliels.

25

Kurin�mais satur daž�das vielas un to siltumsp�ja ir atkar�ga no to �patsvara (1.21.att.). Šeit A – pelni, W – mitrums. Jo vair�k kurin�maj� ir sk�bek�a, jo liel�ka oglek�a un �de�raža da�a saist�ta ar to, t.i., praktiski jau sadeguši. Ogleklim piln�gi sadegot, rodas og�sk�b� g�ze. Degšanai notiekot ar nepietiekošu gaisa daudzumu, var veidoties CO – ind�ga tvana g�ze – ar 2194 kcal/kg siltuma izdal�šanos. Ogleklim piln�gi sadegot, izdal�s siltums 7822 kcal/kg. Neskatoties uz nelielu s�ra �patsvaru, tas sadegot veido toksisko s�ra dioks�du 2SO , vai ar� v�l toksisk�ku s�ra anhidr�du 3SO . Ar� sl�peklis oksid�joties veido toksiskos oks�du NO un dioks�du 2NO . Sl�pek�a oks�di

xNO veidojas ar�, oksid�joties gaisa sl�peklim, ja degšana notiek pie augst�m temperat�r�m. Liel�k� pelnu da�a nav saist�ta ar organisko masu. To veido ieži, kurus ieg�st kop� ar kurin�mo. Pelnu daudzums var sasniegt 50%. Tos mazina, bag�tinot ieg�to kurin�mo, kas prasa papildu izdevumus. Kars�jot kurin�mos bezgaisa apst�k�os, tas sadal�s, k� rezult�t� veidojas g�zes, tvaiks, sveu tvaiki un oglek�a atlikums. Gaistošo vielu �patsvars – svar�gs kurin�m� raksturojums. Jo vec�ks kurin�mais, jo maz�k taj� gaistošo vielu. Ogles, kas p�c kars�šanas atjauno bl�vo strukt�ru sauc par koksu. Š�du og�u kr�jumi ir nelieli un tos izmanto vien�gi metalur�iskos procesos.

Saus� mas�

Kurin�mais deg

C, % deg

O, % deg

H, % A,% S,% N,% W,% 50 42 6

Koksne 1 - K�dra 6 -

10 40 - 60

Br�nogles 6 - 40

0,9 - 3 0,5 - 2

Akme�ogles 5 - 15 Antrac�ts

93 2 2 1.21.att. Kurin�m� elementu �patn�jais saturs.

26

Kurin�m� rezult�jošo siltumsp�ju nosaka ar� mitrums (1.22.att.). Lai palielin�tu kurin�m� izmantošanas efektivit�ti, p�d�j� laik� s�k lietot iek�rtu, kur izmanto d�mg�žu mitruma kondens�cijas siltumu.

1.3. Ener�ijas resursi.

Par prim�riem ener�ijas resursiem uzskata dabas resursus, ko izmanto ener�ijas ieg�šanai. Ener�ijas p�rv�ršas noteikt� sec�b�. T�, kurin�m� fizik�lo (kodola) Q vai �misko reakciju veid� p�rv�ršas siltum� (1.23.att.). Siltums var tikt izmantots k� patst�v�gs ener�ijas veids sadz�v� vai ražošan� un tiek p�rv�rsts meh�nisk� ener�ij�, piem�ram, transport�. Meh�nisk� ener�ija tiek p�rv�rsta elektrisk� ener�ij�, ko var p�rvad�t uz sam�r� lieliem att�lumiem un pievad�t lielo un mazo ener�iju daudzumus

0 30 60 0

1,4

2,8

4,2

5,6

6,0 kWh/kg

%, mitrums

Koksne

Fr�zk�dra

Akme�ogles

1.22.att. Darba masas zem�k� sadegšanas siltuma izmai�a atkar�b� no mitruma.

��misk�

Siltuma

Meh�nisk�

Elektrisk�

1.23.att. Ener�ijas veidu p�rveidošanas sec�ba. 1- kurin�m� elements, 2- MHD p�rveidošana.

1 2

27

pat�r�t�jiem. Elektroener�iju, savuk�rt, var p�rv�rst k� meh�nisk� ener�ij�, t� siltum�.

Organisk� kurin�m� resursus sast�da akme�ogles, nafta un dabasg�ze. Šo kurin�mo ener��tiskais ekvivalents par�d�ts tabul�1.4.

1.4. tabula Izrakte�u kurin�m� resursi

Kurin�mais Izmantojamie kr�jumi Q vienb�s

�eolo�iskie kr�jumi Q vienb�s

Ogles 17,7 266,5 Nafta 3 16,2 G�ze 3 14,3

Kurin�m� zin�mo rezervju atrašan�s vietas par�d�tas 1.24.att�l�. No t� izriet, ka 67% naftas rezervju atrodas Tuvajos Austrumos. Dab�g�s g�zes rezerves 43% apjom� atrodas bijuš�s PSRS teritorij� un 29% - t�pat Tuvajos Austrumos. Tas nosaka kurin�m� transport�šanas izdevumus.

P�c esoš�m zi��m naftas kr�jumi pasaul� var�tu b�t 910486 � t. No tiem 910121� t ir jau ieg�ti. 910160 � t skait�s atkl�t�s atradn�s. 910205 � t v�l j�izp�ta. Šie naftas kr�jumi pieder pie perspekt�viem prognoz�jamiem resursiem. 2000.gad� ieg�tas 9107,3 � t. Pie š�diem ieg�šanas tempiem naftas pietiks 40 gadiem. Bet, iev�rojot to, ka �eolo�isk�s izp�tes rezult�t�

Nafta

zija 4%

Lat��amerika 12%

frika 7%

Tuvie Austrumi 67%

Zieme�amerika 3%

II pasaules valstis 6%

Rietumeiropa 1%

Oke�nija <0.2%

Dabas g�ze

29%

4%

43%

6%

6%

5% 6% <1%

Oke�nija frika Lat��amerika

Zieme�amerika

zija

II pasaules valstis

Tuvie Austrumi

Rietumeiropa

1.24.att. Kurin�m� rezervju sadal�jums pasaul� p�c 1990. gada zi��m.

28 1.27.att. Met�nhidr�ta gabala izskats.

ik 10 gadus kr�jumi pieaug par 3%, var droši uzskat�t, ka XXI gadsimtam naftas pietiks. Augot kurin�m� cen�m, izmantojamos kr�jumos ieskait�s papildu �eolo�iskas rezerves, ko l�dz šim uzskat�ja par nerentabl�m.

Pagaid�m kr�jumos neieskaita met�nhidr�tus, uzkr�tus j�ru šelfos un m�ž�gaj� apledojum�.

Met�nhidr�ta kr�jumi p�rsniedz visu p�r�jo izrakte�u kurin�m� kr�jumus (1.25.att.). Bet t� ieguve saist�ta ar met�na izdal�šanos atmosf�r�, kas ir b�stami, jo met�ns ir g�ze, kas rada siltumn�cas efektu. Tas ir j�ieg�st zem kupola, kas nov�rš g�zes izdal�šanos. Š�da tehnolo�ija v�l nav izstr�d�ta.

Met�nhidr�ts ir veidojies no met�na molekulas, kas iek�auta ledus krist�lisk� rež�� (1.26.att). r�ji tas atg�dina pel�ku, it k� net�ru ledu (1.27.att.).

Organiskais kurin�mais zemes dz�l�s ir kr�jies simtiem t�kstošiem gadu. T� izmantošana ener��tisk�m vajadz�b�m izrais�s sadedzin�šanos no �eolo�isk�s v�stures viedok�a sam�r� �s� laik�. Kurin�m� sadedzin�šanas produkti non�k atmosf�r�, kas rada vides pies�r�ošanu ar putek�iem, s�ra un sl�pek�a oks�diem, og��de�ražiem, og�sk�bo g�zi, kas kait�gi ietekm� dz�ves sf�ru. Tas saist�ts ar att�r�šanas

k�dra 500

dz�vnieku valsts 830

p�r�jais 63

�de�os 980

augu valsts 1400

m�t�nhidr�ts 10000

ogle, nafta, g�ze 5000

1.25.att. Organisk� oglek�a daudzumi * 109t.

1.26.att. Met�nhidr�ta konglomerata kastes veida pseidomolekulas uzb�ve: ledus krist�liskais rež�is un met�na molekula t� dobum�.

29

iek�rtu celtniec�bu un spiež r�p�gi p�t�t iesp�jas samazin�t izrakte�u kurin�m� izmantošanu. Pasaules hidroener��tiskie resursi ir 0,065Q/gad�, kas atbilst dažiem procentiem no prim�r�s ener�ijas bilances. Ekonomiski lietder�gi ir izmantot da�u no šiem resursiem. 1990. gad� ener�ijas izstr�de hidrostacij�s bija 5% no prim�r�s ener�ijas. J�r�in�s ar to, ka pašreiz visi ekonomiski izdev�gie hidroresursi pasaul� ir jau apg�ti. Saules starošanas ener�ija, kas iziet cauri atmosf�rai un sasniedz zemes virsmu, gad� sasniedz 2000 Q. 0,0125% no š� daudzuma sp�tu apmierin�t visas pašreiz�j�s ener�ijas vajadz�bas, bet 0,5% - piln�gi nodrošin�tu vajadz�bas ar� perspekt�v�. Atomener�ijas ieg�šanai izmanto kodolkurin�mo ur�nu un toriju. Ur�nu raksturo sam�r� plaša izplat�ba litosf�r�. T� masas �patsvars sasniedz 3.10-4%. Ekonomiski izdev�gi ieg�t ur�nu atradn�s, kur t� �patsvars ne maz�ks par 0,1%. Š�da ur�na ieg�šanas izmaksa tiek v�rt�ta apm�ram 80$/kg. Šaj�s atradn�s ur�ns ir 1000 reizes bag�t�ks nek� vid�ji, un t� kr�jumi tiek v�rt�ti 3,3.106 t. Ur�na kr�jumu ener��tisk� v�rt�ba ir atkar�ga no reaktoru tipa, kur tas tiks izmantots. Siltumneitronu reaktoros tiek izmantots 0,5-1,5% ur�na kurin�m� un ur�na ener��tiskais ekvivalents atbilst 3,7Q. Protams, ur�na kr�jumu dati ir maz�ki par re�liem sakar� ar v�ju izp�ti daudzos pasaules rajonos. Bet saska�� ar izdar�tiem v�rt�jumiem šo resursu ener��tiskais ekvivalents sp�s pieaugt tikai l�dz 20Q. Tas noz�m�, ka pie re�l�s atomener��tikas att�st�bas šis resurss var tikt izsmelts sam�r� �s� period�.

Izmantojot ur�nu �trneitronu reaktoros, kurin�m� izmantošanas efektivit�te pieaug l�dz 30-40%. Ac�mredzot šin� gad�jum�, nepalielinot ener�ijas izstr�des izmaksas, rad�sies iesp�ja izmantot ur�nu no atradn�m ar t� �patsvaru tikai 0,06% un ieg�šanas izmaks�m l�dz 295 $/kg. J�atz�m� iesp�ja k� kodolener�ijas materi�lu izmantot toriju. T� daudzums gan ir maz�ks, bet ar� izp�te ir v�j�ka.

P�c esošiem datiem kodolkurin�m� izmantošana �trneitronu reaktoros p�c to drošas apg�šanas sp�j nodrošin�t ener�iju daudz�s simtgad�s bez jebk�diem ierobežojumiem.

Turpin�s p�t�jumi vad�mas termokodolreakcijas izstr�des virzien�, kur ir nepieciešami �de�raža izotopi deiterijs un tritijs. Run�jot par ener��tiskiem resursiem ,j�atz�m�, ka tritija dab� nav. To ieg�st, apstarojot

30

ar neitroniem litiju, ko var realiz�t ener�ijas iek�rt�s, ieg�stot termokodolener�iju. Litija resursu pietiek daudz�m simtgad�m.

Dab�gie kodolener��tiskie resursi par�d�ti 1.5. tabul�. 1.5. tabula

Kodolkurin�m� resursi

Ener�ijas ražošanas princips

Kurin�m� veids (iegšanas izmaksa: $/kg)

Resurss Q

Siltumneitronu reaktori Ur�ns ( l�dz 130) 40 trneitronu reaktori Ur�ns ( l�dz 130)

(l�dz 295) Ur�ns oke�n� Ur�ns zemes garoz� l�dz 500 m dzi�umam

1000 2500 340 000 670 000

Termokodolreakcijas reaktori

Litijs k� tritija avots ( l�dz 60) Litijs oke�n� Deiterijs oke�n�

1900 2 750 000 4.109

Atomener��tika ir saist�ta ar b�stamiem radioakt�viem materi�liem un procesa atkritumiem. Tas prasa lielu r�p�bu iek�rtas izv�l� un to izgatavošan�. Pavirša pieeja ekspluat�cijai un tehnolo�iska procesa izv�l� izrais�ja av�riju Gerrisberg� (ASV) un smago katastrofu ernobi��. Šie notikumi zin�m� m�r� diskredit�ja atomener��tiku un rad�ja noteiktu attur�bu atomelektrostaciju celtniec�b�. Taj� paš� laik�, piem�ram, Francij� atomener��tik� koncentr�ti 70% no ener��tisk�s jaudas. Ir noteikti pan�kumi tehnolo�ijas pilnveidošan� un ekspluat�cijas apg�šan�. Tikm�r tiek str�d�ts pie jaunu ,droš�ku atomreaktoru konstru�šanas. Viss tas n�kotn� �aus pamatoti izv�l�ties ener��tisk�s iek�rtas, nepak�aujoties emocion�liem t�l�t�jiem iespaidiem. Pie alternat�v�s ener��tikas pieder ar� j�ru un oke�nu siltuma ener�ija, �eoterm�l� ener�ija, v�ja, j�ru vi��u un paisuma–b�guma ener�ija. Šo ener�ijas veidu potenci�l� ener�ija par�d�ta 1.6. tabul�.

31

1.6. tabula

Alternat�v�s ener��tikas resursi

Alternatvo ener�iju veidi Resurss Q/gad� Saules starojums 0,5% 10 J�ru un oke�nu siltuma ener�ija 1,8 �eoterm�l� ener�ija 1,0 Hidroresursi 0,065 V�ja ener�ija 0,04 J�ru vi��i 0,03 Paisuma-b�guma ener�ija 0,04

Š�s ener�ijas plaša izmantošana ir problem�tiska, jo tas ir saist�ts ar

lieliem materi�lu t�ri�iem sam�r� mazjaud�g�s iek�rt�s.

Jaut�jumi paškontrolei.

1. K�d�s tr�s m�rvien�b�s tiek m�r�ts ener�ijas daudzums? K�da ir sakar�ba starp š�m m�rvien�b�m?

2. K�d�s tr�s grup�s tiek iedal�tas valstis no ener�ijas pat�ri�a viedok�a? 3. K�ds sakars ir konstat�ts starp ener�ijas pat�ri�u un dz�ves l�me�iem? 4. K� ener��tika iespaido vidi? K�di ir iespaida faktori? 5. K�di ir energopat�ri�a att�st�bas scen�riji? 6. Energopat�ri�a att�st�bas perspekt�vas daž�d�s valstu grup�s. 7. K�ds ir normu, standartu un likumu iespaids uz energopat�ri�a att�st�bu? 8. K�das ir iedz�vot�ju skaita izmai�as perspekt�vas? 9. K�di faktori nosaka �patn�jo energopat�ri�u daž�d�s valst�s? 10. K�ds ir sagaid�ms vid�jais energopat�ri�š pasaul� gadsimta beig�s? 11. Kurin�m� veidi, to resursi. 12. Met�nhidr�ts k� kurin�mais perspekt�v�. 13. Atomener��tikas kurin�mais. T� resursi. 14. Saules ener��tikas resursi. 15. Bioener��tika un t�s resursi.

32

2. NODA�A. G�ZU ENER��TIKA

2.1. G�zu likumi.

Meh�nisk�s ener�ijas ieg�šanai no siltuma ener�ijas izmanto g�zu vai tvaiku darba erme�us. To izmantošanas pamat� ir g�zu likumi, kas raksturo spiedienu un temperat�ru. Spiediens raksturo molekulu mijiedarb�bu ar virsm�m un skaitliski l�dzin�s sp�kam, kas darbojas pa norm�li uz erme�a virsmas vien�bu. Starptautisk� m�rvien�bu sist�m� spiediens tiek m�r�ts paskalos ( )Pa ; spiediens – sp�ka �utonos uz 1m2: 2/11 mNPa � . Sakar� ar to, ka š� vien�ba ir maza, praktiski izmanto

PakPa 3101 � (kilopaskals), PaMPa 6101 � (megapaskals). Starp vien�b�m eksist� attiec�ba ,/10/11 242 mkgscmkgsbars �� kur kgs - kilogramsp�ks. Sakar� ar to, N1 - sp�ks, kas piedod 1 kg masai 2/1 sm , bet kilogramsp�ks piedod šai masai 2/81,9 sm pa�trin�jumu, .81,9/1 2 Pamkgs � T�tad .10102,0/101927,01 62 atmkgsmkgsPa �� Spiediena vien�bu attiec�bas par�d�tas 2.1. tabul�. 2.1. tabula

1 Pa 1 bars 0,1 MPa 1 mm dz�vsudraba staba 1 mm �densstaba

1N/m2

0,1 MPa 1,02 Atm 133 Pa 9,807 Pa

Atmosf�ras spiedienu nosaka ar barometru un to sauc par atmosf�risko spiedienu. G�zu spiedienu, kas p�rsniedz atmosf�risko, nosaka ar manometru. G�zes spiedienu, zem�ku par atmosf�risko, nosaka ar

33

vakuummetru un to sauc par retin�jumu. P�d�jie divi ir atkar�gi no atmosf�ras spiediena. Absol�tais spiediens ( p ) ir st�vok�a parametrs . Temperat�ra T ir vielu siltuma kust�bu intensit�tes m�rs. SI m�rsist�m� par temperat�ras m�rvien�bu, kas ir st�vok�a parametrs, pie�emts kelvins ( K ). Praktiski �oti plaši ir pie�emts lietot Celsija gr�du (0C). Attiec�ba starp tiem : .15,273, 0 �� CtKT �patn�jais vielas tilpums �– masas M vien�bas tilpums: ./ Mv�� Vielas �patn�jais tilpums ir apgriezti proporcion�ls t� bl�vumam . Lielumu sal�dzin�šanai, tiem j�vien�do noteikumi. Par ide�l�m g�z�m sauc t�das, kam nav molekulu savstarp�jo mijiedarb�bas sp�ku un to tilpums l�dzin�s nullei. Re�l�s g�z�s š�di sp�ki starp molekul�m darbojas un molekulu tilpums ir gal�gs. Norm�los apst�k�os ide�lo g�zu st�vok�u parametri atširas no re�liem ne vair�k par 3%. Saska�� ar Boila-Mariota likumu, konstat�tu eksperiment�li, g�zu spiedieni pie past�v�gas temperat�ras ir apgriezti proporcion�li to tilpumiem: 1221 // vvpp � , vai .2211 constvpvp �� Saska�� ar Gei-�usaka likumu, sildot g�zes, to tilpumi ir proporcion�li absol�t�m temperat�r�m: .// 2121 TTvv � Abi likumi apvienoti 2.1. att�l�. Saska�� ar Avogadro likumu daž�d�m g�z�m vien�dos tilpumos pie past�v�gas temperat�ras ir vien�ds molekulu skaits, jeb to bl�vumi ir proporcion�li molekul�r�m mas�m � ; ,// 2121 �� jeb: .2211 vv ��

p

v

T

1

2.1.att. Gei-�usaka un Boila-Mariota likumi; 1- izotermas.

34

Re�l�m g�z�m š�s sakar�bas zin�m� m�r� atširas. Klaiperona vien�dojums l�dzsvarot�m ide�l�m g�z�m rada sakar�bu starp spiedienu, tilpumu v un temperat�ru T vienam kg g�zes: .RTpv � Šeit R - g�zes univers�la konstante KkgJ �/ , kas l�dzin�s �/8314�R , kur � - g�zes masas 1 kilomols. G�zes masai G šis nol�dzin�jums ir: .GRTpv � Spriežot p�c m�rvien�b�m, R� un R ir darbs, ko rada 1 kmols vai 1 kg g�zes, izmainoties temperat�rai par 1 K. G�zu molekulu tilpumu iev�ro, samazinot tilpumu par lielumu b, kas saist�ts ar molekulu apjomu. Rezult�t� ieg�st vien�dojumu vienam kmolam: RTbvp �� )( . � moliem g�zes atbilst: .)( RTbvp �� Šaj� vien�dojum� b�tu j��em v�r� pievilkšan�s sp�ki starp molekul�m, kas darbojas trauka sienas tuvum� ( uz molekul�m trauka vid� šie sp�ki ir liel�ki nek� no sieni�u puses). Rezult�t� spiediens, ko rada molekulas uz sieni��m, ir nedaudz maz�ks nek�, ignor�jot pievilkšan�s sp�kus. Izr�d�s, ka spiediena samazin�šan�s ir proporcion�la g�zes bl�vuma kvadr�tam: ,2 ap �� kur �a koeficients, kas raksturo pievilkšan�s sp�kus starp attiec�g�m molekul�m: 2 app i �� , kur p - spiediens g�z�s, ja molekulas nepievelkas. Iev�rojot to, ka v/� � , 2/ vappi �� . Izkori��tais Klaiperona vien�dojums b�s: RTbvvap �� ))(/( 2 , vai kilomolam g�zes ,)))(/(( 2 RTbvvap �� ko sauc Van-der-Valsa v�rd�.

35

Sakar�bas, kas atbilst šim vien�dojumam att�lotas 2.2. att�l�.

Neskatoties uz to, ka šis vien�dojums nedod apmierinošus datus g�zu kondens�cijas zon�, tas ir noder�gs labojumu koeficientu iev�rošanai re�l�m g�z�m, sal�dzinot ar ide�l�m. Šie lielumi ir ieg�ti eksperiment�l� ce��. Termodinamiskos procesus pie�em k� l�dzsvarotus. Par l�dzsvarotiem sauc procesus, kur izmai�as notiek pietiekoši l�ni, sal�dzinot ar laiku, kur� parametri atgriežas l�dzsvar�. Šaj� gad�jum� ermenis atrodas l�dzsvara st�vokl� ar vidi. T�, piem�ram, spiediena izmai�as notiek ar ska�as izplat�šan�s �trumu un, t�tad, š�di procesi ir l�dzsvaroti, ja to �trums ir maz�ks par izplat�šan�s �trumu (sekundes). Toties temperat�ras procesi l�dzsvarojas daudz l�n�k – min�t�s. Nel�dzsvarotos procesos rodas papildu zudumi, kas iespaido iek�rtu lietder�bas koeficientus.

2.2. G�zu izpl�šan�s darbs.

G�zu tilpuma izmai�ai atbilst darbs, virz�ts pret �r�jiem sp�kiem. G�zes saspiežot, t�s uz�em �r�jo sp�ku darbu (2.3.att.). Darbs, ko veic sp�ks t� pielikšanas virzien�, raksturo procesu un l�dzin�s: ,vpspfl ��

p

v T

v

T

p 1

2 5

3 4

6

7

2.2.att. a)Van-der-Valsa likuma korekcijas; b) vielas agreg�tst�vok�i pvT koordin�t�s 1- ciet� f�ze, 2- ciet� f�ze un šidrums, 3- ciet� f�ze un tvaiks, 4- šidrums un tvaiks, 5- šidrums, 6- tvaiks.

a) b)

36

kur p - spiediens; f - virzu�a virsmas laukums; s� - t� st�vok�a izmai�a; v� - g�zes tilpuma izmai�a.

Attiec�gi .pdvdl �

G�zes st�vok�a parametrus var att�lot, piem�ram, vp � (spiediena – tilpuma) koordin�tes (2.3.att.), kur aizstr�potais laukums, raksturojošs parametru izmai�u, atbilst darbam. Tas raksturo ener�ijas �r�jo izpausmi jeb kin�tisko ener�iju. Bez tam g�zu molekul�m atbilst potenci�l� ener�ija, ko nosaka molekulu mijiedarb�ba atkar�b� no atstatumiem starp t�m, t�tad, atkar�b� no molekulu siltuma kust�b�m. Summ�ro ener�ijas izmai�u nosaka kin�tisk�s un potenci�l�s ener�iju izmai�as: pk uuq �� . Saska�� ar pirmo termodinamikas likumu siltums, kas tiek pievad�ts darba ermenim (sist�mai), tiek izmantots t� iekš�j�s ener�ijas pieaugumam un darba ieg�šanai. Potenci�l�s ener�ijas izmai�u nosaka temperat�ras 12 TT � izmai�a pie nemain�ga tilpuma: )()()( 1212 TTcTfTfu v �� . Šeit vc - g�zes siltumkapacit�te pie nemain�ga tilpuma.

l0

q1

q2

v1 v2 v

n

2

1

1�

m

0 2�

P

2.3.att. Darba grafiks pv koordin�t�s.

q0

q1

q2

s1 s2

s

n 2

1

m

T

�s = s2 - s1

v1 =const

v 2 =

con

st

2.4.att. Darba grafiks Ts koordin�t�s.

37

Attiec�gi: dTcdu v� . Š� vienl�dz�ba saglab�jas gad�jum�, ja process notiek ar tilpuma izmai�u, jo iekš�j�s g�zes ener�iju, atkar�gu tikai no temperat�ras un t�s izmai�as, var att�lot k� koeficientu, reizin�tu ar temperat�ru. Rezult�t�: pdvdTcuduq vkp �� .

Parametri Tvp ,, ir st�vok�a parametri un to diferenci��i ir t� saucamie pilnie diferenci��i, jo tie nav atkar�gi no procesa gaitas. Turpret� darbs ir atkar�gs no t�. T�, piem�ram, 2.3.att�l� process starp koordin�t�m 1-2 var notikt pa daž�diem ce�iem. Katrs no tiem atbilst daž�da darba daudzumam. T�p�c diferenci�lis nav pilns un tiek apz�m�ts ar ku� . L�dz ar to ar� siltumam atbilst nepilns diferenci�lis q� . Iev�rojot to, ka RTpv � , RdTpdv � . T�tad dTcdTRcRdTdTcq pvv �� )(� .

Lielums pv cRc �� ir siltumkapacit�te pie past�v�ga spiediena. Mainoties

spiedienam, da�a siltuma p�rv�ršas darb�. T�p�c vp cc � . Ide�l�m g�z�m iekš�jo ener�iju pie�em l�dz�gu nullei pie t� saucamiem norm�liem apst�k�iem - 760,00 �� pCt mm dz�vsudraba staba. Darbu SI vien�bu sist�m� izsaka džoulos (J).Iekš�jo ener�iju kgJ / vien�b�s. Ja erme�u temperat�ras ir daž�das, tad starp tiem notiek siltuma apmai�a tiešas saskares vai starojuma veid�. Siltums var tikt p�rv�rsts darb� vai darbs siltum�. Bez džouliem siltuma un darba m�rvien�bas var b�t kalorijas (cal) un kilovatstundas (kWh). Starp t�m ir sekojošas attiec�bas: kcalkJkWh 86036001 �� .

2.3. Termodinamiskie procesi g�z�s.

Darba erme�a st�vok�a izmai�u raksturo pamatparametri: .,, Tvp T� st�voklis izmain�s, pievadot vai nepievadot tam siltumu, vai ar� meh�niski saspiežot vai paplašinot.

38

Saska�� ar pirmo termodinamikas likumu siltums, ko pievada darba ermenim (sist�mai), tiek izmantots t� iekš�j�s ener�ijas palielin�šanai un darba ieg�šanai. Termodinamiskos procesos, notiekot izmai��m, apraksta sakar�bas starp šiem parametriem. Parasti praktiska v�rt�ba ir procesiem, kur k�ds no parametriem nemain�s vai ar� nenotiek siltuma apmai�a ar vidi. Darbs tiek raksturots ar st�vok�a parametriem ., pv St�vokli raksturo ar� T , bet ir nepieciešams st�vok�a parametrs, saist�ts ar siltumu, kas pats, k� redz�j�m, nav st�vok�a parametrs, bet tikai raksturo procesu ( t� diferenci�lis ir nepilns). R.Klauziuss lika priekš� parametru Tqs /�� , ko nosauca par entropiju, KkgJ ./ vien�b�s. Pirm� termodinamikas likuma izteiksm�

dvv

RTdTcpdvduq v �� .

Izdal�sim to ar T: vRdvTdTcTq v /// �� . Sakar� ar to, ka vc un R ir konstantes, vien�dojumu ir viegli integr�t:

)/ln()/ln(/ 1212 vvRTTcTq v �� .

Lab� vien�dojuma puse piln�gi noteikta ar parametru T un v gal�j�m v�rt�b�m. T�tad kreis�s puses integr�lim ir vien�g� v�rt�ba neatkar�gi no ce�a pa kuru sist�ma p�riet no s�kuma st�vok�a pie temperat�ras 1T l�dz beigu punktam 2T . Tas noz�m�, ka Tq /� ir piln�gs diferenci�lis un, t�tad, ir st�vok�a parametrs, ko var izmantot termodinamisko sist�mu p�t�jumiem. Entropijas izmai�a l�dzin�s

��2

112 // TqTqsss � ,

kur q� - siltuma daudzuma izmai�a proces�. Rezult�t� r�c�b� ir �etri parametri termodinamisko procesu izp�tei:

sTvp ,,, . Procesus var raksturot vai nu spiediena-tilpuma - vp, vai sT , koordin�t�s. Attiec�gi:

pdvTdsdu �� . Tagad p�c k�rtas apskat�sim procesus ar vienu nemain�gu parametru. Raksturojot ener�ijas veidu p�rv�rt�bas, apz�m�sim siltumu ar

39

apli , iekš�jo ener�iju (temperat�ras izmai�as veid�) ar tr�sst�ri un darbu ar �etrst�ri .

Izohorais process. Šaj� gad�jum� nemain�s tilpums: �v const. Saska�� ar Klaiperona izteiksm�m:

11 RTvp � un 22 RTvp � . T�tad 1212 // ppTT � . Iev�rojot to, ka dv=0:

)/ln()/ln(/ 2112

2

1

2

1

ppcTTcTdTc

Tdqs vvv �� .

Procesi Pv un Ts koordin�t�s par�d�ti 2.5. att�l�. Redzam, ka ener�ijas apmai�a notiek starp pievad�to siltumu un darba erme�a iekš�jo ener�iju.

Izob�rais process. Šaj� gad�jum� �p const.

P�c Gei-�usaka izteiksmes 1212 // TTvv � ;

v, m3/�g

2

1

+q

q

v

l

p, P�

2�

-q

S �J/(�g�)

T, K

2

2�

1

s2� s1 s2

q(+) q(-)

T1

T2

2.5.att. Izohorais process.

a) b)

l

40

)()( 122

2

12 TTRvvppdvl �� ;

)( 12.

2

1

TTcdTcu vidpp �� ;

)/ln( 12 TTcs p�� .

Procesa raksturs pv un Ts koordin�t�s par�d�ts 2.6. att�l�. L�nija, atbilstoša izob�rai, ir l�zen�ka par izohora procesa l�niju sakar� ar to, ka

vp cc � . Ener�iju apmai�a notiek starp siltuma pievad�šanu un k� iekš�jo erme�a ener�iju, t� ar� darbu.

Izotermiskais process. Šin� gad�jum�: .constT � (1) 2112 // vvpp � , (2) un process pv koordin�t�s atbilst vien�ds�nu hiperbolai. Sakar� ar to, ka proces� iekš�j� ener�ija nemain�s, visa ener�ija p�rv�ršas darb� lu �� , kas l�dzin�s:

S, �J/(�g�)

2

2� T2�

T1 1

-q +q

s2� s1

s2

T2

T, K

v=const

p=const

v, m3/�g

+l

2 1

-l

2�

v1 v2

�

l

q v

-q +q

p, P�

p

a) b)

2.6.att. Izob�rais process.

41

2

1

1

22

1

lnpp

RTvv

RTvdv

RTpdvl �� , (3)

un entropijas izmai�a, �emot v�r� (1) un (3):

1

2

2

1 lnln/vv

Rpp

RTqs �� ,

kas att�lots (2.7. att.).

Adiab�tiskais process. Šaj� gad�jum� 0�ds , jeb ,0�du t.i . dTcpdv v�� . Parasti šis process notiek tik �tri, ka siltuma apmai�a ar vidi praktiski nepasp�j notikt. Aizvietojot vRTp /� , ieg�stam

.dTcdvv

RTv��

T�tad:

TdT

cvdv

R v�� .

Integr�jot:

1

2

1

2 lnlnTT

cvv

R v�� ,

jeb

l

q v

+q

-q

1

2

2

+l -l

v, m3/�g v2 v1

� v2�

p, P�

+q

2 1

-q

2�

s1 s2

�

T, K

T

s

S, �J/(�g�) a) b)

2.7.att. Izotermiskais process.

42

2

1

1

2/

1

2 lnln)ln(TT

TT

vv

vcR �� .

Potenc�jot šo vien�dojumu:

2

1/

1

2 )(TT

vv

vcR � ,

jeb: ./

22/

11 constvTvT vv cRcR �� Izmantojot šaj� izteiksm�: ,RTpv � Rcc vp �� un vp cck /� , ieg�stam: .constpv k � kur k = 1,66 vienatomu, 1,4 – divatomu un 1,33 daudzatomu g�z�m.

Šis vien�dojums raksturo adiab�tisko procesu, kas pv un Ts koordin�t�s atveidots 2.8.att�l�. Šaj� gad�jum� notiek apmai�a starp iekš�jo un kin�tisko ener�iju.

Iev�rojot to, ka 1�k adiab�tisk� l�kne pv koordin�t�s izmain�s strauj�k nek� izotermisk� proces�.

l

q v

1

2

2�

+l -l

v, m3/�g v2 v1

� v2�

p, P�

Pvk

Pv

izoterma

2

1

2

s1=s2 S �J/(�g�)

T, K

s=const

a) b)

2.8.att. Adiab�tiskais process.

43

2.4. G�zu termodinamiskie procesi.

Process, k� rezult�t� g�ze p�c st�vok�u virknes, atgriežas s�kuma st�vokl�, sauc par nosl�gtu procesu. Sidi Karno 1824.g. lika priekš� nosl�gtu ciklu, kas saucas vi�a v�rd�. Nosl�gt� cikl� j�izmanto karsts ermenis ar temperat�ru 1T un auksts ermenis ar temperat�ru 2T . Cikls sast�v no div�m izoterm�m un div�m adiab�t�m (2.9.att.).

Punkt� 1 darba g�zei tiek padots siltums 1q ar temperat�ru 1T un g�ze izplešas, saglab�jot temperat�ru (izoterma). Punkt� 2 – s�kas adiab�tisks process. Punkt� 3 notiek g�zes saspiešana ar siltuma atdevi 2q aukstam ermenim pie temperat�ras 2T . Punkt� 4 s�kas adiab�tiska saspiešana, atgriežot darba ermeni s�kotn�j� st�vokl�. Termisko lietder�bas koeficientu nosaka k� ieg�ta darba attiec�bu pret ener�iju (siltumu), pievad�tu no karst� erme�a:

121

21 /1 qqq

qq��

��

Iev�rojot to, ka sTq ��

).(

);(

4322

1211

ssTq

ssTq

��

��

Sakar� ar to, adiab�tiskiem procesiem 2-3, 4-1, 41 ss � un 32 ss � , 1243 ssss ��

l0

T1 = const

T2 = const

1

2

4 3

q1

q2

T1

T2

v, m3/�g

p, P�

q0 = q1 – q2

q2

q1 2

1

c

3 4

a

3� 4�

b

T1

T2

s2,3s1,4 S

�J/(�g�)

T, K

a) b)

2.9.att. Karno cikls.

44

un

12121

432 /1)()(

1 TTssTssT

��

��

P�c š�s izteiksmes var izdar�t virkni secin�jumus. 1. Termiskais lietder�bas koeficients ir atkar�gs tikai no karst� un aukst�

erme�a absol�t�m temperat�r�m un nav atkar�gs no darba erme�a dabas.

2. Sakar� ar to, ka aukst� erme�a temperat�ra 2T ir vienm�r pozit�vs lielums, pievad�mo siltumu piln�gi nevar p�rv�rst darb�, jo t� da�a

2q veid� tiek nodota aukstam ermenim. No šejienes izriet otrs termodinamikas likums, saska�� ar ko nosl�gt� proces� pievad�mo siltumu nevar piln�gi p�rv�rst darb�, jo da�u no t� novada augstais ermenis (vide).

Karno ciklam ir augst�kais nosl�gto termodinamisko procesu lietder�bas koeficients. Re�lo maš�nu cikliem termiskais lietder�bas koeficients ir zem�ks.

2.5. Aizdedzes dzin�ju termodinamiskais cikls.

Dzin�ju izgudroja N.A. Otto (1876.g.). Taj� tiek izmantots cilindrs ar virzuli un v�rstiem, caur kuriem tiek padots kurin�mais un vid� izlaisti sadegšanas produkti. Process s�kas punkt� 1 (2.10.att.). Virzulis, kust�damies l�dz

q0

3

2

1

4

T,K

q1

q2

S1 S4 S �J/(�g�)

l0

v2 v1 v, m3/�g

q1

q2 1

4

3

2

�, P�

a) b)

2.10.att. Otto dzin�ja cikls.

45

augš�jam st�voklim, saspiež gaisu. Augot spiedienam, gaiss sasilst no 1T l�dz 2T . Šaj� moment� caur atv�rušos v�rstu tiek padots kurin�mais, ko dzirkstele aizdedzina. Kurin�mais sadeg, izdalot siltumu 1q . G�ze izpl�šas l�dz 3p un t� temperat�ra pieaug l�dz 3T . L�nija 2-3 ir izohora. Virzu�a kust�bas gaita 3-4 g�ze izpl�šas p�c adiab�tes. Spiediens un temperat�ra samazin�s. Punkt� 4 izlaides v�rsts atveras un sadegšanas produkti tiek izlaisti atmosf�r� (izohora).

Sakar� ar to, ka:

),(

);(

142

231

TTcq

TTcq

v

v

��

��

termiskais lietder�bas koeficients:

1/1/

1)(

123

14

2

1

23

14

�

��

�

��

TTTT

TT

TTTT

T� .

Adiab�t�m ;)/(/ 11

2112�� kkvvTT 1

21 /1/ �� kTT � ; 11

211

3443 )/()/(/ �� kkk vvvvTT � . T�tad: 1

4412 // �� kTTTT � . L�dz ar to: 1

1423 // �� kTTTT � , un 1/11 �� k�� . Šeit � - kompresija, k – lielums, atkar�gs no g�zu fizik�l�m �paš�b�m (atomu skaita molekul�s). Spiediens saspiešanas beig�s (punkts 2) sasniedz 1,0-1,5 MPa un temperat�ra ir 500-6500C. Pie šiem parametriem kurin�mais nedr�kst aizdegties (deton�t). T� sadegšana notiek, padodot aizdedzin�šanas dzirksteli. P�c tam spiediens cilindr� sasniedz 3,0-5,0 MPa un temperat�ru 2000-25000 C. Degšanas produktu izlaišana notiek pie spiediena 0,105 – 0,115 MPa, t�tad, nedaudz augst�k� par atmosf�ras spiedienu un temperat�r�m 900-10000C. Aizdedzes dzin�ju lietder�bas koeficients atrodas diapazon� 0,25-0,40.

46

2.6. Dze�a dzin�ja termodinamiskais cikls.

1897.g.š�du dzin�ju lika priekš� R.Dizels. Š� iekšdedzes dzin�ja cikls par�d�ts 2.11.att�l�. Tas t�pat k� iepriekš�j�m dzin�jam s�k�s punkt� 1. Gaiss cilindr� tiek saspiests pa adiab�ti, bet l�dz spiedienam 4,0 – 4,8 MPa, un temperat�rai 9000 C, kas p�rsniedz kurin�m� aizdegšanas

temperat�ru. Kurin�mo padod s�knis, š�ircinot to cilindr� zem spiediena. Degot kurin�majam (2-3) virzulis s�k kust�bu atpaka�virzien� (izob�ra). Beidzoties degšanai (3), process turpin�j�s pa adiab�ti l�dz izp�šanai (4). �emot v�r�, ka: );( 231 TTcq p ��

)( 142 TTcq v �� ; un apz�m�jot iepriekš�jo retin�šanas pak�pi k�: 2323 // TTvv �� , ieg�stam termisko lietder�bas koeficientu ( izlaižot p�rveidojumus):

1

1111

1

1 ��

��

�

��

k

kT k,

no k� izriet, ka lietder�bas koeficients ir jo liel�ks, jo liel�ka ir kompresija � un maz�ka iepriekš�j�s retin�šanas pak�pe. Sal�dzinot aizdedzes un Dize�a dzin�ja ciklus, n�kam pie sl�dziena, ka p�d�j� lietder�bas koeficientu var�tu papildus palielin�t, ja kurin�m� degšanas s�kum� izmantotu izohoru.

l

v2 v1 v, �3/�g

q1

q2 1

4

3 2

�, ��

p,v=const

q

3

2

1

4

T,K

q1

q2

S1 S4 S �J/(�g�) a) b)

2.11.att. R.Dizela dzin�ja cikls.

47

2.7. Trinklera termodinamiskais cikls.

G.V. Trinklers pilnveidoja Dize�a dzin�ju, pielietojot forkameru, ko savieno ar cilindru šaurs kan�ls (2.12.att.).

Punkt� 2 gaisa temperat�ra par 200-3000 C p�rsniedz kurin�m� aizdegšan�s temperat�ru. Kurin�mais zem spiediena tiek iesmidzin�ts forkamer�. T� maz�k� da�a moment�ni sadeg (v =const), veidojot procesu 2-5, pievadot darba ermenim siltumu '

1q . Forkamer� izveidojies paaugstin�ts spiediens, izgr�ž v�l nesadegušo kurin�mo, kas sadeg cilindr�, virzulim kustoties pie v = const. Šaj� laik� veidojas otr� pievad�t� siltuma da�a ''

1q . Turpm�kais atk�rto iekšdedzes dzin�ju procesus. Šaj� gad�jum�:

).(

);(

;

53"1

25'1

"1

'11

TTcq

TTcq

qqq

p

v

��

��

��

Apz�m�jot spiediena paaugstin�šanas pak�pi k�:

3

2 1

p=const 3 5 q1��

q1�

p2

p3

p

v1 v4 v2

�q=0

q2

�q=0

v

1

4 T1

�q=

0

�q=

0

q2

q1��

q1�

2

5

3

4

1

l�

a c b S

T

T4

T3

T2

2.12.att. Trinklera dzin�ja cikls.

48

252325 /// TTpppp �� , un iepriekš�j�s retin�šanas pak�pi ar: 532353 /// TTvvvv �� , ieg�stam lietder�bas koeficientu:

)1()1(

11

1

1 ��

�

� ��

��

k

k

k.

Lietder�bas koeficients palielin�s, augot kompresijai un mazinoties iepriekš�j�s retin�šanas pak�pei. Iev�rojot to, ka atg�z�m piem�t noteikta kin�tiska ener�ija, iekšdedzes dzin�ju lietder�bas koeficientu var papildus palielin�t, izmantojot izp�šanas turb�nu, kas darbina kompresoru cilindra spiediena paaugstin�šanas nol�kos. Š�da iek�rta pad�rdzina dzin�ju un t�p�c to izmanto gad�jumos, ja tie tiek ilgstoši nep�rtraukti darbin�ti. Sal�dzinot iekšdedzes dzin�ju lietder�bas koeficientus pie optim�l�m kompresij�m (Dize�a un Trinklera dzin�jiem ,1816 �� Otto ciklam 9�� izr�d�s, ka visaugst�kais lietder�bas koeficients ir Trinklera ciklam, bet viszem�kais – Otto ciklam (2.13.att.). Apskat�sim dažus termisk� lietder�bas koeficientu piem�rus. Otto dzin�ju termiskie lietder�bas koeficienti pie kompresijas 6�� l�dzin�s t� = 44,6%, bet pie 9�� , t� = 51,5%. Kas attiecas uz Dize�a dzin�ju, tad pie 2,11�� , 5,2� un maksim�l� spiediena 2,5 MPa t� = 0,46, bet Trinklera cikla dzin�jam t� = 0,55, pie maksim�l� spiediena degšanas procesa beig�s MPap 3,8� . Ekonomisko iekšdedzes dzin�ju efektivit�ti nosaka ne tikai termiskais, bet ar� meh�niskais un indikatora lietder�bas koeficientiem. Indikatora koeficients �i iev�ro 1p zudumus, kas ir saist�ti ar siltumapmai�u starp cilindru sieni��m un darba ermeni, nebl�vumiem, v�rstu pretest�b�m, kurin�m� degšanas nepiln�b�m utt. Meh�niskais lietder�bas koeficients m� iev�ro berzes zudumus.

l�

q2

q1

3diz

3tr

3��

4

5

2��

2

1

S

�

2.13.att. Iekšdedzes dzin�ju ciklu sal�dzin�jums

49

Rezult�jošais ekonomiskais lietder�bas koeficients l�dzin�s: mitl ��

Rezult�jošie lietder�bas koeficienti ir daudz maz�ki par termiskiem. Sal�dzinot iekšdedzes dzin�jus, j�iev�ro termodinamisko ciklu vid�jo parametru attiec�bu: kompresiju un temperat�ru. Otto dzin�jos kompresiju ierobežo kurin�m� deton�cija. T�p�c Dize�a tipa dzin�jiem, kam ir augst�ki vid�jie spiedieni un temperat�ras, ir augst�ki termiskie lietder�bas koeficienti. Toties Otto dzin�jiem ir maz�ki meh�niskie spriegumi, t�tad tie var tikt izgatavoti no viegl�kiem materi�liem, piem�ram, alum�nija, un tiem ir maz�ks svars. Dize�a tipa dzin�jos var izmantot zemo šir�u kurin�mo, kas ir l�t�ks. Pie maz�m Otto dzin�ju slodz�m un maziem apgriezieniem kurin�m�-gaisa mais�jums rada samazin�tu spiedienu un sadegšana ir nepiln�ga. Tas mazina lietder�bas koeficientu, seviši pils�t�s. Toties, Dize�a dzin�jos cikls vienm�r s�kas pie vien�da s�kotn�j� spiediena. Palielin�t� svara d�� Dize�a dzin�jiem ir liel�ka inerce un vad�t�ji s�dzas par pazemin�tu maš�nu pa�trin�jumu. Dzin�ju lietder�bas koeficients – 0,40 – 0,53. Iekšdedzes dzin�jos notiek eksploz�va kurin�m� sadegšana. Tas rada palielin�tas vibr�cijas. Jaudas attieksme pret svaru tajos ir sam�r� augsta. Rezult�t� š�dus dzin�jus izmanto galvenok�rt transport� un p�rvietojam�s ener��tisk�s iek�rt�s.

2.8. Iekšdedzes dzin�ji un vide.

Pie augst�m temperat�r�m, kas rodas iekšdedzes dzin�jos augsto kompresiju rezult�t�, atg�z�s veidojas sl�pek�a oks�di xNO . Atg�z�s ir ar� nesadeguši og��de�raži, kas saules staru iespaid� atmosf�r� oksid�jas, veidojot vesel�bai b�stamas vielas. Lai samazin�tu og��de�raža izmešus automobi�os, parasti p�riet uz liel�ku gaisa saturu, veidojot nabadz�g�kus mais�jumus. Bet tad liekais sk�beklis veido liel�ku xNO daudzumu. Sl�pek�a oks�di gais� veido kod�gu g�zi, kas piedod smogam br�nganu nokr�su. Ar papildu gaisa daudzumu, ko padod kurin�m� vai sl�p�t�j�,

50

sam�r� vienk�rši tika gal� ar tvana g�zi un og��de�ražiem. Toties ar sl�pek�a oks�diem ir gr�t�k. Šie izmeši tiek norm�ti ar likumiem. Modern� atg�žu toksiskuma samazin�šanas sist�ma – katal�tiskais

atjaunojošs-oksid�jošs konverters ir ilgstošo r�p�go p�t�jumu rezult�ts. Tos boj� etil�tais benz�ns. Naftas p�rstr�des r�pniec�bas p�reja uz neetil�tiem benz�niem izmaks�ja desmitus miljardu dol�ru. Etil�na benz�nu ražošanu s�ka samazin�t 1986.g. Turpm�k� iekšdedzes dzin�ju kurin�m� att�st�ba par�d�ta 2.14.att. No t� redzams, ka etil�t� benz�na �patsvars Rietumu valst�s pašreiz nep�rsniedz 10%. Tikpat sarež��ti bija ieviest konverteru ražošanu. T� pamatelements ir korpus� ievietots monol�ts, kas sast�v no kan�lu-š�n�m 1 mm2 plat�b� ar 0,04 – 0,05

2.15.att. Atg�žu konverteri, kas �misko p�rv�rt�bu virkn� p�rv�rš kait�gos savienojumus og�sk�b� g�z�, sl�pekl�, un �dens tvaik�.

0

100

80

60

40

20

1983 1985 1990 2000 1995

Premium etil�tais l�dz 0,4 g/l

Premium etil�tais l�dz 0,15 g/l

Premium un Normal etil�tais

Premium un Normal etil�tais Premium

bez svina

2.14.att. Benz�nu tipu att�st�ba augstokt�nu izookt�nu virzien�.

51

mm biez�m sieni��m, kas izgatavoti no termostabila ner�s�joša t�rauda vai keramikas (2.15.att.). Uz š�nu sieni��m ar speci�lu tehnolo�iju uzkl�ts plat�na sl�nis, kura kop�j� masa ir 3-5 gr. Konverters, ko novieto zem gr�das priekš�jo s�dek�u zon�, darbodamies sakarst l�dz 9000, t.i. l�dz sarkankv�lei un ir efekt�vs pie noteiktas gaisa proporcijas kurin�m� svara da��s. To nesp�j nodrošin�t karburators un, t�tad, no t� atsak�s un p�riet uz elektronisko dzin�ju vad�bu. T� darbu iespaido ar� virzu�gredzenu izdilumi vai aizdedzes sve�u defekti. Konvertera darb�bas m�žs – 80 000 km. P�d�jos 20 gados Eiropas atg�zu toksiskuma normas tvana g�zei samazin�j�s 20 reizes, sl�pek�a oks�diem un og��de�ražiem – 17 reizes (2.16.att.). 1990. gad� V�cijas Feder�laj� republik� bija 30 milj. automobi�i, divreiz vair�k nek� pirms 20 gadiem. Toties tvana g�zes izmeši samazin�j�s no 5,4 milj.t l�dz 2,2 milj.t, sl�pek�a oks�di no 475 milj.t. l�dz 355 milj.t. 2010.g. paredz�ts samazin�t tvana g�zes izmešus, sal�dzinot ar esošo par 82%, og��de�ražus par 78% un sl�pek�a oks�dus par 83%.

2.9. Deton�cija.

No 2.5.§ izriet, ka Otto dzin�ja lietder�bas koeficients ir atkar�gs no kompresijas pak�pes. T�p�c tai j�b�t p�c iesp�jas augst�kai. To var pan�kt, samazinot cilindra darba apjomu, virzulim sasniedzot augš�jo st�vokli. Diemž�l tas ir saist�ts ar zin�m�m probl�m�m. Re�l� dzin�j� process notiek pie main�g� tilpuma. Lai liel�ka sadegšanas procesa da�a notiktu pie minim�l� tilpuma, dzirksteli aizdedzina nevis taj� moment�, kad virzulis sasniedz augš�jo st�vokli, bet mazliet agr�k. Liesmas izplat�šan�s kurin�m� mais�jum� notiek ar gal�gu �trumu un

0.1

1

10

100

1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004

2.16.att. Sasniegtie atg�zu toksiskuma l�me�i.

CO

CH+NOx

52

maksim�lais spiediens, kas tiek sasniegts kurin�mam sadegot, iest�jas, virzulim kustoties uz leju. Liesma, aizdegoties no aizdedzes sveces, izplat�s ar �trumu 10-20 cm/sek (2.17.att.). Sadegšanas proces� virzu�a darba tilpums sadal�s div�s da��s. Pirmo da�u liesma jau aptv�rusi, t�s temperat�ra p�rsniedz 20000C un taj� veidojas videi kait�gie sl�pek�a oks�di xNO . Auksto da�u liesma v�l nav sasniegusi, un taj� notiek nepiln�ga kurin�m� sadegšana un rodas kv�pi. K� zin�ms, adiab�tisk� saspiešan�, pieaugot spiedienam, aug ar� temperat�ra, kas var sasniegt kurin�m� pašaizdegšan�s v�rt�bu. Š�di pirmsaizdedzes oksid�cijas procesa produkti sadeg daudz �tr�k nek� kurin�m� pamatmolekulas. Liesma izplat�s ar �trumu 1500 – 2000 m/sek. T�tad, t� vairs nav degšana, bet spr�dziens jeb deton�cija, kas ir b�stama dzin�ja meh�nismam, jo izsauc impulsveida p�rslodzes un dzin�ja p�rkaršanu. Spiedieni un temperat�ras, pie k� notiek deton�cijas, ir atkar�gi no kurin�m� molekulu strukt�ras, kas parasti satur 6-10 oglek�a atomu un vair�k nek� divreiz liel�ku �de�raža molekulu skaitu. Molekulas, kas veido l�nijveida �di – gept�nu, deton� pie sam�r� zem�m saspiešanas pak�p�m. Toties, ja kurin�m� molekulas veido sazarotas �d�tes, kas atbilst izookt�na strukt�r�m, deton�cijas briesmas iest�jas pie daudz augst�k�m saspiešanas pak�p�m un, t�tad, tas ir iztur�g�ks pret deton�ciju. Š�s strukt�ras veido deton�cijas skalas pamatu, kas raksturo kurin�m� iztur�bu pret deton�ciju. Nosakot deton�cijas robežu, kurin�mo ar zin�mu izookt�na �patsvaru sadedzina speci�l� testu dzin�j�, kur var main�t saspiešanas pak�pi. To izmaina, l�dz kam�r s�kas noteikta sitienu intensit�te. Ja šo kritisko saspiešanas pak�pi att�lo grafiski, tad veidojas

2.17.att. Kurin�m� degšanas process cilindr�.

� = 6,3

100 50 (75) 0

2.18.att. Test�šanas dzin�ja raksturl�kne.

izooktana %

�kr

53

raksturl�kne, kas ir par�d�ta 2.18 att�l�. Kurin�majam l�dz ar to piesavina noteiktu okt�na skaitli, kas raksturo izookt�na procentu�lo �patsvaru mais�jum� ar norm�lu gept�nu. Gad�s, ka ekstrapol�jot raksturl�kni, okt�na skaitlis ir augst�ks par 100. Tas noz�m�, ka kurin�mais ir stabil�ks par to, kas atbilst parastam izookt�nam. L�dz šim gept�na kurin�majam okt�na skaitli paaugstin�ja, piejaucot neliel� daudzum� (daži cm3uz litru) svina tetraetilu, kam molekula stipri sazarota.Š� viela pies�r�o vidi ar svinu, kas ir toksisks. T�p�c p�d�j� laik� etil�to benz�nu aizliedz un pilnveido naftas p�rstr�des metodes izookt�na �patsvara paaugstin�šanai. Deton�cijas probl�ma nav atrisin�ta l�dz galam un t�s izp�tes turpin�jums cieši saist�ts ar iekšdedzes dzin�ju pilnveidošanu. Šaj� zi�� v�r�bu pelna kurin�m� sadegšanas veids, kas tiek izmantots d�ze�dzin�jos. Šeit kurin�m� aizdegšan�s notiek nevis no �r�j� avota – aizdedzes sveces, bet darba telpas temperat�ras d��, kas tiek sasniegta adiab�tisk�s saspiešanas proces�. Rezult�t� kurin�mais aizdegas vis� telp� vienlaic�gi, liesmai izplatoties ar �trumu 1500-2000 m/sek, un noris k� spr�dziens. L�dz ar to tiek nodrošin�ta piln�ga sadegšana, kas ce� lietder�bas koeficientu un mazina og��de�ražus atg�z�s kv�pu veid�. Atliek tikai samazin�t meh�nisko triecienu un sadegšanas temperat�ru, atbild�gu par sl�pek�a oks�du rašanos, un nodrošin�t kurin�m� aizdegšanos stingri noteikt� virzu�a st�vokl�. Meh�nisko triecienu un temperat�ru samazina, orient�joties uz �oti nabadz�gu kurin�m�-gaisa mais�jumu, ko nesp�j aizdedzin�t pat aizdedzes svece. To pan�k, iesmidzinot kurin�mo un gaisu cilindr� attiec�b�

H

C

H

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

H C

H

Gept�ns

H

C

H

H

HCH

C

HCH

H

H C

H

H

C

H

HCH

C

H

H H

H Izookt�ns

H

C

H

H

H

C

H

H

H C

H

HCH

Pb

HCH

H

C

H

HCH

H

H

HCH

Tetraetils

54

1:50, atsakoties no karburatora, kas nodrošina attiec�bu tikai l�dz 1:15. Aizdedzin�šanas precizit�ti laik� var nodrošin�t, padodot cilindr� noteikt� mirkl� un proporcij� atg�zi no tikko iepriekš nostr�d�juš� cilindra. Tas strauji pace� darba telpas temperat�ru un nodrošina aizdedzes precizit�ti laik�. Š�ds perspekt�vs risin�jums tiek p�t�ts un tas var k��t par daudzu probl�mu risin�jumu. Atliek nodrošin�t mais�juma proporcijas pie daž�d�m noslodz�m, ko viegli var pan�kt hibr�da (elektro-iekšdedzes dzin�ju) maš�n�m, kur slodzes main�go komponenti uz�em akumulatori un elektropiedzi�a, bet iekšdedzes dzin�js, str�d� konstant� optim�l� rež�m�, vai ar� parast� maš�n� ar mikroprocesora vad�šanu slodžu plaš� diapazon�.

2.10. Automobi�u n�kotne.

Automobi�u parks pasaul� att�st�s dinamiski (2.19.att.). Pašreiz pasaul� ekspluat� apm�ram 700 milj. maš�nas. T�p�c automobi�u att�st�bas tendences pieder pie galven�m pasaules probl�m�m. Galvenais ir kurin�mais. L�dz šim k� kurin�mo izmantoja benz�nus un d�ze�degvielu. Aktu�la ir automobi�u darb�bas p�rvešana uz g�zi (2.20.att.). Paral�li paredz�ts pilnveidot aizdedzes dzin�jus, atsakoties no karburatora. Tas var j�tami celt lietder�bas koeficientu. Liela v�r�ba tiek dota maš�nas aerodinamikai. Rezult�t� plaši lietojam�m viegl�m automaš�n�m kurin�m� pat�ri�š ir jau sasniedzis 3 l uz 100 km. N�košais att�st�bas etaps ir automobi�i ar g�zes turb�nas piedzi�u. L�dz ar to mazin�s vibr�cijas un pieaug komforts. K� kurin�mais interesi izsauc �de�radis. Tam sadegot, veidojas dabai nekait�gs �dens. To var glab�t balonos vai cietvielu absorberos. Ir

700 miljoni

600

500

400

300

200

100

1960 1980 1999

4

3 2

1

2.19.att. Automobi�u skaits pasaul� 1.- Amerik�, 2.- Eirop�, 3.- zij�, 4.- frik� un Oke�nij�.

55

zin�mas vielas, kur var absorb�t �de�radi lielos daudzumos un siltum� tas izdal�s un var tikt izmantots. T�, piem�ram, absorbers automobi�a benz�nb�kas tilpum� sp�j uz�emt �de�raža daudzumu, kas ir pietiekošs 1000 km noskr�jienam.

Turpm�k k��st aktu�la automobi�u elektrisk� piedzi�a un t�s barošanas avoti. Elektrodzin�js var b�t centr�lais ar meh�nisk�s transmisijas saglab�šanu. Bet ir iesp�jami ar� individu�li dzin�ji katram ritenim ar mikroprocesora vad�šanu. Elektrodzin�ju barošanai var izmantot daž�dus avotus. Tie var b�t akumulatori. Nepieciešams, lai ener�ijas uzkr�jums akumulatoros atbilstu benz�nb�kas ener�ijas kr�jumam. Diemž�l, parastie svina akumulatori sp�j nodrošin�t tikai 60-80 km noskr�jienu, kas ir nepietiekoši. Bet akumulatoru tehnik� ir jau man�ms progress. Par�d�j�s alum�nija-gaisa akumulatori ar liel�ku kapacit�ti. Ir priekšlikumi cinka-gaisa elementu ražošanai izpild�tus p�c speci�l�s cietvielu tehnolo�ijas, kas sp�j nodrošin�t 200 km noskr�jienu starp uzl�d�šan�m. Š�di elektromobi�i k��s konkur�tsp�j�gi, seviši pils�t�s, kur j�uzlabo atmosf�ras kvalit�te. Šin� gad�jum� izmešu probl�ma tiek p�rnesta uz elektrostacij�m, kas tiek apg�d�tas ar att�r�šanas iek�rt�m. Š�du automobi�u ekspluat�cijas izdevumi ir nedaudz liel�ki par pašreiz�jiem.

2000 2020 2040 2060 2080 2100

g�ze

benz�ns

naftas kr�jumi g�zes resursi

2.20.att. Automobi�u degvielu att�st�ba.

56

Tiek p�rdom�tas hibr�da konstrukcijas, kur izmantots iekšdedzes un elektriskais dzin�js daž�d�s kombin�cij�s. Iekšdedzes dzin�ju izmanto �rpus pils�tas ar paral�lu akumulatoru uzl�d�šanu un elektrisko piedzi�u pils�tas robež�s. Elektrisko piedzi�u var izmantot k� iesp�ju darbin�t iekšdedzes dzin�ju ar konstantiem apgriezieniem, papildus uzlabojot t� lietder�bas koeficientu. K� elektr�bas avotu var izmantot kurin�m� elementu bateriju, orient�joties uz �miskiem str�vas avotiem. Kurin�m� elements �r�j�s darb�bas zi�� ir l�dz�gs akumulatoram ar to starp�bu, ka akumulators darbojas, l�dz kam�r izl�d�jas, bet kurin�m� elements turpina darboties neierobežoti ilgi, kam�r tiek padoti �de�radis un gaiss (2.21.att.).

Kurin�m� element� notiek process, kas ir pret�js elektrol�zei. Par�d�bu atkl�ja 1839.gad� ang�u elektro�miis Grovs p�c profesijas advok�ts. Pievadot elektro�misk� apar�ta elektrodiem attiec�gi sk�bekli un �de�radi, tas k��st par elektrisk�s str�vas avotu. Toreiz atkl�jumu nepaman�ja. V�l�k bija vair�ki m��in�jumi ieviest kurin�m� elementus l�dz beidzot tos pielietoja kosmiskaj� tehnik�. Iek�rta, kas �auj ieg�t elektr�bu tieši �misk� proces�, izb�got meh�nisk�s ener�ijas posmu, izr�d�j�s �oti kompakta. Elektrodi – poroplasti ar lielu iekš�jo virsmu nodrošina lielu str�vu. Starp tiem pies�cin�ta ar elektrol�tu poroplastu matrica. Elementa biezums – milimetri, no�emama jauda simti vati. Reakcija ar fosforsk�bes elektrol�tu notiek pie 2100C. N�koš�s paaudzes elementos izmanto karbon�tu š�dumus. Tajos reakcija notiek pie 500-7000C. Tas dod iesp�ju izmantot neatt�r�t�s g�zes un �auj iztikt bez d�rgiem katalizatoriem. Paredzamais lietder�bas koeficients šaj� etap� p�rsniedz 60%. Darbs turpin�s un ir pamats cer�t uz pozit�vu risin�jumu. Probl�ma ir �de�radis, ko var p�rvad�t balon�, vai ieg�t no og��de�ražiem, piem�ram, spirtiem. V�r�bu pelna ar� jauni �de�raža ieg�šanas veidi n�kotn�. Liela v�r�ba tiek velt�ta maš�nas svara samazin�šanai, saglab�jot izmaksas. Svaru var samazin�t, izmantojot alum�niju, kas pagaid�m gan ir

2.21.att. Kurin�m� elements. 1- korpuss, 2- katods, 3-elektrol�ts, 4- anods.

H2 O2

R + _

1 2 3 4

57

p�r�k d�rgs. Toties plašas iesp�jas ir lielgabar�ta termoplastmasu deta�u izmantošan� korpusu konstrukcij�s (materi�lu var ieg�t k� sekund�ro izejvielu), kas gan saist�ts ar nepieciešam�bu nodrošin�t triecieniztur�bu un remonta tehnolo�iju. Nodrošinot labu aerodinamiku, tiek pan�kts liels kurin�m� pat�ri�a samazin�jums l�dz pat 2,5 l /100 km, kas ir svar�gi vides pies�r�ošanas samazin�šanai.

2.11. Energosiltuma bloki.

Iekšdedzes dzin�ju ekonomiskais lietder�bas koeficients ir ap 0,25 –0,28 aizdedzes un 0,35 Dize�a dzin�jiem. Tik zems lietder�bas koeficients saist�ts ar lieliem siltuma zudumiem. Pirm� šo zudumu da�a tiek izdal�ta vid� ar dzes�šanas iek�rtu pal�dz�bu, otr� – ar atg�z�m, kam ir augsta temperat�ra. Rezult�jošo lietder�bas koeficientu var palielin�t l�dz pat 0,80 pie noteikuma, ja siltumu lietder�gi izmanto. To var izmantot apkurei un tehnolo�isk�m vajadz�b�m. Sasild�mais �dens iet cauri diviem siltummai�iem (2.22 att.): katlu utilizatoru (3), kas tiek sild�ts ar atg�z�m un dzes�šanas iek�rtai 7. Dzin�ja meh�nisko ener�iju var izmantot piedzi�ai vai elektr�bas ražošanai, ko lieto uz��mum� pašu vajadz�b�m un p�rpalikumu var nodot elektriskam t�klam par saska�otu tarifu.

Kurin�m� pat�ri�š sadal�s starp siltumu un elektroener�iju. Izdev�gos gad�jumos var izr�d�ties, ka pie norm�l� kurin�m� pat�ri�a siltumam, t� pat�ri�š elektroener�ijas ražošanai sast�da 0,2 kg/kWh un pat maz�k. Rezult�t� š�das modernas iek�rtas izmantošana energo-siltuma bloku veid� var izr�d�ties izdev�ga. Parasti tie izr�d�s izdev�gi, ja izmantošanas laiks p�rsniedz 3500 stundas gad�. Siltums var tikt izmantots procesos l�dz 1150C. T�, piem�ram, k�d� ražošanas uz��mum� izmantots g�zmotors ar g�zes 540 kW pat�ri�u, siltuma jaudu 310 kW un 2.22.att. Energosiltuma bloks.

58

elektrisko jaudu 160 kW pie izmantošanas ilguma 3400 st/gad�. Rež�ms var tikt vad�ts p�c siltuma pat�ri�a, ražojot elektroener�iju, k� blakus produktu. Dzin�ja jaudu izv�las p�c lietder�g� izmantošanas laika. Parasti jauda l�dzin�s 25-40% no maksim�l� pat�ri�a. Ar to nodrošina 60-75% gada pat�ri�a, lietojot papildu siltuma avotu seviši aukst� laik�. Elektrisk� jauda var b�t 7-200 kW robež�s. Maz�s iek�rt�s (7-15 kW) var izmantot automob��u dzin�jus. Orient�jas uz gatavo modu�u uzst�d�šanu. Lai nov�rstu vides pies�r�ošanu, dzin�ji tiek apg�d�ti ar katalizatoru iek�rt�m.

2.12. G�zes turbnas.

G�zes turb�na sast�v no kurin�m� degšanas kameras 5, sprausl�m 6, caur ko karst�s g�zes padod uz darba rata l�psti��m 7 (2.23.att.), paša darba rata, kompresora uz darba rata ass gaisa saspiešanai 1, kas tiek padots degšanas kamer� un s�k�a kurin�m� padošanai 2. Darba ermenis ir šidr� vai g�zveid�g� kurin�m� degšanas produkti. Degšana notiek pie past�v�g� spiediena p = const. Gaiss degšanas kamer� tiek padots pa diviem kan�liem. Pirmais – uz degli, otrais – uz degšanas kameras sien�m, to dzes�šanas nol�k�. Ar� degg�zes

1

2 7

8

4

3

5 6

2.23.att. G�zes turb�na.

l0

q1 3

4

2

q2

1

v2 v1 v, m3/�g

p1

p2

p, P�

q0

q1

3

4

2

q2 1

s1, s3,S, �J/�gK

T, K

2.24.att. G�zes turb�nas cikli.

59

j�dzes�, jo to temperat�ra var sasniegt 20000C, bet karstumiztur�gie l�psti�u kaus�jumi pie�auj 650-8000 C. Termodinamiskais cikls pv un Ts koordin�t�s par�d�ts 2.24.att�l�. 1-2 gaisa padeves adiab�te, 2-3 – degšanas process (izob�ra), 3-4 degšanas produktu izplešan�s uz turb�nas darba rata (adiab�te), 4-1 – to izp�šana atmosf�r� (izob�ra).

Lietder�bas koeficients t�pat k� aizdedzes dzin�jam: kkk

T B /)1(1 /11/11 �� , 21 / vv�� , 12 / ppB � , kur B – spiediena izmai�as pak�pe adiab�tisk�s saspiešanas proces�. Parasti

.86 ��B T� palielin�šana saist�ta ar paaugstin�t�m pras�b�m pret karstiztur�bu.

Iev�rojot to, ka g�ze turb�nas izej� ir 400-5000C, t�s izmanto rekuperat�vos siltummai�os, sasildot izmantojamo gaisu vai �deni turpat izmantojam�s tvaika iek�rt�s. T�, piem�ram, uzsildot gaisu, izdal�mais siltums - q tiek atdots gaisa uzsild�šanai q� , t�d�j�di samazinot kurin�m� pat�ri�u. Paties�b� rekuper�cijas pak�pe ir 0,5-0,6 un to nosaka tehniski-ekonomiskie apsv�rumi. Ir iesp�jams sadedzin�t kurin�mo pie v = const ar liel�ku lietder�bas koeficientu, bet tad degšanas kamera j�apg�d� ar v�rstiem, degšanas process k��st impulsveida. Š�das iek�rtas drošums ir maz�ks. T�d�� tas neatrada plašu pielietošanu. G�zes turb�nas plaši izmanto avi�cij� un ar� stacion�r� ener��tik�, jo t�s var �tri palaist un aptur�t, un kombin�cij� ar tvaika iek�rt�m to lietder�bas koeficients var sasniegt 40%.

2.13. Stirlinga dzin�js.

rdedzes dzin�ju rad�ja ang�u izgudrot�js R.Stirlings 1840.gad�. Tas darboj�s uz sasild�m� gaisa pamata va��j� cikl�. Dažu nepiln�bu d�� to š�d� veid� neizmantoja. Pašreiz izmantojamie Stirlinga dzin�ji k� g�zi lieto �de�radi vai h�liju sl�gt� cikl� zem 100-140 kgs/cm2 spiediena. Siltuma izmantošanai pielieto sild�t�ju un dzes�t�ju. Sild�t�js sa�em siltumu no deg�iem, kuros tiek sadedzin�ts jebkurš kurin�mais ar lielu gaisa

60

p�rpiln�bu. Tas nodrošina piln�gu sadegšanu, kas liel� m�r� samazina toksiskas vielas atg�z�s. Sild�t�ju atdala no dzes�t�ja re�enerators. Pl�stot siltai g�zei, re�enerators sasilst. Da�u no š� siltuma uz�em aukst� g�zes pl�sma, kas pl�st caur re�eneratoru n�koš� cikl�. Dzin�ja sh�ma par�d�ta 2.25. att�l�. G�ze darba gait� netiek nomain�ta un, tikai maina apjomu sasilstot un atdzes�joties. Dzin�ja cilindr� j�nodrošina divas funkcijas: saspiešanu-izplešanu un g�zes izstumšanas funkciju, ko pan�k ar diviem atsevišiem darba un izstumšanas virzu�iem. Dzin�ja darb�bas ciklu sec�ba par�d�ta 2.26. att�l�. I takts- darba g�jiens. Sasild�ta g�ze, kas piepilda karsto telpu, izplešas un abi virzu�i kustas lejup, izraisot dzin�ja darb�bu. P�rejas taktis norit ar inerci. II takt�- izst�m�js kustas uz augšu un izstumj siltu g�zi uz re�eneratoru, no kura caur dzes�t�ju t� non�k aukst� telp�. III takt� – darba virzulis kustas uz augšu, saspiežot auksto g�zi un apst�jas. IV takt� – izst�m�js kustas uz leju, izspiežot g�zi uz karsto telpu caur re�eneratoru un uzsild�t�ju.

Virzu�u kust�bu vada rombiskais meh�nisms,

2.25.att. rdedzes dz�neja sh�ma. 1- karst� telpa; 2- uzkars�t�js; 3- izstumšanas virzulis; 4- re�enerators; 5- dzes�t�js; 6- aukst� telpa; 7- darba virzulis; 8- �r�ja bl�ve; 9- sinhroniz�jošie zobrati; 10- rombiskais meh�nisms.

2.26.att. rdedzes dzin�ja darb�bas sh�ma. I- darba cikls; II- dzes�šanas cikls; III- saspiešanas cikls; IV- sild�šanas cikls; 1- darba virzulis; 2- auksta telpa; 3- re�enerators; 4- deg�i;5- izstumšanas virzulis; 6- karsta telpa; 7- dzes�t�js.

61

ekscentriski piestiprin�ts zobratiem. Termodinamiskais cikls sast�v no div�m izoterm�m (I un III cikls) un div�m izohor�m (II un IV cikli). Kaut gan, pateicoties re�ener�cijai, teor�tiski lietder�bas koeficientam j�atbilst K�rno ciklam, praktiski tas l�dzin�s Dize�a dzin�ja lietder�bas koeficientam. Ir konstrukcija, kur darb�ba norit divos saist�tos cilindros. Tad katr� no cilindriem ir pa vienam virzulim. Darba process notiek vienlaic�gi ab�s telp�s abpus�ji virzulim. Katra cilindra darba virzulis izpilda izst�m�ja funkciju kaimi�a virzulim. Pilns darba cikls norit pie kloa v�rpstas pilna pagrieziena k� divtaktu dzin�j�. Stirlinga dzin�js darbojas klusi, jo taj� nav kurin�m� eksploz�v�s sadegšanas, tam ir mier�ga gaita un tas ir ekonomisks. K� tr�kums j�atz�m� paagstin�ta masa un augst�kas cenas, sal�dzinot ar iekšdedzes dzin�jiem, k� ar� sarež��ta bl�vju konstrukcija, kam j�iztur augsts darba erme�a spiediens. Stirlinga dzin�ji tiek pilnveidoti masas un gabar�tu samazin�šanas virzien�. Tos izmanto galvenok�rt kravas automobi�os un ku�os.

Jaut�jumi paškontrolei. 1. K�di ir tr�s galvenie g�zu likumi, kas tiek izmantoti ener��tik�? 2. K�dus �etrus st�vok�a parametrus izmanto g�zu ener��tik�? 3. Izohorisk� procesa att�ls pv un Ts koordin�t�s. 4. Izob�risk� procesa att�ls pv un Ts koordin�t�s. 5. Izotermisk� procesa att�ls pv un Ts koordin�t�s. 6. Adiab�tisk� procesa att�ls pv un TS koordin�t�s. 7. Otto dzin�ja termodinamiskais cikls, t� lietder�bas koeficients. 8. Deton�cija un t�s apkarošanas l�dzek�i. 9. Dizela dzin�ja cikls. T� lietder�bas koeficients. 10. Trinklera dzin�ja termodinamiskais cikls. T� lietder�bas koeficients. 11. Iekšdedzes dzin�ju ietekme uz vidi. Atg�zu att�r�šanas l�dzek�i. 12. G�zes turb�nas cikls un t�s lietder�bas koeficients. G�zes turb�nas

priekšroc�bas.

62

3. NODA�A. TVAIKA ENER��TIKA

3.1. Entalpija.

Vielas var atrasties ciet�, šidr� vai g�zveid�g� st�vokl�. To p�reja no viena agreg�tst�vok�a otr� sauc par f�zes p�rej�m. F�zu p�reja no šidra st�vok�a g�zveid�g� notiek caur iztvaikošanu vai v�r�šanos. Izgarošana notiek no šidruma br�v�s virsmas. Tas ir divpus�gs process. Da�a no molekul�m izdal�s vid� tvaika veid�, citas atgriežas šidrum�. Ja š�s kust�bas savstarp�ji kompens�jas, tad past�v dinamisks l�dzsvars. Jo augst�ka šidruma temperat�ra, jo kust�g�kas molekulas un intens�v�k t�s to atst�j. Ja izgarošana notiek no šidruma virsmas, tad tam, v�roties, tvaiki veidojas vis� šidruma mas�. Ce�oties temperat�rai, mazin�s šidrum� izš�dušo g�zu daudzums. Pie trauka virsm�m veidojas g�zu burbu�i, kur, šidrumu sildot, izdal�s tvaiks. Tvaika pies�tin�jumam tajos augot, tiek sasniegts atmosf�ras spiediens, burbu�i izdal�s un s�kas v�r�šan�s, kas notiek pie noteiktas temperat�ras, atkar�gas no atmosf�ras spiediena. T� piem�ram, �dens v�r�šan�s temperat�ra atkar�ga no spiediena p(atm) atbilst Ruša izteiksmei pie temperat�ras vt ,0C:

4100 ptv � . �dens v�r�šan�s proces� kop� ar tvaika burbu�iem tiek iznestas

�dens da�i�as. Tvaika un �dens da�i�u sajaukumu sauc par slapju pies�tin�tu tvaiku. �dens p�rv�ršan�s tvaik� saist�ta ar lielu ener�ijas pat�ri�u (540 cal/gr), ko sauc par latento siltumu (apsl�pto). Tvaikam kondens�joties, šis siltums izdal�s vid�.

Verdoš� �dens parametrus parasti apz�m� burtiem ar str�pi�u, piem�ram: 'v - �patn�jais tilpums, 's - entropija, 'u - iekš�j� ener�ija, 'q - siltums.

Ja pie dot� spiediena šidrumam pievada papildus siltumu, nepieciešamu visa šidruma p�rv�ršanai tvaik�, tad šidruma pilienu izzušanas moment� tvaiks k��st par sauso pies�tin�to. Visi š�da tvaika parametri tiek apz�m�ti burtiem ar div�m sv�tri��m: '''''' ,, usv .

63

Sauss pies�tin�ts tvaiks ir nestabils, kas atbilst moment�nam raksturojumam. T�p�c tvaiku, ko izmanto ener��tisk�s maš�n�s, parasti p�rkars�. Par p�rkars�to sauc tvaiku, kam pie t� paša pies�tin�t� tvaika spiediena ir temperat�ra, augst�ka par pies�tin�šanas temperat�ru.

�dens tvaiku ieg�st tvaika katlos (tvaika �eneratoros) pie past�v�g� spiediena, kas paredz�ts, katlu konstru�jot atkar�b� no t� pielietošanas m�ra.

Tvaika ieg�šanas process pv koordin�t�s par�d�ts 3.1.att�l�. S�kotn�ji �dens apjoms ir 0v . Pievadot siltumu, �dens temperat�ra pieaug l�dz pies�tin�šanas lielumam .piest , t.i. l�dz v�r�šanas temperat�rai pie dot�

spiediena. �dens izplešas, sasniedzot �patn�jo tilpumu 'v . Verdoš� �dens st�voklis diagramm� atbilst punktam 'a .

Turpinot siltuma pievad�šanu, verdošs �dens p�rv�ršas tvaik�. Tvaika-�dens mais�jum� spiediens un temperat�ra saglab�jas nemain�gi, t.i., process ir izob�ri-izotermisks. Moment�, kad p�d�jie �dens pilieni iztvaiko, tiks ieg�ts sauss pies�tin�ts tvaiks. Sausa pies�tin�ta tvaika st�voklis atbilst diagramm� punktam ''a . T�tad l�nijas nogriezn� ''' aa � rodas tvaika-�dens mais�jums – mitrs pies�tin�ts tvaiks. Mitra tvaika st�vokli katr� š� diapazona punkt� nosaka parametri ptp, un sausuma pak�pe x . Ja

,0�x tad tvaiks tikai s�k rasties. Ja ,1�x tad tas ir sauss, pies�tin�ts. Starpposmos .1�x

Ja sausam, pies�tin�tam tvaikam ''a turpina pievad�t siltumu pie nemain�ga spiediena, tad tas p�rv�ršas p�rkars�t� tvaik� ( d ).

Pie augst�kiem spiedieniem process notiek analo�iski. Bet �dens �patn�jais tilpums, kas atbilst punktiem ,..,cb . pieaug. Pieaugot spiedienam aug ar� tvaika pies�tin�šanas temperat�ra. Pie kam t� iespaids uz �patn�jo tilpumu ''v ir augst�ks. Rezult�t� veidojas �dens v�r�šan�s robežl�kne. L�nija I, �emot v�r� �dens tilpuma praktisko neatkar�bu no spiediena, nosaka �dens st�vokli pie 00C un daž�diem spiedieniem. L�nija II

3.1.att. Tvaika ieg�šanas l�kne.

c�� d��

x=0,25

b��

a�� d��

v�� v0 v�

b�

c�

a� a

b

c

v

x=0,5 x=0,7 x=1

F

0

P

P1

P2

Pk

P

I II III K

x=0

64

nosaka verdoš� �dens st�vokli. To sauc par apakš�jo robežl�niju. Turpinot šo l�niju uz leju, t� n�k saskar� ar I l�niju. Šo punktu sauc par tr�sk�ršo punktu, kur erme�a da�i�as var izr�d�ties ciet�, šidr� vai g�zveid�g� agreg�tst�vokl�. L�nija III raksturo saus�, pies�tin�t� tvaika st�vokli. L�nija II savienojas ar l�niju III punkt� K, ko sauc par kritisko punktu. Šaj� punkt� tvaikam un �denim ir vien�ds bl�vums. Kondens�t p�rkars�to tvaiku, to saspiežot, var ar noteikumu, ja temperat�ra ir zem�ka par kritisko. Kritisk� punkta parametri �dens tvaikam ir:

baripkr 15,221� , ,12,374 0 Ctkr � ./1047,31 34 kgmvkr��

�dens tvaika veidošanas diagrammas sT � koordin�tes par�d�tas 3.2.att�l�. �dens st�voklis tr�sk�rt�j� punkt� 'a atbilst: ,00 �s KT 0

0 16,273�

Atz�m�jot uz diagrammas 's un ''s v�rt�bas atbilstošas daž�d�m temperat�r�m T , ieg�stam apakš�jo un augš�jo robežl�kni. Pa kreisi no apakš�j�s robežl�knes ir šidruma zona, starp robežl�kn�m – mitra pies�tin�ta tvaika divf�zu zona, pa labi no augš�j�s robežl�knes p�rkars�t� tvaika zona. Diagramm� par�d�tas izob�ras, izohoras un daž�das sausuma pak�pes l�nijas. Šim nol�kam katru izob�ru

''' ,aa dala vien�d�s da��s un attiec�gus punktus savieno sav� starp� ar l�nij�m, kas atbilst sausuma pak�p�m .constx � Diagrammas zona, kas atrodas zem nulles izotermas atbilst tvaika-ledus mais�jumam.

Izmantojot proces� �dens tvaikus, t� daž�dos posmos veidojas gan p�rkars�ts, gan mitrs tvaiks. T�tad proces� piedal�s tvaika un �dens mais�jumi daž�d�s proporcij�s. Tvaika �paš�bas, tuvojoties pies�tin�ta tvaika robežai, j�tami atširas no ide�la tvaika �paš�b�m. Toties robežzon� paliek sp�k� mais�juma �paš�bas attiec�b� pret siltumu pie past�v�g� spiediena. T�p�c tvaika iek�rtu darb�bas anal�z� izmanto papildu parametru, kas raksturo siltuma daudzumu, ko satur darba ermenis, sauktu par entalpiju :

p=const

a

a��

K

x=0

S

x=1 p=const

a�

a0, A�

a��

a�

A��

T

3.2.att. Tvaika T, s diagramma.

x=const

65

.pvuh �� Atg�din�sim, ka ,dTcdu v� tad dTch p� . Sakar� ar pirmo termodinamikas likumu: dhpvudpdvduq �� )(� . T�tad entalpija ir st�vok�a parametrs un tam ir t�da pati loma procesos ar past�v�go spiedienu, k� iekš�jai ener�ijai u procesos ar past�v�go tilpumu. L�dz ar to var ieg�t t�du Klaiperona vien�dojuma izteiksmi, kas apvieno temperat�ru un spiedienu l�dzsvarot� proces�, kas ietver divas darba erme�a f�zes, piem�ram, g�zveid�go un šidro: ,/)(/ hvTdpdT �� kur dT - bezgal�gi maza temperat�ras izmai�a, ko izsauc tikpat maza spiediena izmai�a ;dp ��v tilpuma izmai�a vielai, kas p�riet cit� agreg�tst�vokl�; ��h entalpijas izmai�a, mainoties agreg�tst�voklim. �dens tvaiks

sh � koordin�t�s par�d�ts 3.3. att�l�. Koordin�tu s�kum� tr�sk�rt�jais punkts. �dens st�vok�a robežl�kne l�dz�ga par�d�tajai 3.1.att�l�, bet ar nob�d�tu uz augšu III zaru sakar� ar to, ka pieaugot entropijai s (dh=sT) aug ar� entalpija. K – kritiskais punkts. Šaj� diagramm� tiek att�lotas izob�ras, izotermas un izohoras. Sild�m� �dens josl� š�s l�nijas praktiski sakr�t ar robežl�niju OK. Pies�tin�ta tvaika josl� izob�ras (p=const), tuvojas logaritmisk�m l�nij�m. Sakar� ar to, ka izotermisk� proces� (T=const) ide�l�s g�zes entalpija nemain�s (p�rkars�ts tvaiks tuvojas ide�lai g�zei), izotermas aiz pies�tin�šanas robežas k��st par horizont�l�m l�nij�m. Izohoras iet st�v�k par izob�r�m (raust�tas). Parasti apskata diagrammas da�u, kas tiek izmantota apr�inu praks�. Entalpijas dotas tabul�s �denim, spiedieniem l�dz 100,0 MPa un temperat�r�m l�dz 10000C (M.P.Vukalovi�s).

3.3.att. Tvaika ieg�šanas l�kne hs koordin�t�s.

x=1 K 1

s

2

h

0

66

3.2. Termodinamiskie procesi hs koordin�t�s

Izohor� proces� (3.4.att.), tvaiku sildot pie past�v�g� tilpuma, var p�rveidot saus� pies�tin�t� un p�rkars�t�. Atdzes�jot to var kondens�t, bet ne gal�gi, jo pie jebkura spiediena virs šidruma atrodas noteikts pies�tin�t� tvaika daudzums. T�tad, izohora neš�rso apakš�jo robežl�niju. Tvaika iekš�j�s ener�ijas izmai�a pie

constv � atbilst vien�dojumam:

)()( 11122212 vpuvpuuuu �� . Šis vien�dojums ir sp�k� ar� visiem p�r�jiem termodinamiskiem procesiem. Izohor� proces� darbs 0�l , t�tad pievad�tais siltums tiek pat�r�ts vien�gi iekš�j�s ener�ijas izmai�ai

12 uuq �� . Izob�r� proces�, (3.5.att.)

pievadot siltumu mitram pies�tin�tam tvaikam, t� sausuma pak�pe palielin�s un tas pie past�v�gas temperat�ras p�riet saus� un, turpinot pievad�t siltumu, temperat�rai palielinoties – p�rkars�t� tvaik�. Novadot siltumu, mitrais tvaiks kondens�jas pie .constp � Ieg�tais siltums l�dzin�s entalpiju starp�bai: 12 hhq �� . Darbu nosaka ar vien�dojumu: )( 12 vvpl ��

3.4.att. Izohors process hs koordin�t�s.

T=const

x=0

x=1 K

1

2

h

S

V=const

3.5.att. Izob�rs process hs koordin�t�s.

T=const

x=0

x=1 K

1

2

h

S

67

Izotermisk� proces� (3.6.att.) iekš�j� tvaika ener�ija pie constT � nepaliek past�v�ga k� ide�l�m g�z�m, jo main�s t� potenci�l� sast�vda�a. Siltuma daudzums, ieg�ts proces�, l�dzin�s: )( 22 ssTq �� . Ieg�tais darbs l�dzin�s siltumam, atskaitot potenci�l�s ener�ijas izmai�u: uql �� . Adiab�tisk� proces� (3.7.att.) tvaiks izpl�šas, samazinoties temperat�rai un spiedienam. P�rkars�ts tvaiks s�kum� k��st sauss, tad mitrs. Šaj� proces� ieg�tais darbs l�dzin�s: )()( 22211121 vphvphuuul �� . Atšir�b� no vp � un T-s diagramm�m, kur darbu p�rst�v laukums, ko ierobežo termodinamisko procesu raksturojoš�s l�knes, sh � diagramm� darbu raksturo adiab�tes 1-2 garums.

3.7.att. Adiab�tisks process hs koordin�t�s.

T=const

x=1 K

2

1

x=0

h

S

3.6.att. Izotermisks process hs koordin�t�s.

T=const

x=0

x=1 K

1 2

h

S

68

3.3. Ener��tiskie katli

Galven� ener��tisko katlu sast�vda�a ir kurtuve, kur sadeg padodamais kurin�mais. Vienk�rš�ki ir �rdu katli. Šeit kurin�mais tiek padots uz �rdiem sl�n� (3.8.att.). rdi k� k�pur�de kustas un kust�bas gait� kurin�mais, kam gaiss tiek pievad�ts no apakšas, sadeg. Kurin�m� sl�nis periodiski j�rušina. Degšanas process var notikt verdoš� sl�n�. Šin� gad�jum� gaiss, kas intens�vi tiek padots no apakšas, notur kurin�m� da�i�as sadegšanas proces�, lidojot virs �rdiem. Gaiss tiek padots ar� citos kurtuves punktos, lai sadegtu viss kurin�mais. Visbiež�k tiek izmantotas l�pu kurtuves. Šin� gad�jum� kurin�mais tiek iep�sts kurtuv� caur deg�iem kop� ar gaisa str�klu. Ciet� kurin�m� gad�jum� tas tiek samalts pulver� �paš�s dzirnav�s. Degšana notiek l�p�. Ener��tisk� katla konstrukt�v� sh�ma par�d�ta 3.9.att�l�. Taj� ir

kurtuves kamera, d�mg�zu ejas, boilers, sildvirsmas, gaisa uzsild�t�js, savienojošie cauru�vadi un gaisa vadi .

Kurin�mais tiek padots caur deg�iem (4), kam pievada gaisu, iepriekš sasild�tu uzsild�t�j� (10) d�mg�zu ej�. Kurin�m�-gaisa mais�jums, pievad�ts caur deg�iem kurtuv� (5), sadeg, veidojot augstu temperat�ru (15000C) l�p�, kas izstaro siltumu uz kurtuves sienu cauru�u ekr�nu. Atdevuši da�u siltuma ekr�niem, d�mg�zes (10000C) iet gar ekr�nu, ko caurules veido vair�ksl��u rindas, apskalo p�rkars�t�ju 7. P�c tam d�mg�zes iet caur �dens uzsild�t�ju – ekonomaizeru 8, gaisa uzsild�t�ju 10 un atst�j katlu pie temperat�ras 110-1500C. Katlu barojošais �dens, uzsild�ts ekonomaizer� 8 un gaiss uzsild�t�j� 10 at�em siltumu d�mg�z�m, ietaupot kurin�mo. Ekr�nu caurul�s 5,

3.8.att. Kurin�m� degšanas tehnolo�ijas.

kust�g� sl�n� l�p� verdoš� sl�n� virpu�kurtuv�

69

pievienotas boileram 6, un kop� ar �r�j�m caurul�m, kas savieno boileri ar apakš�jiem ekr�nu kolektoriem, veido �dens cirkul�cijas kont�ru. Boiler� notiek tvaika atdal�šan�s no �dens (separ�cija). Bez tam taj� esošais �dens apjoms palielina katla darb�bas drošumu. Sauss pies�tin�ts tvaiks no boilera tiek padots p�rkars�taj� un t�l�k, k� p�rkars�ts non�k turb�n�. Apakš�jo kurtuves da�u sauc par auksto piltuvi. Taj� atdziest izkrituš�s pelnu atliekas, kas izkr�t speci�l� tilpum�. G�zmazuta katliem aukst�s piltuves nav. D�mg�zu ej�s siltums katla akt�v�m da��m tiek nodots konvekt�vi. Sild�mvirsmas atdzes� d�mg�zes no 500-7000 C gandr�z l�dz 1000C. Katla konstrukcijas ir piestiprin�tas pie nesoš�m konstrukciju sij�m. Kurtuve un d�mg�zu ejas aizsarg�tas no siltuma zudumiem ar karstumiztur�go apm�r�jumu un siltumizol�cijas materi�liem. No �rpuses konstrukcija apš�ta ar g�znecaurlaid�go apšuvi un t�rauda plat�m, lai nov�rstu gaisa pies�kšanu kurtuv� un karstu, putek�ainu d�mg�zu izsišanu uz �ru, seviši, �emot v�r� toksisko elementu kl�tb�tni taj�s. Katla

3.9.att. Ener��tiskais katls. 1-kurin�m� bunkurs, 2-dzirnavas, 3-silt� gaisa padeve, 4-deglis, 5-cauru�u ekr�ni, 6-boilers, 7-p�rkars�t�js, 8-barošanas �dens uzsild�t�js, 9-konvekt�va šahta, 10-gaisa uzsild�t�js, 11-ventilators, 12-barošanas s�knis, 13-�dens b�ka, 14-pelnu bunkurs, 15-d�ms�knis, 16-d�menis,17-pelnu pulpas s�knis

1

2

3 4

13

12

11

14 15

16

17

5

6

10

8 7

9

70

funkcion�šana notiek stabili ar noteikumu, ja ir stabila �dens cirkul�cija. Cirkul�cijas p�rtraukšanas gad�jum� cauru�u iekš�jo virsmu dzes�šana p�rtraucas un t�s p�rdeg. Dažos katla veidos �dens cirkul�ciju uztur speci�lie s�k�i. Cirkul�cija katlos par�d�ta 3.9.att�l�. Tiek izmantoti ar� katli bez boileriem. Šajos tieš�s cirkul�cijas katlos �dens, �dens-tvaika mais�juma un tvaika cirkul�ciju nodrošina tieši barošanas s�k�i.

Tieš�s cirkul�cijas sh�ma tiek izmantota ar� �denssild�mos katlos, kur nav tvaika rad�šanas virsmu un p�rkars�t�ju. D�mg�zu traktos tiek uztur�ts retin�jums ar d�ms�k�u pal�dz�bu. Gaiss kurtuv� tiek padots ar ventilatoriem.

3.4. Tvaika turbnas.

Tvaika turb�nas darb�bas princips par�d�ts 3.10.att�l�. Pirmaj� gad�jum� tvaiks no sprauslas, non�kot uz darba l�psti��m, att�sta akt�vu sp�ku, kas rada darba rata griezes momentu. Otr� gad�jum� sprauslas ir darba ratam. Tvaiks, izraujoties no t�m, rada reakt�vu sp�ku, kas griež darba ratu. K� reakt�v�s sprauslas var darboties darba l�psti�as, kam ir nepieciešamais profils. Re�l�s turb�n�s tiek izmantots k� akt�vais, t� reakt�vais darb�bas princips, ko pan�k ar attiec�gi novietot�m darba l�psti��m. Uz darba ratu l�psti��m notiek noteikta tvaika spiediena un temperat�ras samazin�šan�s adiab�tisk� procesa gait�. Darba ratu skaits turb�n� atkar�jas no tvaika s�kotn�j� spiediena un temperat�ras (3.11.att.).

3.10.att. Tvaika turb�nas darb�bas princips. a – akt�vais; b – reakt�vais.

c

c

a) b)

3.11.att. Turb�nas darba rats.

71

Starp darba ratiem tiek novietotas diafragmas, kam l�psti��s tvaika str�kl�m tiek piedots vajadz�gais virziens. Diafragma un tai atbilstošais darba rats veido turb�nas pak�pi. Pak�pju skaits ir 10-20. Sakar� ar to, ka, pazeminoties tvaika spiedienam, t� apjoms aug, darba ratu diametri un, t�tad, darba ratu l�psti�u garumi aug, mazinoties spiedienam. Darba rati un diafragmas tiek novietotas pam�šus korpus�, ko sauc par cilindru. Atkar�b� no tvaika spiediena, turb�n�m ir augstspiediena un zemspiediena cilindri. Liel�s jaudas turb�n�m ir tr�s cilindri: augstspiediena, vid�j� spiediena un zemspiediena. Izejot cauri turb�nai, tvaiks non�k kondensator�, kas tiek dzes�ts ar aukstu �deni. Tur tvaiks kondens�jas un �dens kondens�ts p�c uzsild�šanas tiek padots katl�, veidojot nosl�gtu kont�ru (3.12.att.). Kondensator� ir retin�jums (vakuums) un paliekošu spiedienu taj� nosaka dzes�još� �dens temperat�ra un iek�rtas nebl�vums. Kondensator� non�koš� tvaika temperat�ra ir ap 400C. Tam kondens�joties, izdal�s latentais siltums, izt�r�ts �denim iztvaikojot, kas tiek nodots dzes�jošam �denim (videi) un l�dzin�s apm�ram 50% no pat�r�t� proces�.

3.5. Renkina cikls.

19.gs. vid� U.J. Renkins lika priekš� �dens tvaika termodinamisku ciklu, ko izmanto elektroener�ijas ražošan�. Š� cikla sh�ma par�d�ta 3.12.att�l�. Tvaiks tiek ražots ener��tisk� katl� ar p�rkars�t�ju. Non�kot turb�n� da�a siltuma tiek p�rv�rsta meh�nisk� ener�ij�. Izejot cauri turb�nai, tvaiks non�k kondensator�, kur kondens�jas. Kondens�ts ar barošanas s�k�a pal�dz�bu tiek atkal padots katl�, p�rvarot taj� spiedienu, ar ko cikls beidzas. Renkina termodinamiskais cikls sTvp �� , un sh � koordin�t�s att�lots 3.13.att�l�.

1

2 3

4 5

3.12.att. Tvaika ener��tisk� sh�ma. 1- katls, 2- p�rkars�t�js, 3- turb�na, 4- kondensators, 5- barošanas s�knis

72

3.13.att. Renkina cikls. a) pv koordin�t�s; b) TS koordin�t�s; c) hs koordin�t�s.

K

2 3

vk

4 5

v

l

P

P1

P2

x=0

x=1

Kondensators

s�

knis

Turb�na

Katls

a)

4

5

K

6

1

2 3

7 8 S1 0

T2

f

x=1

x=0

T1

q1=l

q2

b)

4

3

l H h�

3 4

h�

2 0

t1 p1

dq=0 l ma

l

q 1

h h1

5

K

6 q 2

p2 2

X=1

X=0

s c)

6 1

P�rkars�ts tvaiks (I) tiek padots turb�n�, kur adiab�tiski izplešas, p�rv�ršot siltumu meh�nisk� darb�. Tvaiks p�riet pies�tin�t� st�vokl�, da��ji kondens�joties (2). P�c tam tas non�k kondensator�, kas tiek dzes�ts ar aukstu �deni (2-3), kur pie nemain�ga spiediena un temperat�ras (izob�ra-izoterma) piln�gi kondens�jas. Kondens�ts ar augstspiediena s�k�a pal�dz�bu tiek padots katl� (3-4) p�c izohoras. Sakar� ar to, ka, tiekot saspiests, �dens temperat�ra un entalpija praktiski nemain�s, T-s un h-s koordin�t�s punkti 3 un 4 sakr�t. Katla kurtuv� izdal�s siltums, k� iespaid� �dens tiek izob�riski-izotermiski sild�ts (5-6) l�dz v�r�šanai. Šaj� diapazon� tvaiks ir mitrs pies�tin�ts. P�c tam tas non�k p�rkars�taj� (6-1), kur izob�riski tiek uzkars�ts l�dz gal�gai temperat�rai. Ja p-v un T-s diagramm�s darbu (tam atbilstošu siltumu) l raksturo laukums, ko ierobežo termodinamisko procesu l�nijas, tad h-s diagramm� - taisnes nogrieznis 1-2, neiev�rojot s�k�a pat�r�to darbu: 21 hhl �� . Termiskais lietder�bas koeficients l�dzin�s: 121 /)( qqqt �� . Siltums 1q tiek pievad�ts proces� starp punktiem 4-1: 411 hhq �� . bet siltums 2q tiek atvad�ts 2-3 un t�pat l�dzin�s entalpiju starp�bai 322 hhq �� .

73

T�tad � � � �� ./ 413241 hhhhhht ��

Termiskais lietder�bas koeficients ir atkar�gs no s�kumspiediena 1p , temperat�ras

1T un beigu spiediena 2p kondensator�. Spiediena 1p iespaids redzams diagramm� (3.14.att.) pie past�v�giem 1T un 2p . Spiediena paaugstin�šana rada tvaika mitruma pieaugumu turb�nas izej� ( )3x . �dens pilieni mitr� tvaik� izsauc turb�nas p�d�jo pak�pju l�psti�u eroziju. Mitrums nedr�kst b�t zem�ks par 0,86. Pieaugot temperat�rai 1T (3.15.att.), ieg�stamais darbs pieaug, vienlaic�gi samazinoties gal�gajam tvaika mitrumam, kas labv�l�gi ietekm� turb�nas darbu. V�l vair�k ietekm� vienlaic�gi spiediena un temperat�ras pieaugumi. Elektrostacij� izmanto tvaiku ar temperat�ru l�dz 6000C un spiedienu 250 Mpa, ko ierobežo iek�rtas drošuma pak�pe. Pie augst�kiem parametriem iek�rta j�izgatavo no speci�liem t�raudiem un t�s izmaksa vair�kk�rt�gi pieaug. Dzi�� vakuuma ieg�šanu kondensator� ierobežo dzes�još� �dens temperat�ra. Kondensator�

3.14.att. Spiediena iespaids uz lietder�bu.

h, �J/�g

p1�� > p1�� > p1�

t1=const

P2=const

x2 x3

lc1

lc3

lc2

S1

x1=1

3.15.att. Temperat�ras iespaids uz lietder�bu.

P2=const

P1=const l�2

l�1 l�2

t1�� t1�� t1�

h, �J/�g

x3 x2 x1

S1

x=1

74

tiek uztur�ts (35-55) 10-4 MP spiediens, kas atbilst temperat�rai 25-320C, ko dažreiz re�los apst�k�os gr�ti nodrošin�t. T�p�c min�tie parametri j�uzskata par gal�jiem. Sakar� ar to, ka �dens tvaika kondens�cijas proces� izdal�s liels siltuma daudzums (ap 540 cal/gr), 45-50% prim�r�s ener�ijas z�d kondensator�. Turbo�eneratora iek�rtas lietder�bas koeficients l�dzin�s gmtrdtk �� .� , kur lielumi ir attiec�gi: katla, turb�nas termiskais, v�rstu tvaika drosel�šanas, tvaika transporta, meh�niskais un �eneratora lietder�bas koeficienti. Pie�emot šos lielumus: 0,90; 0,55;0,85; 0,89; 0,99; 0,985, ieg�stam: 406,0�� . Elektrostacijas tehnolo�iskais process saist�ts ar noteiktu elektroener�ijas pat�ri�u tehnolo�iskiem meh�nismiem. Paša pat�ri�š sasniedz 4-5% no izstr�des. �emot to v�r�, �stais lietder�bas koeficients l�dzin�s: 386,0)05,01(' �� stst �� .

3.6. Elektrostaciju lietderbas koeficienta palielin�šanas iesp�jas.

Iev�rojot sam�r� zemu kondens�cijas elektrostacijas lietder�bas koeficientu, t� palielin�šana ir �rk�rt�gi aktu�la. Šim nol�kam izmanto daž�dus tehnolo�iskos pa��mienus termisk� lietder�bas koeficienta paaugstin�šanai. To var pan�kt div�j�di: paaugstinot tvaika parametrus – temperat�ru un spiedienu un izmantojot latento tvaika kondens�cijas siltumu. Tvaika parametru augš�jo l�meni ierobežo iek�rtas drošums. P�c š�s pras�bas maksim�l� temperat�ra ir 6000 C l�men�. Toties lieljaud�g�s turb�n�s izmanto tvaika starpp�rkars�šanu. Šim nol�kam tvaiku, izg�jušu augstspiediena cilindru, novada atpaka� katl�, kur p�rkars�taj�, kas novietots radi�cijas-konvekt�v� vai konvekt�v� zon�, t� temperat�ru atjauno l�dz

~

Katls

AC

Kond.

ZC

3.16.att. Kondens�cijas elektrostacijas sh�ma ar starpp�rkars�t�ju.

75

s�kotn�jai vai nedaudz augst�kai (3.16.att.). Tas labv�l�gi izmaina Renkina ciklu (3.17.att.) un paaugstina lietder�bas koeficientu par vair�kiem procentiem. Lieljaud�g�m turb�n�m paredz pat divas starpp�rkars�šanas pak�pes. Katla barošanas �dens papildu sild�šanai izmanto turb�nas tvaiku, izg�jušu augstspiediena cilindru (attvaiks), augstspiediena uzsild�t�j�. Šeit tvaiks, atdevis siltumu �denim, kondens�jas, atdodot latento siltumu (3.18.att.). Iekš�jo tvaika pl�smas lietder�bas koeficientu �d iesp�jams palielin�t, atsakoties no t� drosel�šanas turb�nas regul�šanas v�rstos. Šin� gad�jum� regul�šanas v�rsti tiek tur�ti atv�rt� st�vokl� un turb�nas jaudu maina, izmainot katla tvaika spiedienu. To sauc par sl�došo parametru rež�mu. L�dz ar to par dažiem procentiem pieaug �d un, t�tad, ar� elektrostacijas kop�jais lietder�bas koeficients. Efekts v�l papildus pieaug, pateicoties tam, ka katla �dens barošanas s�k�i šin� gad�jum� tiek darbin�ti ar tvaika turb�nu, kam apgriezieni main�s l�dz ar tvaika spiediena izmai�u, vienlaic�gi nodrošinot optim�los apgriezienus pie pazemin�t�m slodz�m. Sakar� ar to, ka š�ds process ir l�ns, to var pielietot uz neliela agreg�tu skaita. Gad�jum�, ja elektrostacijas rajon� ir siltuma pat�r�t�ji, tos apg�d� ar karstu �deni, ko sasilda zemspiediena uzsild�t�jos. Tajos padod tvaiku no zemspiediena cilindra p�d�j�m pak�p�m. Par tvaika tiesu, ko no�em no attvaikiem, samazin�s meh�nisk�s un, t�tad, ar� elektrisk�s ener�ijas daudzums, bet termiskais lietder�bas koeficients aug par 10-12%. Šo iesp�ju ierobežo sam�r� neliels siltuma daudzums, nepieciešams kondens�cijas elektrostacij�s.

~

Katls

AC

Uzsild. Kond.

ZC

3.18.att. Barošanas �dens uzsild�šana ar attvaiku.

Tk

TOH

T,K

Q0 –Qk

Qk

S, �J/(�g�)

Tkp

T0

3.17.att. Cikls ar starpp�rkars�šanu.

76

Ja apk�rtn� ir liels siltumener�ijas pat�r�t�js, tad elektrostacijas galvenais produkts ir siltuma ener�ija. Tad elektroener�ija k��st par blakusproduktu. T�das elektrostacijas sauc par termoelektrocentr�l�m. To lietder�bas koeficients atkar�b� no siltumener�ijas �patsvara var sasniegt 60-80% (3.19.att.).

Izmantojot spiedienu kondensator�, taj� tvaika temperat�ra ir pietiekoši augsta, lai b�tu iesp�jams sasild�t siltumt�kla �deni kondensator�. Šin� gad�jum� tiek izmantots turb�nas rež�ms ar pretspiedienu (3.20.att.). Kondens�cijas rež�ms š�dai turb�nai vairs nav iesp�jams. Tvaiks, kas iet caur turb�nas darba ratu pak�p�m, uztur taj�s attiec�gu temperat�ru. Lai maksim�li palielin�tu lietder�bas koeficientu, b�tu v�lams, lai tvaiks neiepl�stu kondensator�. Bet tad p�d�j�s pak�pes izr�d�tos beztvaika rež�m� un ventil�cijas zudumu rezult�t� to temperat�ra var�tu pacelties l�dz sarkankv�lei. L�psti�as zaud�tu stipr�bu un sabruktu. Lai tas nenotiktu, caur t�m j�laiž noteikts minim�ls tvaika daudzums ventil�cijas nol�kos, kas samazina lietder�bas koeficientu. Tvaika turb�nas ir �trgaitas maš�nas, t�m ir 3000 apgr/min. Atomelektrostacij�s siltuma avots ir kodola reaktori. Tiem p�c drošuma un konstrukt�viem apsv�rumiem, nav tvaika p�rkars�t�ju. T�p�c turb�n�s tiek padots pies�tin�ts tvaiks. Lai mazin�tu darba ratu l�psti�u eroziju, turb�n�m paredz 1500 apgr./min.

~ Katls

Kond.

T

3.20.att. Pretspiediena sh�ma.

3.19.att. Termoelektrocentr�les sh�ma.

Uzsild. siltumt�kls

~

Katls

AC

Uzsild. Kond.

ZC

77

3.7. Kombin�tais cikls.

G�zturb�nu degg�zes temperat�ra p�rsniedz 4000C. Pie š�d�m temperat�r�m t�s var izmantot ne tikai apkures vajadz�b�m, bet ar� ener�ijas

ražošanas vajadz�b�m tvaika iek�rt�s. T�dos gad�jumos izmanto divus darba erme�us: g�zi un tvaiku.

Vienk�ršota iek�rtas sh�ma par�d�ta 3.21.att�l�. Šeit karst�s g�zes, kas n�k no g�zes turb�nas, non�k uzsild�t�j�, kur tiek uzsild�ts tvaika katla barošanas �dens. Rezult�t� samazin�s siltuma daudzums, kas j�rada tvaika katla kurtuv� tvaika ieg�šanai, katlam str�d�jot atseviši. G�ztvaika kombin�tais cikls par�d�ts 3.22.att�l�. Ja g�zturb�nai str�d�jot atseviši, tiek izmests siltuma 2bd4, tad kombin�t� cikl� da�� no š� siltuma 9gc8 tiek izmantots �dens-tvaika cikl�. Ietaup�tais siltuma daudzums tvaika cikl� l�dzin�s aizstr�potajam laukumam att�l�. Rezult�t� iek�rta ieg�st pieširta g�zturb�nas vieglas palaišanas un aptur�šanas

~ ~ GK

GT

DK

EG

TT

TK

EG

BS K

Uzs

KS

3.21.att. G�ztvaika iek�rtas: EG-elektriskais �enerators;TK-tvaika katls; BS-barošanas s�knis; K-kondensators; TT-tvaika turb�na; GK-gaisa kompresors; GT-g�zes turb�na; DK-degšanas kamera; KS-kurin�m� s�knis; Uzs-uzsild�t�js.

1

2

6

5

4

3

e g c b a 0 d

T

1

9

8 7

s

lG

lT

3.22.att. G�ztvaika iek�rtas cikls. lG-g�zes turb�nas cikls; lT-tvaika iek�rtas cikls.

78

�paš�bas, lietder�bas koeficientu palielinot l�dz 40% ar zemiem kapit�lieguld�jumiem. G�zes turb�nu degšanas produktu paliekošais siltums var tikt izmantots ar� konvekt�v� tvaika �enerator� t�l�kai izmantošanai tvaika turb�n�. Bieži g�ztvaika ciklu var izmantot, papildinot esošo tvaika iek�rtu ar g�zturb�nu un degšanas produktu siltuma izmantošanu tvaika iek�rt�s.

3.8. Magnetohidrodinamisk� ener�ijas p�rveidošana.

Kurin�mam sadegot, g�zu temperat�ra var p�rsniegt 2000oC. Š�d� temperat�r� g�z�m par�d�s �paš�bas, kas piem�t zemas temperat�ras plazmai, t.i., daudziem atomiem tiek no�rd�tas elektronu �aulas un g�ze satur br�vus elektronus un jonus. Plazma ir elektr�bas vadoša vide. Izlaižot plazmas str�klu caur magn�tisku lauku, no elektrodiem, kas nost�d�ti š�rs�m šim laukam, var no�emt str�kl� induc�to elektrisko str�vu. (3.23.att.).

Temperat�r�, kas sasniedz 3000oC, joniz�cijas pak�pe ir 0,1%, bet vad�tsp�ja jau sasniedz 50% (pie 1% joniz�cijas t� ir attiec�gi 80%). T�tad nemaz nav j�tiecas uz augstu joniz�cijas pak�pi. �emot v�r� to, ka augst�s temperat�r�s saasin�s materi�lu stipr�bas probl�mas, temperat�ru b�tu nepieciešams ierobežot ar 2500 - 2700oC. Lai ar š�d�m pazemin�t�m temperat�r�m saglab�tu vad�tsp�ju, joniz�cija j�palielina ar viegli joniz�jamu s�rmaino met�lu piedev�m g�zu str�kl� (piem., k�lija vai n�trija), kas palielina joniz�ciju t�kstošiem reižu. Bet tas, savuk�rt, rada materi�lu paaugstin�tu koroziju.

MHD g�zu temperat�ra izej� sasniedz 2000oC. Karsta g�ze var tikt izmantota gaisa sasild�šanai g�zes turb�nu degšanas kamer� un t�l�k katl� tvaika ražošanai. Bet, sakar� ar to, ka visaugst�k� temperat�ra, kas var tikt pie�auta siltummai�os, nep�rsniedz 800oC, diapazons 2000 - 800oC tom�r paliek neizmantots.

N

1 R

A

S

v Joniz�t�s gaz�s pl�sma

3.23.att. Magnetohidrodinamisk� (MHD) �eneratora principi�l� sh�ma.

79

Lai gan MHD �eneratori var�tu palielin�t attiec�go šidra vai g�zveid�ga kurin�m� iek�rtu lietder�bas koeficientu par 20%, pašreiz darbojas tikai eksperiment�l�s iek�rt�s. Daudzas materi�lu un konstrukt�v�s probl�mas l�dz galam v�l nav atrisin�tas.

3.9. Siltuma potenci�la transform�cija.

Ener��tik� ir aktu�ls siltuma potenci�la p�rveidošanas uzdevums: zem� siltuma potenci�la p�rveidošana augst�k� (siltuma s�k�i) un augst� siltuma potenci�la p�rveidošana zem�k� (kondicion�šana un ledus skapji). Šis uzdevums tiek risin�ts, izmantojot tvaiku latento siltumu. Apskat�sim procesu siltuma s�kn�. Šin� gad�jum� siltums izdal�s, tvaikam kondens�joties pie dot�s �r�j�s, piem�ram, istabas temperat�ras. Tvaika kondens�cijas un šidruma v�r�šan�s temperat�ra ir atkar�ga no spiediena. Jo augst�ks spiediens, jo liel�ka ir š� temperat�ra. T�tad, to var nodrošin�t, izv�loties spiedienu. Kondens�ciju pie sam�r� augstas vides temperat�ras pan�k pie paaugstin�ta spiediena, ko rada kompresors, darbodamies ar pievad�tu ener�iju. Tvaiks, savuk�rt, rodas, šidrumam iztvaikojot cit� vid�, piem�ram, pie �r�j�s temperat�ras, pat�r�jot siltumu no t�s un, t�tad, pazeminot t�s temperat�ru. Šidruma v�r�šanos pie �r�j�s zem�s temperat�ras pan�k pie zemiem spiedieniem, ko uztur tas pats kompresors ies�kšanas pus�. r�j� vide var b�t �r�j� gaisa vai �dens temperat�ra. Iek�rtas sh�ma par�d�ta 3.24. att�l�. Taj� ir kompresors, iztvaikot�js, kondensators un ventilis-reduktors, kas spiedienu samazina. Kondensators siltumu izdala, bet iztvaikot�js, siltumu pat�r�jot, to �r�j� vid� pazemina.

3.24.att. Kompresora siltums�k�a sh�ma.

Apk

ure

Vid

e Ele

ktr�b

a

Ventilis

Kondensators Kompresors

Iztvaikot�js

80

Procesu apraksta apgrieztais cikls (3.25.att.). Kompresors, ko darbina ar dzin�ju, saspiež tvaiku, k� rezult�t� t� temperat�ra adiab�tiski aug (3-2). Non�kot kondensator�, kas tiek dzes�ts ar gaisu vai �deni, tvaiki kondens�jas, atdodot latento siltumu dzes�jošam ermenim, kas sasilst l�dz temperat�rai 1T . Šis process atbilst izotermai (2-1). Drosel�još� ventil� kondens�ta spiediens samazin�s adiab�tiski (1-4) l�dz l�menim, kad šidrums ar attiec�gu spiedienu izotermiski (4-3) v�r�s un izgarot�j� izgaro, at�emot siltumu �denim vai gaisam, kas tiek pieg�d�ti no vides un T0 temperat�ras tiek pazemin�tas l�dz T2. Temperat�ra T1 p�rsniedz vides temperat�ru, bet T2 ir zem�ka par to.

Š�ds rezult�ts tiek pan�kts ar to, ka darba šidrums v�r�s zem� (vides) temperat�r�, piem�ram, pie 4oC un, attiec�gi zem�, piem�ram, 0,2 Mpa spiedien�, un kondens�jas augst� izejas temperat�r�, piem�ram, 53oC, pateicoties paaugstin�tam, piem�ram, 1 MPa spiedienam.

Nepieciešam� temperat�ru starp�ba (40-50oC) atbilst spiedienu starp�bai (saspiešanas pak�pei), izrietošai no darba erme�u fizik�l�m �paš�b�m.

Iek�rta var tikt izmantota div�j�di: � k� siltuma avots; � k� aukstuma avots. Ja š�du iek�rtu izmanto k� siltuma avotu (siltuma s�knis), tad

iztvaikot�jam tiek pievad�ts k�ds zem� potenci�la siltums (izvad�mais �r�j� vid� silts ventil�cijas gaiss, notek�de�i, pazemes �de�i, kas ziem� neaizsalst utt.). Pateicoties kompresoram pievad�tajai ener�ijai, kondensator� apkurin�m� telp� izdal�s paaugstin�ta temperat�ra T1. Tam atbilstoš� ener�ija tiek sasniegta, pateicoties div�m sast�vda��m: ener�ijai, ko at�em atdzes�jamam ermenim Q1 un kompresora darb�bai izmantojamai ener�ijai.

Siltuma s�k�a darb�bas efektivit�ti nosaka p�rveidošanas koeficients:

� ��

TT T

k

k i

,

3.25.att.Apgriezts termodinamiskais cikls.

1

4

2

3 q2

q1

�

P

-l0

81

kur Tk un Ti - siltuma a�enta kondens�cijas un izgarošanas temperat�ras. Siltuma s�kn� rad�tais, izmantošanai der�gais siltuma daudzums

l�dzin�s: EQ �� ,

kur E - ener�ija, pievad�ta siltuma s�knim (elektr�ba vai meh�nisk� ener�ija kompresora darbin�šanai).

Lielums � ir liel�ks par vienu. Jo augst�ka ir vides temperat�ra, ko izmanto s�kn�, jo augst�ks ir p�rveidošanas koeficients (3.26.att.).

Parasti siltuma s�k�a kompresoram j�pievada apm�ram 40% ener�ijas, ko sa�em no t� apkures veid�. P�r�jais tiek pieg�d�ts zem�

potenci�la ener�ijas veid� no erme�a, kas tiek dzes�ts. T�tad siltuma s�knis ir iek�rta, kas p�rveido neizmantojamo zem� potenci�la ener�iju augst�k� potenci�la ener�ij�, ko iesp�jams izmantot.

Iek�rta, kas darbojas uz apgriezt� termodinamisk� cikla pamata, ir revers�va. Ja apkurin�m� telp� ir kondensators, bet �rpus t� - iztvaikot�js, tad tas ir siltuma avots. Turpret�, ja telp� ir iztvaikot�js, bet kondensators ir �rpus�, tad tas ir augstuma avots, ko karst� laik� izmanto gaisa kondicion�šanai.

3.26.att. Siltums�k�a izdev�guma koeficienti.

82

Š�das iek�rtas lieto �oti plaši apst�k�os, kur ziem� nepieciešama apkure, bet vasar� kondicion�šana. T�, ASV atrodas ekspluat�cij� vair�ki miljoni siltuma s�k�u-kondicion�t�ju.

K� darba ermeni siltuma s�k�os izmanto šidrumus, kas nesasalst iztvaikot�ja minim�l�s temperat�r�s un v�r�s zem�s temperat�r�s.

Daž�dus izmantojamus darba erme�us raksturo tvaiku kondens�cijas temperat�ras atkar�b� no spiediena (3.27.att.). Vislab�kais darba ermenis ir amonjaks. Tam ir visaugst�kais iztvaikošanas siltums un pie re�l�m temperat�r�m tas var tikt izmantots ar zemiem spiedieniem. Toties t�

izmantošanu ierobežo toksiskums un kr�saino met�lu korozija saskar� ar to. T�p�c biež�k izmanto freonus. R12 (CClF2) pašreiz ir aizliegts, jo tas hlora d�� nok��stot atmosf�r�, veicina ozona izn�kšanu t�s augš�jos sl��os, radot ultraviolet� starojuma b�stam�bu. T� viet� lieto R22, kas ir der�gs l�dz T1=50-55oC. Turpm�k paredz�ts R134a (C2H2F4), kura fizik�l�s �paš�bas maz atširas no R12, bet kas ir nekait�gs, jo nesatur hloru.

�dens / �dens-siltuma s�k�i lietojami, ja ir zema potenci�la temperat�ra T2 > 0oC (grunts�dens, �denskr�tuve, notek�de�i). Glikola šidruma / �dens siltums�k�i lietojami ar� pie T2 < 0oC. Gaisa / �dens siltums�k�i izmantojami, ja zem� potenci�la siltuma avots ir gaiss.

Siltums�knis bieži tiek izmantots k� pamatapkures avots. Seviši aukst� laik� tas j�papildina ar citu apkures veidu, piem�ram, elektrisko. Š�da bivalent� apkure ir izdev�ga, ja papildu apkure nepieciešama sam�r� �slaic�gi.

3.27. att. Siltums�k�u darba erme�u raksturl�knes. 1 - amonjaks; 2 - R22; 3 - R12; 4 - R114; 5 - R21; 6 - R11; 7 - metilspirts; 8 - etilspirts; 9 - R113; 10 - �dens

83

Siltums�k�u izmantošanas iesp�jas par�d�tas 3.28.att�l�. Š�duma / �dens siltums�k�i ir izmantojami ar zemes zond�m,

zemes kolektoriem un gaisu. Zemes zonžu gad�jum� ir nepieciešams 15 m zonžu garums uz 1 kW.

Savrupm�jai pie 10 kW nepieciešams 75 m zonžu garums. Zemes kolektoru gad�jum� uz 1 kW ir nepieciešams 42 m2 re�istra

plat�bas. 10 kW ir nepieciešams 420 m2 kolektora plat�bas. Liel�s plat�bas d�� tie pašreiz tiek izmantoti sam�r� reti.

Grunts�dens izmantošanas gad�jum� 1 kW ir nepieciešams 150 l/st

3.28. att. Siltums�k�u izmantošanas varianti.

84

grunts�dens. 10 kW ir nepieciešams 1500 l grunts�dens stund�. Virs�dens gad�jum� 1 kW ir nepieciešams 310 l �dens stund�. T�tad

10 kW ir nepieciešams 3100 l/st. Siltuma s�k�a iek�rta, kas izmanto �r�jo gaisa temperat�ru, par�d�ta

3.29.att�l�. Eksist� ar� r�pniec�b� izmantojamas iek�rtas. Šajos gad�jumos k�

dzin�jus izmanto g�zes vai d�ze�dzin�jus. Sakar� ar to, ka sam�r� augsto izmešu siltuma temperat�ra bieži j�pace� sam�r� nedaudz (par 10-15 K), efektivit�tes koeficients var izr�d�ties l�dz 15. Taj� paš� laik� eksist� r�pnieciskie siltums�k�i, kas sasniedz T1 l�dz 150 un pat 300oC.

Izmetam� siltuma utiliz�cijas iesp�ja ir kompleksa probl�ma, kas j�risina, �emot v�r� izmetam� siltuma:

� pl�smas un pat�ri�a sakrišanu laik� un telp�; � pat�r�jam� siltuma potenci�lu un t� apm�ru. Siltuma s�k�u alternat�va ir re�eneratori un rekuperatori.

Siltummai�i ir vienk�rš�ki mont�ž� un �tr�k atmaks�jas, bet to izmantošanas iesp�jas daudzos gad�jumos ierobežotas zem� izmetam� siltuma potenci�la d�� (30-50oC).

3.29. att. Gaisa siltums�knis.

85

Divi r�pniec�bas uz��muma siltuma apg�des varianti par�d�ti 3.30.att�l�. Abos variantos tehnolo�ijas vajadz�b�m tiek pat�r�ta elektrisk� ener�ija 24% apm�r�. �emot v�r� to, ka elektroener�ijas ražošanas lietder�bas koeficients l�dzin�s 0,369, tas atbilst 65% siltuma ener�ijas daudzumam.

Pirmaj� gad�jum� tehnolo�ijas vajadz�b�m 35% ener�ijas ražo katlu m�ja. Sakar� ar to, ka 4% ir zudumi, ražošan� non�k 31% ener�ijas. Izmantotais karstais �dens tiek dzes�ts ar �deni, kas savuk�rt atdzes�jas torn�.

Otr� gad�jum� tiek izmantots siltuma s�knis. Elektrisk�s ener�ijas pat�ri�š šin� gad�jum� ir liel�ks, sast�dot 31%. Iev�rojot elektr�bas ražošanas lietder�bas koeficientu, tas sast�da siltuma ener�ijas vien�b�s 84%. P�r�jo ener�iju nodrošina siltuma s�knis, izmantojot izmešu zemo ener�ijas potenci�lu un da�u no elektrisk�s ener�ijas. Ener�ijas ietaup�jums sast�da 16%.

Seviši izdev�gi siltums�k�i ražošanas uz��mumos, kur ir

3.30.att. Divi energoapg�des varianti.

86

nepieciešami k� siltums, t� ar� aukstums tehnolo�isk�m vajadz�b�m. Siltuma atjaunošana, ESB un siltuma s�k�i veido pas�kumus, ko

dažreiz izdev�gi izmantot kompleksi. Latvij� siltuma s�k�i tiek izmantoti Bab�tes ciem� individu�lo m�ju

apkures vajadz�b�m. K� vidus siltums tiek izmantoti grunts�dens kont�ri. Temperat�ra dz�vojam�s telp�s ir pietiekoša, ja �r�j� temperat�ra nav p�r�k zema. Pie �oti zem�m temperat�r�m j�lieto papildu apkure, lai nodrošin�tu nepieciešamo temperat�ru telp�s. Sist�ma darbojas jau ilgi un izr�d�j�s pietiekoši droša.

Helsinku priekšpils�t� uzb�v�ts eksperiment�ls ciems Kerave, kur� ir 21 divst�vu sekciju �kas. Apkures vajadz�b�m �k�m ir saules kolektori (3.31.att.), kam kop�j� plat�ba sasniedz 1100 m2. Blakus ciemam klints grunt� iek�rtots 1500 m3 �dens siltuma akumulators, (grunts akt�vais apjoms 1100 m3).

Silt� gada laik� akumulators tiek uzpild�ts no saules kolektoriem. �dens temperat�ra sasniedz 80oC. Kolektora kont�r� cirkul�

starpsiltumnes�js (etil�nglikols), kas uzsilda akumulatora �deni ar siltummai�a pal�dz�bu. Aukst� laik� siltumapg�des kont�r� �dens tiek uzsild�ts ar akumulatora �deni, kam�r akumulatora �dens temperat�ra

3.31.att. Saules-siltums�k�u apkures sist�ma Somij�. 1 - saules kolektori; 2 - starpsiltumnes�ja kont�rs; 3 - apkures sist�mas cauru�vads; 4, 5 - karts� �dens dren�ža, uzpildot akumulatoru; 6 - grunts akt�vais apjoms; 7 - akumulatora apjoms; 8 - siltums�k�a telpa.

87

samazin�s l�dz 50-60oC. P�c tam tiek palaista siltuma s�k�u iek�rta (divas pa 165 kW katra). To iztvaikot�ji tiek uzsild�ti ar akumulatora �deni. �kas apg�d�tas ar apkures sist�mu un rezerves �dens sild�t�jiem. Ciemata apkures energopat�ri�š ir 1325 MW×h. No akumulatora tiek pat�r�ts 1200 MW×h. 40% ener�ijas dod saules kolektori. Gada kurin�m� ekonomija sast�da 450 t�kst. tonnas (p�rr�in� uz nosac�to kurin�mo). Sist�ma atmaks�j�s 6 - 7 gados.

Siltuma s�k�i tiek lietoti apkurei, izmantojot termiskos pazemes �de�us (3.32.att.). Šeit urbuma siltais �dens (9 bar, 30-60oC) tiek padots siltummain�. No siltummai�a sasild�ts sekund�r� kont�ra �dens tiek padots siltuma s�k�a iztvaikot�j�, kur atdod siltumu cirkul�jošai vielai, kas iztvaiko. �eoterm�lais �dens atdzes�jas un tiek iepump�ts noliešanas urbum� (�dens stipri mineraliz�ts). Cirkul�još�s vielas tvaiki iet cauri kompresoram. Tur tvaiki tiek saspiesti, to temperat�ra aug un, kondensator� kondens�joties, atdod siltumu termot�kla �denim, kas tiek izmantots apkurei. Da�a no termot�kla �dens var tikt izmantota tvaika katla barošanas vajadz�b�m. Termot�kla atpaka�vada �dens non�k atkal kondensatora iek�rt�. Augst� potenci�la ener�ija, kas vajadz�ga kompresora vajadz�b�m, var tikt izmantota vai nu tvaika katla ener�ijas vai ar� elektr�bas veid�.

Eksist� ar� ražošan� izmantojam�s iek�rtas. T�, piem�ram, siltuma s�k�us efekt�vi izmanto kalt�s (3.33.att.). Šaj� gad�jum� gaiss tiek sasild�ts sild�t�j� tikai da��ji. Liel�ku siltuma da�u dod siltums�knis. Tas, savuk�rt, izmanto mitr� izmešu gaisa saglab�jušos siltumu, atgriežot to sild�šanas kont�r�. Izmantotais gaiss tiek atdzes�ts l�dz temperat�rai, kas zem�ka par

turbo�enerators katls

kondensators

termokompresors

iztvaikot�js

siltummainis

3.32.att. Termisko pazemes �de�u izmantošana ar pal�dz�bu apkurei.

88

rasas punktu. T� rezult�t� izdal�s kondens�ts, bet sauss gaiss tiek izmantots atk�rtoti sl�gt� kaltes sist�m�. Siltuma izmantošana š�da veida kalt� ir 2-3 reizes efekt�v�ka nek� parast�s kalt�s.

Zviedrij� ir lielas jaudas siltuma s�k�u stacijas (3.1. tab.), kur k� zem� potenci�la siltumu izmanto notek�de�us.

Siltums�k�u stacijas Zviedrij� 3.1. tab.

Vieta Siltuma jauda MW

Ieviešanas gads

Upsala Malme Erebr�

Stokholma Solna

39 40 51 100 120

1984 1983 1985 1986 1986

Š�das stacijas kopskats par�d�ts (3.34.att.). Izmantojot siltuma s�k�us, svar�ga ir probl�ma, kas saist�ta ar to, ka

3.33.att. Siltums�k�a izmantošana materi�lu ž�v�šanai.

3.34.att. Komun�l�s siltums�k�u stacijas kopskats. 1 – notek�de�u s�k�i; 2 - siltumt�kla udens; 3 - siltumt�kla cirkul�cijas s�knis; 4 - elektrisk� apakšstacija; 5 - iztvaikot�js; 6 - turbokompresors; 7 - elektrodzin�js; 8 - kondensators; 9 - moment�nais iztvaikot�js; 10 - vad�bas pults.

89

elektroener�ijas un siltuma ener�ijas pat�ri�i var izr�d�ties nob�d�ti laik�. T� elektroener�ija b�tu j�pat�r� nakt�s, kad tarifs minim�ls, bet siltuma ener�iju pat�r� dien�. Ar� zem� potenci�la ener�ija b�tu j�izmanto saska�� ar šo ciklu. Siltuma s�knis tradicion�l� veid� š�das pras�bas neapmierina, jo siltums tiek ražots tikai kompresora darbin�šanas laik�.

Š�s pras�bas var tikt apmierin�tas sh�m� (3.35.att.), kur izmanto savdab�gu siltuma akumulatoru, kas atrisina situ�ciju diennakts ietvaros. Kompresors 1 uzs�c no b�kas 2 �dens un amonjaka š�duma amonjaka tvaikus, un saspiež tos. Tvaiks atdod siltumu š�dumam, kondens�jas un saglab�jas šidra amonjaka tvertn� 3.

r�j� zem� potenci�la siltum� (5) šidrais amonjaks (3), kas glab�jas zem spiediena, caur drose�v�rstu 4 �r�j� siltuma iespaid� iztvaiko un nok��st absorbera š�dum�, kas izdala augst�ka potenci�la siltumu pat�r�t�jam (6).

3.10. Ekolo�iski tras elektrostacijas.

Ener��tisko objektu izmeši nok��st vid� galvenok�rt ar d�mg�z�m. T�p�c pirmaj� viet� ir d�mg�zu att�r�šanas iek�rtas. Ar d�mg�z�m atmosf�r� nok��st cietas da�i�as putek�u veid�, tvana g�ze, s�ra dioks�ds (SO2) un sl�pek�a oks�di (NOx), kuri slikti iespaido vidi.

Tvana g�ze samazina asi�u sk�bek�a absorb�šan�s efektu. Rezult�t� - galvas s�pes, reibo�i, slikta d�ša. Lielas tvana g�zes koncentr�cijas ir b�stamas dz�v�bai.

3.35.att. Š�duma siltuma akumulators. 1- kompresors; 2- �dens-amonjaka š�duma b�ka; 3- šidra amonjaka tvertne; 4- drose�v�rsts; 5- vides siltums; 6- atdodamais siltums .

6

3 2 4

5

1

1966 1974 1982 1995 0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000 Apkure P�r�j. pat�r. R�pniec�ba S�kais pat�ri�š

Tehn. procesi

P�r�jais transp.

M�jtur�ba Ielas transp.

3.36.att. CO emisijas dinamika V�cij�.

*103t

90

Oglek�a oks�da emisija rodas, nepiln�gi sadegot kurin�majam, ko nosaka degšanas procesa kvalit�te (padodam� gaisa p�rpalikuma pak�pe). Galvenais tvana g�zes emisijas avots (65%) tom�r ir automobi�u transports. CO minimiz�cija dod vienlaic�gu degšanas efektivit�tes pieaugumu. Tvana g�zes emisiju liel�k�s iek�rt�s samazina, lietojot t�s kontroli ar m�rdev�jiem un attiec�gi kori��jot degšanas procesu. Maz�s iek�rt�s tas tiek paredz�ts jaud�m virs 15 kW. Transport� j�lieto izp�šamo g�zu katalizatoru iek�rtas. Š�s emisijas veida sekm�g�s apkarošanas rezult�tus V�cij� var apl�kot 3.36.att�l�.

Ar� og��de�ražu emisija (CnHm) rodas nepiln�gas sadegšanas rezult�t�. Daži og��de�raži ir kancerog�ni (benzols). Tie izdal�s, sadegot galvenok�rt cietam kurin�mam. Galvenais š�s emisijas avots tom�r ir automobi�i. Og��de�ražu savienojumu emisijas samazin�šanai j�lieto tie paši l�dzek�i, k� CO samazin�šanai 3.37.att..

3.11. Dmg�zu attršana no putek�iem.

Putek�i, kuri tiek izmesti vid� kop� ar d�mg�z�m, sast�v no kv�piem un nesadeguš�m kurin�m� da�i��m. To daudzums var sv�rst�ties diezgan plaš�s robež�s un ir atkar�gs no kurin�m� veida un degšanas procesa. P�c svara putek�u daudzums, kurš non�k atmosf�r� var sast�d�t 0,2% no sadedzin�m� og�u daudzuma.

D�mg�zu att�r�šana no putek�iem tiek pan�kta, lietojot: � skruberus; � tekstila filtrus; � elektrofiltrus (neitr�liem pelniem); � elektrofiltrus ar pelnu kondicion�šanu

3.38.att. D�mg�zu filtr�cija caur audumu. a - ar gludiem pavedieniem; b - ar izp�rušiem pavedieniem.

1966 1974 1982 1995 0

500

1000

1500

2000

2500

3000 Apkure P�r�j. pat�r. R�pniec�ba S�kais pat�ri�š M�jtur�ba Ielas transp. P�r�jais transp. Tehn. procesi

3.37.att. Og��de�raža emisijas dinamika V�cij�.

*103t

91

(sk�biem pelniem). Skrubers ir cilindrveida apar�ts, pa kura sien�m pl�st �dens str�kla. D�mg�zes tiek padotas gar sien�m pa pieskari. To pl�sma saskaras ar �dens pl�vi un ciet�s da�i�as �dens nomazg� (3.38.att.).

D�mg�zu att�r�šana ar tekstila filtriem Tekstila filtri d�mg�zu

att�r�šan� tiek plaši lietoti ASV. D�mg�zes no apakšas nok��st tekstila caurul�s, kur�s pak�peniski sakr�jas putek�i, iziet cauri tekstila por�m uz cauru�u �rpusi. Periodiski cauri caurul�m pretvirzien� tiek padota gaisa str�kla, kura deform� t�s un nober putek�us (3.39.att.).

Tekstila filtru efektivit�te var sasniegt 99%. Tiem ir liel�ka nek� elektrofiltriem aerodinamisk� pretest�ba un sam�r� zema g�zu apjoma attiec�ba pret filtra virsmu, kas nosaka lielus filtru izm�rus, bet mazus ener�ijas pat�ri�us.Tekstila filtriem izmanto: stikla šiedras dr�bi (73,1%), teftonu (7,4%), nomeksu (4,2%) un “dayteksu” (3,7%).

D�mg�zu att�r�šana ar elektrofiltriem Biež�k lieto elektrofiltrus.

Elektrofiltri att�ra d�mg�zes no putek�iem par 90-95% ar minim�lo aerodinamisko pretest�bu (150 Pa) un bez g�zu temperat�ras pazemin�šanas.

Elektrofiltr� 3.40.att�l� d�mg�zes tiek padotas ieej� 1. Pa šahtu 2 t�s caur rež�iem 4 un 5 non�k atstarp� starp elektrodiem 7 un 9, kuriem tiek pievad�ts augstspriegums

3.39.att. Tekstila filtrs. 1 - ventilators; 2 - str�d�još� sekcija; 3 - sekcija att�r�šan�; 4 - gaisa pretstr�kla; 5 - t�r� gaisa izeja; 6 - putek�ain� gaisa izeja.

3.40.att. Elektriskais filtrs.

92

(6). Elektrodi atrodas korpus� 10. D�mg�zes iziet caur difuzoru 11 uz d�mvadu. Putek�i sakr�jas bunkuros 14, kuri tiek apg�d�ti ar sl�p�m starpsieni��m, lai samazin�tu d�mg�zu pl�smu caur bunkuriem un l�ku 13, caur kuriem var kontrol�t procesu.

Viens no elektrodiem ir nos�dinošs (7). Elektriski neitr�li putek�i, nok�uvuši elektrisk� lauk�, elektriz�jas un tiek pievilktas pie elektroda 7. Šie elektrodi tiek periodiski satricin�ti un rezult�t� putek�i nobirst bunkuros. Spriegums, ko pievada elektrodiem, var b�t iztaisnots mai�spriegums. Att�r�šanas efektivit�ti var celt, ja izmanto impulsveida spriegumu vai spriegumu ar main�gu polarit�ti. Pas�kumi pret putek�u emisiju paredz�ti ener��tisko iek�rtu jaud�m virs 15 kW. Š�di pas�kumi, kas realiz�ti, piem�ram, V�cij�, dod j�tamus rezult�tus (3.41.att.).

D�mg�zu ��misk� kondicion�šana Augst�kas pak�pes att�r�šanas sasniegšanai, piem�ram, l�dz 99%,

j�palielina elektrofiltru apjomi, vai j�piedod putek�iem noteiktas �paš�bas, ko pan�k ar kondicion�šanu. � Izšir sekojošas kondicion�šanas metodes: termo-mitro kondicion�šanu,

ko pan�k, izsmidzinot �deni d�mg�zu pl�sm� pirms elektrofiltra; � termokondicion�šanu, atdzes�jot d�mg�zes bezkontakta siltummain�; � �misko kondicion�šanu, piejaucot d�mg�zu pl�sm� vielas, kuras

samazina putek�u jonu l�di�u bl�vumu. Pirm�s metodes tr�kums - iesmidzin�tais �dens nepasp�j piln�gi izgarot,

un nos�dumi izsauc d�mvadu koroziju. Otro metodi var izmantot tikai jaunce�am�s elektrostacij�s, jo

bezkontaktu siltummainim vajag daudz vietas, ko nav iesp�jams atrast darbojoš�s iek�rt�s.

1966 1974 1982 1995 0

200 400 600

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Apkure P�r�j. pat�r. R�pniec�ba S�kais pat�ri�š M�jtur�ba Ielas transp. P�r�jais transp. Tehn. procesi

3.41.att. Putek�u emisijas dinamika V�cij�.

*103t

93

Izdev�g�ka ir �misk� kondicion�šana, kuru p�d�jos 15 gados izmanto daudz�s valst�s.Izmantojot elektrofiltrus aiz gaisa uzsild�t�jiem, efekt�vas ir sulf�tu kondicion�još�s vielas: SO3, s�rsk�be (H2SO4) un citas. Š�das kondicion�šanas lietošana 2-3 reizes samazina pelnu izdal�šanos atmosf�r�. SO3 izmantošana d�mg�zu kondicion�šan�, saist�ta ar t� ieg�šanu no SO2 (3.42.att.).

SO3 izmantošana kondicion�šanai saist�ta ar kapit�lieguld�jumiem iek�rtai, izejvielas (SO2) transport�šanai, SO3 ieg�šanai un glab�šanai.

Kondicion�šana ar (NH4)2SO4 aizvieto kondicion�šanu ar SO3 un s�rsk�bi. T� ir balta viela, ko izmanto k� m�ksl�gos m�slus un kura š�st aukst� �den�. Norm�l� temperat�r� - neitr�la. Sk�bes �paš�bas (kuras nepieciešamas kondicion�šanai) veidojas, vielai sadaloties, s�kot ar 100oC. To var ievad�t �densš�duma veid� (0,23-1,8 moli/l). Š�da kondicion�šana tiek lietota Lielbrit�nijas un ASV elektrostacij�s (3.43.att.). Ja dedzina ogles, kuru pelni satur sk�bju komponentus, tiek

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

50 100 350 500

milj. $

MW

3.43.att. Kapit�lieguld�jumi kondicion�šanai vai palielin�tiem elektrofiltriem atkar�b� no iek�rtas jaudas.

3.42.att. D�mg�zu kondicion�šanas sh�ma ar SO3. 1 - šidr� s�ra b�ka; 2 - tvaika padošana; 3 - kondens�ta noliešana; 4 - apsild�ms cauru�vads; 6 - s�k�u (5, 16) platforma; 7 - s�ra padošana pie 130oC; 8 - tehnolo�isk�s kr�sns (11) platforma; 9, 10 - gaisa padeve; 12 - SO3 un gaisa mais�juma padeve; 13 - sprauslas; 14, 15 - d�mvads.

94

izmantota divk�rša kondicion�šana ar SO3 un NH3, jo sk�bie pelni augst�s temperat�r�s (virs 130oC) slikti uztver SO3. NH3 uzlabo starpelektrodu telpas elektrisk�s �paš�bas, nos�d�mo da�i�u koh�ziju un SO3 uztveri pelnos.

3.12. Dmg�zu attršana no s�ra dioksda.

Sadedzinot šidro un cieto kurin�mo, atkar�b� no s�ra satura taj�, veidojas 10-15 un pat l�dz 20 g SO2 uz d�mg�zu m3. Atmosf�ras mitrum� tas veido s�rsk�bi un l�dz ar sl�pek�a oks�diem veicina sk�bos lietus. T�p�c t� saturs d�mg�z�s tiek ierobežots ar maksim�li pie�aujam�m norm�m, kuras var pan�kt tikai, lietojot attiec�gas att�r�šanas iek�rtas. ASV, V�cij�, Lielbrit�nij�, Jap�n� Austr�lij�, Somij� un cit�s valst�s l�dz 90% energobloku apg�d�ti ar s�ra dioks�da att�r�šanas iek�rt�m. Desulfariz�cijas iek�rt�s izmanto š�das tehnolo�ijas: slapjas (nere�enerat�vas un re�enerat�vas) un sausas.

Slapj�s tehnolo�ijas rea�ents tiek ievad�ts d�mg�z�s š�duma veid�. Nere�enerat�v�s tehnolo�ijas rea�ents tiek izmantots vienu reizi. Re�enerat�v�s tehnolo�ij�s tas tiek izmantots vair�kk�rt�gi. Šaj� gad�jum� rea�ents p�c izmantošanas tiek atjaunots termisk� vai �misk� veid�.

Visbiež�k izmanto slapjo ka�akmens metodi (V�cij� 75%, ASV 50%). D�mg�zes no katla iziet cauri elektrofiltram, kur tiek att�r�tas no putek�iem. Att�r�tas d�mg�zes (3.44.att.) non�k pirmaj� absorbera pak�p� (5), kur tiek padota ka�akmens suspensija. Reakcij� rodas kalcija sulf�ts

3.44.att. Slapj�s tehnolo�ijas sh�ma. 1 - d�mg�zes; 2, 3 - pulpas sagatavošana un t�s izvad�šana; 4 - ka�akmens padošana; 5 - pirm� att�r�šanas pak�pe; 6 - absorbers; 7 - s�rsk�bes padošana; 8 - oksid�t�js; 9 - gaiss; 10 - separators; 11 - �ipša ieg�šana.

95

(CaSO3 × 2H2O). 1 kg SO2 neitraliz�cijai izlieto 1,56 kg CaCO3. Sakar� ar to, ka CaCO3 slikti š�st �den�, t� piln�g�kas izmantošanas m�ros absorber� izmanto šidruma recirkul�ciju. Rezult�t� pan�k 90-95% att�r�šanas pak�pi (3.45.att.).

Att�r�tas d�mg�zes, atdzes�tas absorber� (6) l�dz rasas punktam (45oC), sajauc ar nelielu neatt�r�tu d�mg�zu daudzumu, k� rezult�t� iztvaiko atlikušais mitrums. P�c tam t�s non�k skursten�.

Suspensija no absorbera non�k rezervu�r�, kur� tiek ievad�ts gaiss k� oksid�t�js. Rezult�t� kalcija sulf�ts tiek p�rv�rsts neitr�laj� �ips� CaSO4 × 2H2O. �ipsis p�c att�r�šanas no smagiem met�liem tiek izsusin�ts mitrums (l�dz 10%) un var tikt novad�ts dab�g�s �denskr�tuv�s, vai ar� tiek papildus izž�v�ts l�dz 1-2% mitrumam un izmantots cit�m vajadz�b�m. 1 milj. m3 d�mg�zu att�r�šanai vajag 10-13 t ka�akme�a.

Saus� metod� samalts (3.46.att.) ka�akmens tiek ievad�ts d�mg�zu trakt� 900-1100oC temperat�r�. Šeit notiek ka�akme�a apdedzin�šana un notiek nedz�sto ka�u veidošan�s. 500-800oC temperat�r� nedz�stie ka�i

3.46.att. Saus�s tehnolo�ijas sh�ma. 1 - kurtuve; 2 - aktiv�cijas reaktors; 3 – elektrofiltrs.

1974 1982 1995 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

1966

Apkure P�r�j. pat�r. R�pniec�ba S�kais pat�ri�š M�jtur�ba Ielas transp. P�r�jais transp. Tehn. procesi

3.45.att. S�ra dioks�da emisijas dinamika V�cij�.

*103t

96

da��ji saista s�ra oks�dus. Atlikušie ka�i aiz katla zon�, kur temperat�ras pazemin�s l�dz 130-160oC speci�l� reaktor� - mitrin�t�j� p�riet dz�stos ka�os, kuri, savuk�rt, rea�� ar atlikušo SO2. P�c �dens iztvaikošanas kalcija sulf�ts tiek nog�d�ts pelnu izg�ztuv�. T�d� veid� tiek pan�kta att�r�šana par 70-80%. Šo metodi izmanto gad�jumos, kad tiek lietotas ogles ar gr�ti k�stošiem pelniem. Iek�rtai vajag maz�k vietas un t� ir l�t�ka.

3.13. Dmg�zu attršana no sl�pek�a oksdiem.

Sl�pek�a oks�di (NOx) veidojas no kurin�m� esoš� sl�pek�a, tam sadegot (piem�ram, dab�gai g�zei), k� ar� oksid�joties atmosf�ras sl�peklim augst�s degšanas temperat�r�s. Sl�pek�a oks�di atmosf�r� veido sl�pek�sk�bi, kura sekm� sk�bo lietu veidošanos. Vasar�s NOx veido kait�gos fotooksidantus. Augsta NOx koncentr�cija izsauc elpošanas ce�u saslimšanas. Liel�kais š�s emisijas avots ir automobi�i (60%). Emisijas samazin�šanai automobi�os j�paredz katalizatoru iek�rtas.

D�mg�zu att�r�šanas metodes no sl�pek�a oks�diem var b�t prim�ras un sekund�ras. Prim�ras metodes saist�tas ar degšanas organiz�ciju, kur� samazin�s sl�pek�a oks�du veidošan�s. Tas tiek pan�kts ar degšanas temperat�ras, gaisa daudzuma optimiz�cija akt�v�s degšanas zon�, O2 parci�l� spiediena samazin�šanu gais� ar d�mg�zu recirkul�cijas pal�dz�bu, laika samazin�šanu, kur� kurin�mais atrodas degšanas zon�, pak�peniska degšanas procesa izmantošanu. T�d� veid� pan�k NOx samazin�šanu par 50-60%.

Prim�r�s metodes dod labu rezult�tu, sadedzinot dab�go g�zi vai mazutu. Izmantojot ogles, š�s metodes ierobežo kurin�m� nepiln�ga sadegšana, kas mazina katla lietder�bas koeficientu. Sekund�r�s metodes ir š�das: � selekt�v� termisk� sl�pek�u oks�du atjaunošana; � selekt�v� katal�tisk� sl�pek�u oks�da atjaunošana; � elektronu starojuma metode; � absorbcijas metode; � aktiv�t� koksa izmantošana. Visbiež�k lieto pirm�s divas metodes.

Selekt�v� termisk� sl�pek�a oks�da atjaunošana ir visl�t�k� metode. Šaj� gad�jum� augsttemperat�ras zon� (870-1100oC) ievada NH3.

97

Atjaunojošo reakciju rezult�t� da�a sl�pek�a oks�du p�riet nekait�g� molekul�r� sl�pekl�.

NH3 tiek ievad�ts d�mg�z�s ar inžektoru pal�dz�bu, kuri tiek izveidoti vajadz�gaj� temperat�ras zon�. Att�r�šanas pak�pe ir 50-90%.

P�d�j� laik� V�cij�, Austrij�, ASV un Jap�n� NH3 viet� izmanto katal�tisko š�dumu atjaunošanu ar katalizatoriem, ko izmanto 320-400oC zon�. Jap�n� izmanto katalizatorus, kuri bija izstr�d�ti automobi�iem. K� rea�ents tiek izmantots NH3. Viena no iesp�jam�m sh�m�m par�d�ta 3.47.att�l�. Šeit A - kurin�mais; B - gaiss; C - NH3 (amonjaks); D - pies�tin�ts tvaiks. D�mg�zes (E) non�k sajauc�j� (4), kur vienlaic�gi non�k g�zveid�gs NH3 ar tvaiku. Tam pl�stot caur katalizatoru (5) notiek atjaunojoš�s reakcijas. T�l�k d�mg�zes pl�st caur sild�t�ju (6), elektrofiltru, d�ms�kni uz re�enerat�vo siltummaini un, p�c iziešanas caur otro katalizatora pak�pi, uz skursteni. Trakt� tiek veikti pas�kumi pret d�mg�zu temperat�ras samazin�šanos zem nepieciešam�s.

Att�r�šanas iek�rtas no SO2 un NOx tiek izmantotas daž�d�s kombin�cij�s atkar�b� no kurin�m� veida un konkr�tiem apst�k�iem.

P�d�j� laik� s�k izmantot augst�s ener�ijas elektronu starojumu vai ozonu. Reakciju meh�nisms atg�dina smoga foto�misko reakciju

3.47.att. Katal�tisk�s metodes sh�ma. A - kurin�mais; B - gaiss degšanai; C - amonjaks; D - pies�tin�ts tvaiks; E - d�mg�zes; 1, 2 - katls; 3 -iztvaikot�js; 4 - sajauc�js; 5 - katalizators; 6 - gaisa uzsild�t�js; 7 -elektrofiltrs; 8 - d�ms�knis; 10 - re�enerat�vs siltummainis; 11 - d�menis.

98

atmosf�r�, kur apstarošanas rezult�t� veidojas OH, H2O, N, O, H br�vie radik��i ar sl�pek�a oks�du un SO2 oksid�šanos l�dz sl�pek�sk�bei un s�rsk�bei (3.48.att.). NOx emisijas dinamika V�cij� att�lota 3.49.att�l�.

ASV att�r�šanas iek�rtu izmaksa jaunce�am�s un rekonstru�jam�s

elektrostacij�s sast�da 45% no ieguld�jumiem elektrostacij�s. Saska�� ar V�cijas pieredzi, att�r�šanas iek�rtas sad�rdzina elektroener�ijas izmaksas par 7,5-21% un samazina lietder�bas koeficientu par 5%.

Uztvert�s vielas, lietojot attiec�g�s tehnolo�ijas, var izmantot k� izejvielas der�g�s produkcijas rad�šanai. T�, piem�ram, putek�us var izmantot cementa ražošan� vai ce�u b�v�. �ipsi, ko ieg�st, uztverot s�ra dioks�du, var izmantot �ipša b�vdeta�u ražošan�, bet sl�pek�a oks�di - k��st par izejvielu m�ksl�go m�slu ražošanai.

3.48.att. Augst�s ener�ijas starojumu metodes sh�ma. 1 - d�mg�zu dzes�t�js; 2 - elektrofiltrs; 3 - pa�trin�t�ji; 4 - reaktors; 5 - radi�cijas aizsardz�ba; 6 - elektrofiltrs; 7 - d�ms�knis; 8 - granulators; 9 – d�menis.

1966 1974 1982 1995 0

500

1000

1500

2000

2500

3000 Apkure pkure P�r�j. pat�r. R�pniec�ba S�kais pat�ri�š M�jtur�ba Ielas transp. P�r�jais transp. Tehn. procesi

3.49.att. NOX emisijas dinamika V�cij�.

*103t

99

3.14. Vai ir cerbas apvaldt klimata izmai�as?

Klimata izmai�as draudi ir saist�ti ar og�sk�b�s g�zes emisiju. Uz Zemes daž�dos ciklos apgroz�s ap 150 miljardu tonnu oglek�a. T� kr�jumi miljardos tonn�s ir: � oke�nu vid�jos sl��os 38100 � oke�na dibena augš�jos sl��os 150 � oke�nu virs�jos sl��os 1020 � j�ru dz�vnieki 3 � organiskais ogleklis oke�n� 700 � augos 610 � augsnes humuss 1580 � atmosf�r� og�sk�b�s g�zes veid� 760

Klimatu nosaka og�sk�b�s g�zes izdal�šan�s daudzums atmosf�r�. Atmosf�r� gad� izdal�s:

� 90�109 t og�sk�b�s g�zes no oke�niem; � 102�109 t no sauszemes oksid�ciju rezult�t�; � 6,4�109 t izrakte�u kurin�m� sadedzin�šanas rezult�t�.

Absorbcijas proces� tiek pat�r�ts: � 92�109 t oke�nu virsm�; � 100�109 t sauszemes augu fotosint�zes rezult�t�.

Kurin�m� izmantošanas strat��ij� j��em v�r� og�sk�b�s g�zes bilance vid� (3.50.att.). Meži un grunts emit� gad� 102 Gt og�sk�b�s g�zes, bet absorb� 100 Gt. Oke�ni attiec�gi 90 Gt un 92 Gt. Ar to tiek ietur�ts l�dzsvars. 6Gt emit� izrakte�u kurin�m� sadedzin�šanu, kam nav dab�go absorbentu. Tas rada

2CO palielin�šanos atmosf�r�.

Zemeslode sa�em siltumu ar Saules redzamo gaismu (3.51.att.), bet izstaro Visum� 30% ener�ijas sa�emt�s no Saules infrasarkan�

20

40

60

80

100

Gt

0

Mež

i un

grun

ts

Oke�n

a vi

rsm

a

Kur

in�m�

sade

gšan

a

Citi

an

trop

og�n

i

P�rp

alik

ums

102 100

90 92

6 0 2 2 6

0

Emisija

Absorbcija

3.50.att. Oglek�sk�bes bilance vid�

100

starojuma diapazon�. 70% absorb� atmosf�ra un zemes virsma, 18% sa�emt� starojuma aiztur atmosf�r� esošie �dens tvaiki og�sk�b� g�ze un met�ns. �dens tvaiki aiztur siltuma starojumu infrasarkan� starojuma �svi��u diapazon�, kur tas nav seviši intens�vs. Toties 2CO - intens�v� starojuma zon�, un izraisa siltumn�cas efektu ar vis�m iesp�jam�m negat�vaj�m sek�m: klimata izmai��m, oke�na l�me�a celšanos. Og�sk�b�s g�zes daudzums pieaug izrakte�u kurin�m� sadedzin�šanas rezult�t� par 0,4% gad�. T�s daudzums pieauga no 0,0315% 1958. l�dz 0,036% 2000.gad�. Rezult�t� oglek�a daudzums atmosf�r� katru gadu pieaug par 3,4�109 t og�sk�b� g�z�. T�tad og�sk�b� g�ze un met�ns k��st par siltumn�cas efekta galveno iemeslu. Klimata izmai�a ir sarež��ts process, kur� siltumn�cas efektam uzkl�jas daž�da periodiskuma temperat�ras izmai�as, ko izsauc Saules intensit�te. Ir zin�ms, ka minim�lais Saules intensit�tes periods ir 11 gadi. Tam uzkl�jas ilg�ki periodi: 22; 44; 88 gadu un daudz ilg�ki t.s. ledus laikmeta cikli, kas daž�di iespaido Zemes glob�lo temperat�ru. Og�sk�b�s g�zes �patsvars atmosf�r� s�ka strauji pieaugt p�d�j�s desmitgad�s (3.52.att.) galvenok�rt ener��tisko iek�rtu att�st�bas rezult�t� (ener��tika un transports). Sakar� ar to, ka tuv�k�s desmitgad�s ener��tisk� kurin�m� strukt�r� lielas izmai�as gaid�t

6000 K

255 K

CO2

H2O

0,1 0,2 1,0 1,5 2 5 10 20 50 100

6000 K

hm

3.51.att.Zemeslodes sa�emamais un izstarotais Saules starojums.

starojuma temperat�ra

0 1960 1965 1970 1975 1980 1985

320

330

340

3.52.att. Og�sk�b�s g�zes koncentr�cijas izmai�a atmosf�r�.

md

101

nevar, šaj� period� turpin�sies CO2 emisijas pieaugums, kas b�s daž�ds daž�diem att�st�bas scen�rijiem (3.53.att.). No šiem datiem izriet, ka visos variantos, iz�emot C (sk. 1.1.) CO2 emisija pieaug, sal�dzinot ar 1990.gadu. Emisijas pieauguma saglab�šana 40% l�men� saist�ta ar pietiekoši liel�m gr�t�b�m un cilv�ces ap��m�bu. C variants, kur� emisijas l�menis saglab�jas, ir saist�ts ar �oti m�rtiec�gu r�c�bu, jaunu ener��tisku tehnolo�iju atbalstu un �tru ieviešanu, k� ar� ar lieliem pan�kumiem ener�ijas efekt�v� izmantošan�.

Mekl�jot analo�ijas �eolo�isk� v�stur�, noteikta sakar�ba starp og�sk�b�s g�zes koncentr�cij�m plan�tas pag�tn� ar klimata izmai��m. Šim nol�kam p�t�ja CO2 saturu Antarkt�das un Grenlandes led�ju paraugos ar urbumu pal�dz�bu, iztvaikojot tos vakuum� (Vilsons). Turpm�k (Tomsons) izsl�dza Saules aktivit�tes iespaidu uz klimatisk�m izmai��m. Konstat�ja (Killings), ka klimata sv�rst�bas iespaido oke�ni. Temperat�ras pac�luma periodos, tiem sasilstot, mazin�s CO2 š�šanas sp�ja �den� un atmosf�r� izdal�s papildu g�zes daudzums. Oke�niem atdziestot aukst�kos periodos, g�ze atkal absorb�jas tajos.

�emot v�r� visus faktorus, zin�tnieki konstat�ja, ka cilv�ces darb�bas iespaid� notiek klimata izmai�as. 1995. gada Vispasaules klimata izmai�as konferenc� (Madrid�), pret�ji naftas ieguv�ju valstu neapmierin�t�bai sakar� ar baž�m par iesp�jamo piepras�juma samazin�šanos, pirmo reizi v�stur� ofici�li pazi�oja, ka, neskatoties uz v�l neatrisin�tiem jaut�jumiem, kop�jie dati liecina, ka eksist� j�tams cilv�ces iespaids uz glob�lo klimatu.

Konference pie��ma uzsaukumu att�st�t�m valst�m saglab�t oglek�a emisiju 1990. gada l�men�. Nopietn�ku pas�kumu pie�emšana tika atlikta l�dz starpvalstu sarunu, ko risina Vispasaules klimatisk�s konvekcijas ietvaros, nobeigumam.

P�tot CO2 �patsvaru atmosf�r� t�l� pag�tn� noskaidrots, ka pag�tn� og�sk�b�s g�zes �patsvars main�jies galvenok�rt vulk�nu un mežu

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

1990

2000

2010

2020 2030

2040

2050

2060 2070

2080

2090

2100

md A

B

C

3.53.att. CO2 koncentr�cijas izmai�as prognoze att�st�bas variantiem.

102

ugunsgr�ku rezult�t�. Ac�mredzot, ka Zemes atmosf�rai mijiedarb�b� ar oke�niem un sauszemi piem�t pašregul�cijas meh�nisms, kas noregul� CO2 �patsvaru pie�aujam�s robež�s. Nekad pag�tn� CO2 �patsvars atmosf�r� nebija sasniedzis pašreiz�jo l�meni. Uzskata, ka pašregul�cijas meh�nisma saglab�šanas nol�k�, cilv�cei j�r�p�jas par to, lai CO2 daudzums atmosf�r� b�tiski nepalielin�tos. Tika noteiktas og�sk�b�s g�zes emisiju kvotas. Kioto protokols ir v�rsts uz izrakte�u kurin�m� izmantošanas iesald�šanu, kas rada gr�t�bas visindustri�l�k�m valst�m.

P�d�j�s desmitgad�s l�dz ar industrijas att�st�bu j�tami paaugstin�j�s glob�l� temperat�ra (3.54.att.). �emot v�r� to, ka pašreiz ir iest�jies liel�k�s periodit�tes temperat�ras pazemin�šanas periods, siltumn�cas efekts tom�r izrais�s temperat�ras celšanos. Prognoze daž�diem ener�ijas pat�ri�a att�st�bas variantiem ir par�d�tas 3.55. att�l�. Saska�a ar to , l�dz 2100.gadam siltumn�cas efekta d�� vid�j� Zemes virsmas temperat�ra celsies par 1-20C, bet slikt�k� gad�jum� pat par 3,50C.

Izmai�as, ko izsauc og�sk�b�s g�zes koncentr�cijas pieaugums, var rad�t tundras izzušanu un lauksaimniec�bas efektivit�tes celšanos zieme�os. Visum� glob�l�s klimata izmai�as tiek v�rt�tas k� negat�vas. Diemž�l, šos zaud�jumus nesp�j nov�rt�t ekonomiski. Par CO2 emisijas pieauguma

1880, 1890

3.54.att. Vid�j�s pasaules Zemes virsas temperat�ras izmai�as p�d�j� simtgad�.

1900 1928 1930 1940 1950 1960 1980 1988 g.

14,2

14,4

14,6

14,8

15,0

15,2

15,4 Co

0

1

2

3

4

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

2070

2080

2090

2100

0C

C

B A

3.55.att. . Temperat�ras izmai�as prognozes pasaul� att�st�bas variantiem.

103

galveno iemeslu k��st III valstu grupas ekonomisk� att�st�ba. Bet tas ir vien�gais l�dzeklis, k� t�m izk��t no nabadz�bas un pacelt cilv�ku dz�ves l�meni.

Temperat�ras celšan�s neizb�gami izsauc led�ju kušanu Grenland� un Antarkt�d�. L�dz ar to celsies oke�na l�menis – no 10 cm C att�st�bas variant� l�dz 1 m A variant� (3.56.att.).

Sabiedr�b� rodas bažas, vai paaugstinoties temperat�rai, process nevar�tu k��t neatgriezenisks? Zin�tnieki un politii mekl� izeju. Jau vair�kos vispasaules kongresos tiek izstr�d�tas un saska�otas rekomend�cijas, oblig�tas industri�l�m valst�m. Vienlaic�gi tiek mekl�tas jaunas aspr�t�gas idejas, kas ar laiku var�tu st�vokli gl�bt. Tika izteiktas domas, ka ražot�jiem, kas emit�s CO2, b�tu j�iest�da meži, kas fotosint�z� uztvertu šo emisiju. Mežu atjaunošanu nevar�tu uzskat�t par jaunu ideju. Diemž�l, pat atjaunojot visus civiliz�cijas laik� izn�kušos mežus, CO2 emisija samazin�sies tikai par 10%. Pie tam nav skaidr�bas vai, ce�oties temperat�rai, nesamazin�sies fotosint�zes apjomi. Viena no izrakte�u kurin�m� izmantošanas samazin�šanas iesp�j�m ir biokurin�m� izmantošana. Šin� gad�jum� bioizejvielas ieg�st no augiem, tos speci�li audz�jot. P�c to p�rv�ršanas kurin�m�, tos sadedzina, saglab�jot fotosint�zes un oksid�cijas procesa l�dzsvaru (3.57.att.). Ir m��in�jumi uztvert og�sk�bo g�zi un iepump�t tos izsmeltos naftas un g�zes urbumos. 3.58.att�l� – savu m�žu nokalpojus� Norv��u j�ras naftas urbšanas platforma tiek izmantota og�sk�b�s g�zes iepump�šanai tukš� urbum�

CO2

biokurin�mais

3.57.att. V�lam� kurin�m� strat��ija.

0

10

20

30

40 50

60 70

80

90

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

2070

2080

2090

2100

cm max

min

3.56.att. Oke�na l�me�a k�puma prognoze att�st�bas variantiem.

A

C

104

j�ras diben�. Tiek izskat�tas iesp�jas iepump�t og�sk�bo g�zi oke�na diben� augsta spiediena apst�k�os. Tur CO2 sašidrin�s un var�tu b�t runa par og�sk�b�s g�zes ezeriem dzi�umos. Bet tad apkaimes �de�os rad�sies sk�ba vide, kas var apdraud�t dzi�umu dz�vo dabu. Biokurin�m� izmantošanu var p�rv�rst par �de�raža kurin�m� izmantošanas industriju. �de�raža siltumsp�ja ir daudz liel�ka par šidr�s degvielas siltumsp�ju (34000 Kcal/kg). T� sadegšanas produkts ir nekait�gs �dens. �de�radi var ieg�t no etil�na vai amonjaka un to var izmantot, vismaz transport�, kurin�m� elementos, kuru lietder�bas koeficients var p�rsniegt 60%. Ener��tika bez oglek�a un sk�bek�a izmantošanas ir kodolener�ijas �trneitronu reaktori, ar praktiski neierobežotu kurin�m� resursu. Atomener��tika nem�kul�gas ekspluat�cijas d�� šobr�d ir diskredit�jusies un iemantoja sabiedr�bas negat�vu attieksmi. T�s iespaid� politii ir spiesti pie�emt l�mumus par atomelektrostaciju sl�gšanu. Protams, atomelektrostaciju ekspluat�cija ir saist�ta ar radioakt�vo atkritumu rašanos. Tie p�c ilgstošas glab�šanas radioaktivit�tes samazin�šanas nol�kos un stiklošanas j�noliek dzi��s šaht�s stabilos iežos. Radioakt�vie atkritumi ir 3% no kurin�m� masas. P�r�jais materi�ls tiek atkal re�ener�ts der�gaj� kurin�maj�. Atomu reaktori pilnveidojas un k��st droš�ki, kas �auj n�kotn� atgriezties pie š�s ener��tisk�s probl�mas risin�jumiem. Par perspekt�vu uzskata oke�na a��u m�ksl�g�s audz�šanas iesp�ju c��ai pret og�sk�b�s g�zes �patsvara paaugstin�šanos atmosf�r�. Šis variants tika atbalst�ts H�gas konferenc�. Nov�rots, ka gados, kad atmosf�ras pl�smas atnes uz Indijas oke�na dienvidiem (starp friku, Austr�liju, Dienvidameriku un Antarkt�du) tuksnešu smiltis, kas satur dzelzi, tur strauji att�st�s peldošas mikroskopiskas a��es (3.59.att.), kuru za�ie lauki ir skaidri redzami no pavado�iem (3.60.att.). Ja prognozes attaisnosies, tad šim nol�kam b�tu iesp�jams k� m�ksl�go m�slošanas l�dzekli izmantot dzelzs

3.58.att. Norv��u naftas ieguves platforma, kas iepump� og�sk�bo g�zi izmatot� urbum�.

105

sulf�tu a��u audz�šanai planet�ros apm�ros. Nobeiguš�s dz�ves ciklu un fotosint�zes ce�� p�rveidojuš�s CO2 og��de�ražos, a��es nogrimst oke�n�, apglab�jot lieko oglekli. Tiek uzskat�ts ka divu simtgadu laik� no atmosf�ras b�tu iesp�jams izvilkt minim�li 30-50 miljardus tonnu oglek�a. 2001.gad� s�k�s eksperiments dzelzs sulf�ta izmantošanai oke�na a��u audz�šanas vajadz�b�m. Zin�tnieki p�rdom� v�l vienu ener��tikas hipot�zi. Septi�desmitajos gados v�cu firmas “Vaker”�mii eksperiment�ja ar automob�li, kura b�ku piepild�ja benz�na viet� ar tetrametilsil�nu kur ietilpst silicijs. T� sadegšanas process nodrošin�ja tikpat daudz ener�ijas, cik benz�ns. Sadegšanas proces� rad�s smiltis, kas blo�ja dzin�ju un spieda pagaid�m eksperimentu p�rtraukt. Šin� paš� laik� ar silik�tiem eksperiment�ja tehnisko zin�t�u doktors A.Ku�ikovs. Eksperimenta laik� notika silik�tu lielas jaudas spr�dziens, kas otr� eksperiment� atk�rtoj�s. Nesen V�cijas �misk� fabrik� p�kš�i s�ka “v�r�ties” silicija pulveris, kas glab�j�s smalk� pulvera veid� sl�pek�a atmosf�r�. Bija j�pieliek lielas p�les, lai siliciju “nomierin�tu”. Profesors Norberts Auners, kuru iepaz�stin�ja ar notikumu, sen uzskat�ja, ka ener�iju var ieg�t ne tikai tradicion�li, sadedzinot oglekli sk�bekl�, bet ar� �miskos procesos, izmantojot citus plaši izplat�tus materi�lus. Noskaidroj�s, ka tilpum� ar siliciju un sl�pekli bija vara oks�ds, kas izpild�ja katalizatora lomu. Izr�d�j�s ka t�da inerta g�ze k� sl�peklis ener�iski rea�� ar siliciju, to uzsildot l�dz 5000C. Reakcijas rezult�t� veidojas smiltis uz nitr�tu pamata sk�bek�a izmantošanas viet�.

3.60.att. Indijas oke�na dienvidrajona fotouz��mums, izdar�ts no pavado�a, kur ir redzams mikroskopisko a��u lauku pusap�is.

3.59.att. Mikroskopisko a��u palielin�ta fotogr�fija.

106

Šie nejaušie rezult�ti izraisa zin�tnieku interesi un liek dom�t par ener��tisko efektu, nodrošinot vad�mos reakciju procesus.


1. �dens tvaika iegšanas raksturl�kne. 2. Kurin�m� sadedzin�šanas tehnolo�ijas. 3. Ener��tiskais katls un t� elementi. Lietder�bas koeficients. 4. Entalpija k� st�vok�a parametrs. 5. Tvaika turb�na. Renkina cikls. Lietder�bas koeficients. 6. Kondens�cijas elektrostacijas un to lietder�bas koeficients. 7. Siltumelektrostaciju lietder�bas koeficientu palielin�šanas iesp�jas. 8. Termoelektrocentr�les. To lietder�bas koeficients. 9. G�ztvaika iek�rtas priekšroc�bas. Lietder�bas koeficienti. 10. Degg�zu att�r�šana no putek�iem a) tekstila filtri; b) elektrofiltri. 11. Ka att�ra degg�zes no s�ra dioks�da SO2 ? 12. K� att�ra degg�zes no sl�pek�a oks�diem N0x? 13. Siltuma transform�cija. K�ds ir siltumsk�a darb�bas princips? K�das

vietas slodžu grafik� ie�em daž�das siltumelektrostacijas?

107

4. NODA�A. ATOMU ELEKTROSTACIJAS

4.1. Ieskats element�rl�di�u fizik�.

Atomu kodoli sast�v no pozit�vi l�d�tiem protoniem un neitr�liem neitroniem. Atomu savstarp�j�s savienošan�s sp�jas un, t�tad, �misk�s �paš�bas nosaka kodola l�di�š, jeb protonu skaits. Neitronu skaits kodol� nosaka izotopus, kam vien�das �misk�s �paš�bas, bet daž�ds atomu svars un kodolu stabilit�tes �paš�bas. T�, piem�ram, 235U atomsvars 235 un neitronu skaits kodol� 92. �de�raža kodoli – protoni, elektroni, h�lija kodoli - � da�i�as un neitroni var eksist�t �rpus atomu kodoliem un piedal�ties fizik�los procesos. Kodolu tuvum� sam�rojamos atstatumos da�i�as non�k mijiedarb�b� ar to. Sadursm�s , kas notiek bez iek��šanas kodol�, da�i�as maina savu kust�bas trajektoriju un ener�iju. Š�du mijiedarb�bu sauc par elast�g�m sadursm�m. Iek��stot t�j� (neelast�ga sadursme), kodoli non�k uzbudin�t� st�vokl�. “Atbr�vošan�s” no uzbudin�juma notiek, kodolam izdalot � kvantu un k�du element�rda�i�u vai ar� sadaloties div�s nevien�d�s da��s.

Kodolsp�ki. rpus atomu kodola attiec�b� uz uzl�d�t�m da�i��m darbojas Kulona sp�ki, kas pozit�v�s da�i�as atgr�ž ar sp�ku, kas ir apgriezti proporcion�ls atstatuma kvadr�tam. �oti tuvos att�lumos no kodola (maz�kos par 0,00001 A� ) s�k j�tami izpausties citi kodola element�rl�di�u pievilkšan�s sp�ki (4.1.att.). T�laini var st�d�ties priekš�, ka stabilo atomu element�rda�i�as atrodas “kodolbedres” dzi�um� taj� laik�, kad radioakt�vo atomu kodolda�i�as piepilda to l�dz malai un dažas no t�m var daž�du iemeslu d�� to atst�t.

4.1.att. Atomu kodolu sp�ki.

sp�ki

att�lums

108

Attiec�b� pret neitr�l�m da�i��m (neitroniem) Kulona sp�ki nedarbojas. Toties piln� m�r� izpaužas maza r�diusa darb�bas kodola pievilkšan�s sp�ki (4.2.att.). T�p�c iedarbei uz atomu kodoliem izmanto neitronus.

Kustoties cauri mat�rijai, notiek neitronu sadursme ar atomu kodoliem. Šaj�s sadursm�s neitroni �tri zaud� ener�iju. trais neitrons, kas rodas dal�juma proces� ar 1 MeV, tiks nobremz�ts l�dz vid�jiem �trumiem (daži eV) un beidzot to �trums samazin�s l�dz t�diem, kas rakstur�gi siltuma kust�b�m(0,03 eV).

Tuvos att�lumos neitroni tiek ietverti kodolos, kas bieži rada nestabilo kodolu rašanos. T� veidojas radioakt�vie atomi. Neitronu ietveršanas varb�t�bas ur�n� par�d�tas 4.1. tabul�.

4.1. tabula Neitroni 238U 235U

trie 1 MeV

Maza varb�t�ba Pie ietveršanas kodols k��st nestabils

Maza varb�t�ba, dal�s

Vid�jais 1 MeV

Liela varb�t�ba izraisa 239Pu rašanos ar t�l�k�m radioakt�v�m p�rv�rt�b�m

Maza varb�t�ba

Siltuma neitroni 0,03 eV Maza varb�t�ba Liela varb�t�ba

Nuklonu saites ener�ija. Kodolu nukloni (protoni un neitroni)

pievelkas, atdodot da�u savas ener�ijas. L�dz ar to kodola masa ir nedaudz maz�ka par atsevišo nuklonu masas summu. T�, piem�ram, litija kodols sast�v no 3 protoniem un 4 neitroniem. Saska�� ar izdar�tiem m�r�jumiem t� masa l�dzin�s 7,01165. Br�v� protona masa l�dzin�s 1,0076, bet neitrona – 1,0089. Šo masu summa ir š�da:

0588,70089,140076,13 �� .

n

4.2.att. Nuklonu pievilkšanas sp�ki, kas darbojas uz neitroniem.

109

Šis lielums ir liel�ks par litija kodola masu. T�tad, savienojoties kodol�, nukloni izdal�ja ener�iju, kas ir ekvivalenta masas defic�tam. Šiet, ka masu starp�ba nav liela, bet t� atbilst milz�gai ener�ijai – 45 MeV uz katru radušos kodolu. T�tad, kodola saites ener�ija ir ener�ijas daudzums, kas izdal�s, apvienojoties nukloniem kodol�. Priekšstatu par saites ener�iju daž�diem atomiem dod masa, attiecin�ta uz vienu nuklonu, atkar�b� no masas skait�a:

.skaitsnuklonu masa kodola

nimasa/nuklo �

Jebkuram elementam kodola masa maz atširas no vesela skait�a. T�, piem�ram,

�de�radim 1, 0076; litijam 7,0165; dzelzij 55, 938; ur�nam 235,068. Tuv�kie veselie skait�i (1; 7; 56; 235 …) noz�m� nuklonu skaitu

kodol�. Starp�ba starp atomu mas�m un veseliem skait�iem nor�da ener�ijas daudzumu, kas izdal�s, apvienojoties nukloniem kodol�. Šie lielumi s�kas ar 1,008 protonam, 1,009 neitronam, t�l�k mazin�s l�dz 0,9993 dzelzij, varam, bromam un t�l�k l�ni aug l�dz 1,0003 ur�nam (4.3.att.).

Viegli p�rliecin�ties, ka gad�jum�, ja smagais kodols sadal�tos divos vid�jos, tad t� kodoli zaud�tu b�tisku masu liel�s ener�ijas izdal�šan�s rezult�t� (E1). Attiec�gi, ja izdotos vieglos kodolus savienot, sintez�jot smag�ku elementu, tad var�tu izdal�ties v�l liel�ks ener�ijas daudzums 2E .

Kodolu dal�šan�s. Kodola ener�iju, daloties smagiem elementu kodoliem, ieg�st div�j�di. Ja elements ir radioakt�vs izotops, tad kodola dal�šanai to bombard� ar neitroniem. Ja smagais elements nav radioakt�vs,

Mas

as a

tom

u vi

en�b

a

0,996

0,998

1,000

1,002

1,004

1,006

1,008

1,010

0 50 100 150 200 250

U235

Pb Cl

Ni

Kr

Fe

O16

N14

F17

C12

He

Li6

H1

H2 (=d)

H3 (=t)

Piln

a m

asa

uz v

ienu

nuk

lonu

, M

eV

930

935

940

0

n

4.3.att. Masa attiecin�ta uz kodola nuklonu.

Masas skaitlis (protonu + neitronu skaits)

E2

E1

110

tad pan�k t� iepriekš�jo p�rv�ršanos radioakt�v� izotop� caur neitronu ietveršanu.

Process start� ar 235U. Bombard�jot to ar neitronu, tas saskald�s, izdalot lielu ener�ijas daudzumu (4.4.att.).

Otr� gad�jum� 238U p�rv�ršas, radioakt�v� 239Pu, kas reakcij� ar neitronu izdala � dali�u, k��st par 235U kodolreaktoros. P�rv�rt�bu process par�d�ts 4.5. att�l�.

Kodolu sint�ze. Liel�ku ener�iju 2E var ieg�t, savienojot vieglos kodolus (4.3.att.). Šin� gad�jum� neitroni nel�dz. “Sagr�st” vieglo kodolu nuklonus var vien�gi piedodot tiem lielus kust�bu �trumus. To var pan�kt ar augst�m temperat�r�m. Sint�z� piedal�s �de�raža izotopi deiterijs un tritijs. Deiterijs ir dab�. To var ieg�t, apstarojot �deni ar neitroniem. Tritiju ieg�st, apstarojot ar neitroniem litiju.

Litiju ar� tieši var�tu izmantot sint�z�. Gr�t�bas sag�d� vad�m� procesa uztur�šana. G�zei j�b�t sakars�tai l�dz 50 000 000 0C, pie k� jebkurš ciets apvalks p�rv�ršas tvaik�. To cer pan�kt, noturot procesu ar magn�tisk� lauka pal�dz�bu savdab�g� magn�tisk� pudel�. T� ir n�kotnes probl�ma.

9146

9147

94

145

93

146

92

143

on1+92U

238 92U

238 92Np239+-1e

0 94Pu239+-1e

0 92U

235+2He4

4.5.att. Plutonija ieg�šana.

e-

e-

? ?

4.4.att. Ur�na dal�šan�s.

92

143

85

52

57

40

56

41

55

42

56

41

56

41

57

40

57

40 �

e-

e-

e-

e-

e-

Ur�ns236

Jods

Tel�rs

C�zijs

Ksenons

Cirkonijs

B�rijs

Kolumbijs

Molibdens

U235

111

4.2. Kurin�mais.

Atomener��tik� k� kurin�mais tiek izmantots ur�ns. Ekonomiski izdev�gi to ieg�t, ja t� saturs iežos nav maz�ks par 0,1%. Š�da ur�na kr�jumi tiek v�rt�ti ap .103,3 6 t� T� ener��tiskais ekvivalents ir atkar�gs no izmantojamo reaktoru tipa: siltuma vai �trneitronu.

Siltumneitronu reaktori. Notiekot ur�na kodola dal�šan�s procesam, rodas �trie neitroni, kuru vid�j� ener�ija ir apm�ram 2 MeV. Mijiedarb�b� ar reaktora materi�liem tie pal�nin�s un to ener�ija mazin�s l�dz elektronvolta simtda��m. Da�a no neitroniem tr�pa ur�na kodolos un izraisa to dal�šanos, kas nodrošina nep�rtrauktu kodolreakciju. Siltumneitronu reaktoros, kas pašreiz apg�ti, tiek izmantots 0,5-1,5% dab�g� ur�na. P�r�jais kurin�mais paliek neizmantots. Dab�gais ur�ns satur 228U un 235U izotopus. P�d�j� saturs ir 0,7%. 238U nav kurin�mais, bet atomu reakcij� k��st par 239Pu, kas turpm�k var tikt izmantots k� kurin�mais. Dab�go ur�nu var izmantot kodolreakcij�s tikai smag� �dens vid�. Citos reaktoros dab�gais ur�ns j�bag�tina, palielinot 235U saturu l�dz 2,5-3,3%. Viens kg dab�g� ur�na �auj ieg�t kWh7102,11 � elektroener�ijas. trneitronu reaktoros kurin�m� izmantošana var sasniegt 30-40%. Šin� gad�jum� b�tu iesp�jams paplašin�t izmantojam� ur�na b�zi, jo var�tu ieg�t kurin�mo ar� gad�jumos, ja t� saturs ir zem 0,1%. Bet ekspluat�cij� atrodas nedaudzi š�di reaktori un tos nevar v�l uzskat�t par piln�gi apg�tiem. 4.6.att. Kurin�m� izmantošanas cikls.

R�das koncentr�ts

Dzirnavas

Att�r�ts ur�ns

Bag�tin�šana

bag�tin�ts ur�ns

glab�tuve kurin�m�

izgatavošana

kurin�mais

reaktors

Plutonijs

izmantotais kurin�mais elektroener�ija

gal�g� atkritumu izvietošana

p�rstr�de atkritumi

112

Kurin�m� izmantošanas cikls par�d�ts 4.6.att�l�. R�das koncentr�ts tiek samalts, att�r�ts un speci�l� tehnolo�ij� bag�tin�ts l�dz nepieciešamajam 235U saturam. No t� pres� tabletes. T�s piepilda gar�s cirkonija caurul�s, kas k��st par siltumizdalošo elementu (SIEL). Tos savieno kaset�s un iekrauj reaktoros. Tur 235U atoma kodols neitronu iespaid� dal�s, izdalot siltumu. Vienas kurin�m� porcijas izmantošanas laiks ir 1-4 gadi. Turpm�k, pateicoties tehnolo�ijas pilnveidošanai, kurin�m� kvalit�te uzlabosies un šis laiks palielin�sies par 50%. Izstr�d�to kurin�mo, kas satur s�kotn�j� kurin�m� kritisko masu, 239Pu, kas reakcij� rad�s no 238U, un lieso 238U izkrauj. Vair�ku gadu glab�šan� izotopi ar �su past�v�šanas periodu sabr�k un radioakt�v� starojuma intensit�te samazin�s desmitiem reižu. Kodolmateri�lu kompoz�ciju ar lielu piesardz�bu speci�los herm�tiskos un dzes�jamos konteineros transport� uz p�rstr�di. Tur t� tiek sadal�ta: kurin�m�, lies� ur�n� un atkritumos. Kurin�mais 239Pu atdal�ms �miski. Ur�ns non�k bag�tin�šan� un tiek atk�rtoti izmantots kurin�m� cikl�.

Atkritumi sast�da 3% no kurin�m� masas un satur 99% to radioaktivit�tes. Tos atdzes� un kalcin�, atdalot mitrumu. Cietos atkritumus, koncentr�jot maz� tilpum� stiklo, t�d� veid� pasarg�jot no sadrupšanas un izskalošanas. Tie ir radioakt�vi, t�p�c tos iesl�dz ner�s�još� t�rauda konteineros un novieto uz vair�kiem gadiem ventil�jam�s šaht�s. P�c tam

tos novieto past�v�g� glab�šan� �eolo�iski stabilos sl��os (4.7.att.).

dzes�šana �den�

dzes�t�js

šidrais koncentr�ts

stiklošanas iek�rtas

stiklošanas kr�sns

ventil�cijas dzes�šana

ventil�cijas šahtas koncert�tie

š�dumi stikla bloki

pagaidu glab�tuve (daži gadi)

kalcin�cija

konteineru past�v�g� glab�tuve dzi��s šahtas

4.7.att. Izmantot� kurin�m� atkritumu p�rstr�d�šana.

113

4.3. Siltumneitronu reaktori.

Lai reaktors s�ktu darboties, iekraut� kurin�m� daudzumam j�p�rsniedz kritiskais daudzums. T�, piem�ram, 440 MW �dens-�dens reaktoram 235U masa ir 700 kg, kas atbilst og�u kurin�m� masai t6102 � . Iev�rojot to, ka 235U sast�da 3% , kop�j� ur�na masa ir 23 t. Neviens kritisk� kurin�m� kg nevar tikt izmantots un tas ir ekvivalents noteiktai kurin�m� rezervei, bez k� elektrostacija nevar s�kt darboties.

Atomu reaktoru �patn�ba ir t�, ka p�c aptur�šanas t� siltuma slodze sast�da 4% no nomin�l�s v�rt�bas. P�c tam dažu stundu laik� t� samazin�s l�dz 1%, bet turpm�k�s 100 dien�s l�dz 0,1% no s�kotn�j�s jaudas (4.8.att.). Absol�t�s vien�b�s paliekošais siltums ir tik liels, ka reaktors past�v�gi j�dzes�.

�dens cirkul�ciju reaktor� nodrošina cirkul�cijas s�k�i. T�, piem�ram, P�MK reaktoriem ir 8 darba cirkul�cijas s�k�i. Aptur�t� rež�m� lielie darba cirkul�cijas s�k�i ir p�rm�r�gi. Šim nol�kam paredz�ti apst�din�ta rež�ma cirkul�cijas s�k�i, kam jauda par k�rtu maz�ka, piem�ram, 0,8 MW 8 MW viet�. Bez tam elektrostacij� paredz�ti autom�tiski palaižamie d�ze��eneratori, kas nodrošina st�v�šanas cirkul�cijas s�k�u darbu, paz�dot spriegumam no pamatbarošanas avota.

Reaktora aptur�šana, paz�dot iek�rtas barošanas spriegumam, ir š�da. L�dz 30 sek turpina darboties darba cirkul�cijas s�k�i, pateicoties spara ratiem. N�kam�s 30 sekund�s dzes�šana tiek nodrošin�ta ar �deni no av�rijas rezervu�ra, darbinot v�rstus no akumulatoriem. Tikm�r iesl�dzas darb� d�ze��eneratori un st�v�šanas cirkul�cijas s�k�i, kas turpm�k darbojas l�dz reaktora darb�bas atjaunošanai.

Siltumneitronu reakcijas procesa nodrošin�šanai reaktor� nepieciešams neitronu pal�nin�t�js graf�ta vai �dens veid�.

10 20 30 50

25

50

40 t,min

Qsilt,MW

4.8.att. Siltums, izdal�šan�s izmai�a p�c atoma reaktora aptur�šanas.

114

Reaktora akt�v�s zonas kan�los ievirza neitronu absorb�jošos stie�us pild�tus ar boru saturošiem materi�liem. Daž�diem šo stie�u st�vok�iem atbilst daž�da akt�v�s zonas jauda. Regul�jošo stie�u st�vok�us kan�l� regul� speci�la meh�niska sist�ma, ko vada autom�tiskais regulators. Š�da regul�šana ar meh�nisko sist�mu ir iesp�jama, pateicoties tam, ka eksist� t� saucamie kav�jošie neitroni ar kav�jumu l�dz min�t�m. Bez tam paredz�ti aizsardz�bas stie�i, kas parasti izvilkti no akt�v�s zonas, bet kr�t iekš� aizsardz�bas nostr�d�šanas gad�jum�. Šie stie�i nosl�p� reakciju un aptur reaktoru.

Reaktora akt�v� zona piepild�ta ar �deni, kas izpilda pal�nin�t�ja, dzes�t�ja un siltumnes�ja funkcijas un atrodas zem spiediena.

Izšir vien- un divkont�ru reaktorus (4.9.att.). Vienkont�ra reaktor� �dens v�r�s un tvaiks p�c separ�cijas (atdal�šana no �dens pilieniem) non�k turb�n�. T�l�kais process notiek k� siltuma elektrostacij�s. Process ir iesp�jams, jo tvaiks ir v�ji radioakt�vs. Š�di reaktori sast�v no graf�ta pal�nin�t�ja salikuma. Taj� iemont�ti kurin�m� elementu individu�lie met�liskie korpusi (piem�ram, reaktoriem P�MK). Akt�v� zon� šin� gad�jum� �dens atrodas divos agreg�tst�vok�os – �dens un tvaika, kam ir daž�das neitronu pal�nin�šanas sp�jas. Tos sauc par kan�lu reaktoriem.

~ 1 3

5

7

6

2

4

~ 1

3 4

5

6 8 7

9

2

4.9.att.Siltumneitronu reaktoru sh�ma. a- vienkont�ra sh�ma; b- divkont�ru sh�ma.

a)

b)

115

Divkont�ra reaktoriem ir iztur�gs met�lisks korpuss. Par pal�nin�t�ju tiek izmantots �dens, kas b�dams sakars�ts, zem spiediena non�k tvaika �eneratora pirmaj� kont�r�. Taj� siltums tiek nodots otr� kont�ra �denim, kas v�r�s un t� tvaiks non�k turb�n�. Šin� gad�jum� radioaktivit�tes otr� kont�ra nav. To sauc par �dens-�dens reaktoru.Divkont�ru reaktorus novieto speci�l� betona aizsargcilindr� (4.10.att.) kur tiek lokaliz�ta radioaktivit�te gad�jumos, ja reaktors av�rijas rezult�t� zaud� herm�tiskumu. P�d�j� laik� s�k izmantot jaunu reaktora konstrukciju, kur SIEL tiek izgatavoti ložu veid� (4.11.att.). Matric�, kas ietverta graf�ta �aul�, novieto kurin�m� lod�tes. Katra no t�m sast�v no 2UO kodola, ietverta bufera sl�n� un trij�s �aul�s, izgatavotas no RuC un .SiC Š�dus SIEL ieber reaktora akt�v� zon� (4.12.att.). Regul�jošie un aizsardz�bas stie�i tiek iegremd�ti ložu mas�. Graf�ta �aulas izmanto k� pal�nin�t�ju. Dzes�šanas

7

2 1 5

6

4 3

60 m

m

1 m

m

4.11.att. Ložu siltumizdalošie elementi. 1-UO2 kodols; 2-bufera sl�nis; 3,4-RuC un SiC �aulas; 5-kurin�m� lod�te; 6-grafita matrica; 7-grafita �aula.

1 2 3 4 5

6 7

8

9 10

11 12

13 14 15

16 17 18

19

20 21

22

4.10.att. Divkont�ra reaktors. 1-reaktora korpuss; 2-akt�va zona; 3-SIEL kasetes; 4-cirkul�cijas s�knis; 5-tvaika �enerators; 6-barojoš� �dens komunik�cijas; 7-kondensators; 8-barojošs s�knis; 9-�enerators; 10-dzes�šanas tornis; 11-turb�na; 12- tvaika komunik�cija; 13-regul�jošie stie�i; 14-tilpuma kompensators; 15-reaktora celtne; 16-barboters; 17-�dens rezervu�rs; 18-ventil�cijas sist�ma; 19-filtri; 20-dren�žas rezervu�rs; 21-pal�gceltne; 22-dren�žas s�knis.

116

un siltumnes�ja funkcijas izpilda neitr�las g�zes - og�sk�b� vai h�lijs, ko siltumatdeves vajadz�b�m j�izmanto zem spiediena.

Reaktor� paredz�ta speci�la sist�ma ložu cirkul�cijai cauri speci�lai diagnostikas iek�rtai. Veselas lodes paliek darb�, bet boj�t�s tiek novad�tas uz atsevišu bunkuru.

Elektrisk�s ener�ijas izstr�de ar siltumneitronu reaktoriem daž�d�s valst�s par�d�ta 4.13.att�l�.

4

3

1

6

5

2

4.12.att. Ložu SIEL reaktors. 1-SIEL lodes; 2-grafita ekr�ns; 3-tvaika �enerators;4-g�zp�šanas iek�rta; 5-reaktora korpuss; 6-dzelzbetona aizsargkorpuss.

10

100

1000

1970 1975 19 80 1985 1990 1995 2000

Tw*h ASV

Francijaaa Japana V�cija Lielbritanija D.Koreja

4.13.att. Elektroener�ijas ražošana atomelektrostacijas att�st�taj�s valst�s.

117

4.4. �trneitronu reaktori.

trneitronu reaktori darbojas l�dz�gi siltumneitronu reaktoriem. Starp�ba ir t�, ka siltumneitronu reaktoros speci�li izmanto neitronu pal�nin�t�ju �dens un graf�ta veid�, kas samazina to ener�iju. Turpretim, �trneitronu reaktoros pal�nin�t�jus neizmanto. Reakcija notiek ar vid�ji �triem neitroniem. To ener�ija ir zem�ka par s�kotn�jo. Process notiek t�pat k� iepriekš�j� reaktor� un rodas t�di paši dal�šan�s produkti. Atomu reaktoros noris divi pret�ji v�rsti procesi: kurin�m� izdegšana un jaun� kurin�m� rašan�s, ko sauc par atražošanu. Skaitliski to raksturo atražošanas koeficients.

Atražošanas j�dziens attiecas uz gad�jumu, ja izdeg un atražojas viens un tas pats kurin�mais, t.i., ja reaktor� s�kotn�ji atrodas 239 Pu. Turpretim, ja par prim�ro kurin�mo kalpo 235U, tad reaktora darb�bas laik� notiek t� pak�peniska aizvietošan�s ar 239Pu (4.5.att). Š�du ciklu sauc par konversiju. trneitronu reaktoru darb�bas pamatcikls ir atražošana, jo konversija šajos reaktoros var b�t tikai starta rakstura.

�emot v�r� �trneitronu reaktoru �paš�bas, kurin�m� atražošanas koeficients tajos l�dzin�s 1,2-1,4, taj� laik�, kad siltumneitronu reaktoriem tas l�dzin�s 0,5-0,7. T�tad �trneitronu reaktoros notiek paplašin�ta kurin�m� atražošana. Pateicoties tam, visa ur�na j�lviela var tikt p�rv�rsta kurin�m� un izmantota. Siltumneitronu reaktoros tas nav iesp�jams, jo izdeg tikai 235U un neliela 238U da�a, kas reakcijas gait� tiek p�rv�rsta 239Pu. T�da ir fizik�la j�ga procesam, pateicoties tam, �trneitronu reaktori paplašina kodolener��tikas kurin�m� b�zi simtk�rt�gi.

J�lvielas daudzumu (238U), ko var izvietot reaktor�, nosaka pras�ba, lai bez nepieciešamajiem neitroniem stacion�r�s reakcijas uztur�šanai, tiktu absorb�ti tikai “br�vie” neitroni. Uz 100 kodolu dal�jumiem pien�kas 300 sekund�rie neitroni. No tiem 100 izsauc kodolu dal�jumus k�rt�j� cikl�; 170 tiek absorb�ti j�lviel� (238U), radot jaunu kurin�mo; 40 tiek absorb�ti konstrukt�vos un citos inertos materi�los; 30 – kurin�m�. Kurin�m� atomu bilanc� j�iev�ro 30 radi�cijas absorbcij� “zudušus” neitronus. Atražošanas koeficients sast�da

(170-30)/100= 1,4. Lai nov�rstu �tro neitronu zudumus bez mijiedarb�bas ar j�lvielu, to ir nepieciešams kompens�t ar papildus kurin�m� masu un attiec�gu kritisk�s masas palielin�šanu. Lai saglab�tu reaktoru efektivit�ti attiec�b� uz

118

neizmantojamo kurin�mo, �trneitronu reaktoru jaudu ierobežot� apjom� palielina. L�dz ar to past�v galvenais uzdevums – nodrošin�t paaugstin�tu siltumnovad�šanu bez izm�ru palielin�šanas, jo tas, savuk�rt rad�tu papildu kritisk�s masas pieaugumu. Probl�mu sarež�� neiesp�jam�ba siltuma novad�šanai izmantot �deni, jo tas ir neitronu pal�nin�t�js, kas šin� gad�jum� nav pie�aujams. Probl�mu atrisin�ja šidrais n�trijs, kas nav pal�nin�t�js un kam ir lieliskas kodolfizik�las �paš�bas. Gr�t�bas sag�d� vien�gi n�trija �misk� aktivit�te mijiedarb�b� ar �deni un gaisa sk�bekli, kas var�tu rad�t sarež��jumus av�rijas apst�k�os. Tas nosaka augstas pras�bas iek�rtas izgatavošan�, papildu drošuma korpusu nepieciešam�bu pie nebl�vumiem un jut�gu indikatoru izmantošanu k� signalizatorus teces konstat�šanai droš�bas korpusos.

trneitronu reaktoru sh�mas par�d�tas 4.14.att�l�. Tam ir tr�s kont�ri. Divos kont�ros izmanto n�triju. Prim�r� kont�ra n�trijs ir radioakt�vs. Treš� kont�ra – �dens-tvaiks. Tvaiks tiek izmantots t�pat k� siltumelektrostacij�s. Siltump�rvade starp kont�riem notiek siltummain� un tvaika �enerator�. Otr� variant� reaktors un siltummainis iegremd�ti rezervu�r�, kas piepild�ts ar šidru n�triju. Pašreiz ekspluat�cij� atrodas 600 MW reaktors Belojarskas atomelektrostacij�, 1200 MW reaktors “Superfeniks” Francij� un vair�ki maz�ki reaktori: Monju Francij� (300 MW), PER Lielbrit�nij� (250 MW), SNR -300 V�cij�, Monju Jap�n� (300 MW). Reaktora darb�bas gait� kritisk�s masas kurin�mais intens�v�s kodolapstarošanas gait� pasliktin�s kodoldal�šanas produktu sakr�šan�s d��. T�p�c tas periodiski j�nomaina ar svaigu, nododot veco re�ener�cij�, ko izdara speci�l�s r�pn�c�s.

4.14.att. Siltuma novad�šana �trumneitronu reaktors cilpveida un integr�l� risin�jum�

Rea

ktor

s R

eakt

ors

119

Atomu reaktoru skaits pasaul�

Valst�s Reaktoru skaits Tiek b�v�ti Sl�gti

ASV Francij� Jap�n� Lielbrit�nij� Krievij� V�cij� Dienvidkorej� Kan�d� Ukrain� Indij� Zviedrij� Cit�s 14 valst�s

104 59 53 35 29 19 16 14 13 12 11 64

0 0 4 3 3 0 4 0 4 2 0 17

22 11 2 10 4 17 0 11 4 0 2 1

Kop� 429 37 84 Jaut�jumi paškontrolei.

1. K�da ir atomu kodolu struktra? 2. Ar ko izskaidrojama ener�ija, kas izdal�s, kodolam daloties? 3. K�du kurin�mo izmanto atomu elektrostacij�s, t� resursi? 4. K�di procesi rit siltumneitronu reaktoros? 5. Ko noz�m� kritisk� kurin�m� masa? K� tiek izmantots kritisk�s masas

kurin�mais? 6. Ko noz�m� kurin�m� bag�tin�šana? 7. K�di procesi rit �trneitronu reaktoros? 8. Ko noz�m� kurin�m� atražošana? 9. K�di ir kurin�m� atražošanas apm�ri siltum- un �trneitronu reaktoros? 10. K�ds ir kodolkurin�m� izmantošanas cikls? 11. K�di bija atomelektrostaciju katastrofu iemesli Gerrisberg� un ernobi��?

120

5. NODA�A. HIDROENER��TIKA Hidroener��tik� tiek izmantota �dens ener�ija. Šim nol�kam upes š�rso aizprosti, kas rada �dens l�me�u starp�bu l�dz un p�c aizsprosta (5.1.att.). Virs aizsprosta veidojas �denskr�tuve, kur sakr�jas noteikts �dens

daudzums. Atkar�b� no �denskr�tuves tilpuma, t� �dens rezerve var b�t pietiekoša gada, sezonas vai ned��as regul�šanai. �dens l�me�us virs un zem aizsprosta sauc par bjefiem un šo l�me�u starp�ba nosaka �dens kritumu.

5.1.att. Hidroelektrostacija.

121

�denim tekot caur turb�nu (5.2.att.), �denskr�tuves l�menis mazin�s. Elektrostacijai st�vot, dab�g� upes caurpl�de �denskr�tuvi papildina un t�s l�menis atkal atjaunojas. Sakar� ar to, ka hidroagreg�tu palaišana un iesl�gšana darb� ir vienk�rša, tas aiz�em 1-1,5 min. Hidroelektrostacijas izmanto t�du slodžu segšanai, kas ilgst �su laiku. Tas dod iesp�ju celt hidroelektrostacijas, kas darbojas dažas stundas diennakt�. L�dz ar to jaudas var b�t sam�r� lielas. �dens no �denskr�tuves tiek izmantots �densturb�n�s, kur tas p�rv�ršas kin�tisk� ener�ij�, griežot t�s. Uz vienas ass ar turb�nu atrodas elektriskais �enerators. Taj� meh�nisk� ener�ija p�rv�ršas elektrisk� ener�ij�. Turb�nu konstrukcija ir atkar�ga no �dens krituma. Atkar�b� no apvidus reljefiem, kritumi var b�t zemi, vid�ji un augsti. Sakar� ar to, ka zema krituma elektrostacij�s (4-20 m) kritums darba proces� var izmain�ties plaš�s robež�s,

5.3.att.Kapl�na turb�na.

q,m

3 /kW

h

Optim�l� slodze

13…18-kritumi, m P,MW 41 44

21 47 50 53 56 59 62 65 69

24

22

28

26

32

30

21

24

22

28

26

32

30

18

16

17

13

14

15

5.4.att. Kapl�na turb�nu raksturl�knes.

5.2.att. Hidroelektrostacijas š�lums.

122

taj�s izmanto Kapl�na turb�nas (5.3.att.). T�m darba rata l�pstas ir groz�mas un ie�em le�i, kas atkar�b� no krituma v�rt�bas nodrošina maksim�lu lietder�bas koeficientu (5.4.att.). L�dz ar to augsts lietder�bas koeficients saglab�jas plaš� kritumu un jaudu diapazon�. Gad�jumos, ja darba rata l�pstas neregul�, t�s sauc par propelleru turb�n�m. Vid�j� krituma elektrostacijas (40-60m) izmanto Frensisa vai radi�la tipa turb�nas (5.5.att.). Taj�s �dens pl�sma ien�k asij perpendikul�r� (radi�l�) virzien�, bet p�c tam t� tiek pagriezta ass virzien�. Augsts lietder�bas koeficients šim turb�n�m saglab�jas sam�r� šaur� kritumu un jaudu diapazon� (5.6.att.). Turb�nas novieto spir�lkamer� ar vadapar�tu, kam gar aploci ir veramas l�psti�as. Turb�nai nedarbojoties, l�psti�as ir aizv�rtas un �dens turb�n� netiek. Iedarbinot, l�psti�as atveras un �dens pl�sma atbilstoši atv�ruma pak�pei taj� iepl�st. L�psti�u atv�rums nosaka turb�nas jaudu. Augstie kritumi (70-200 m) veidojas kalnainos apvidos, kur upes pl�st no lieliem augstumiem. Tad pl�smu iesl�dz liel�s caurul�s (deriv�cij�), kas novada �deni zem spiediena uz hidroagreg�tiem kalnu

5.5.att.Frensisa turb�na un spir�lkamera.

60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110

10,5

10,0

9,8

11,5

11,0

12,5

12,0

10,5

10,0

9,8

11,5

11,0

12,5

12,0

5.6.att. Frensisa turb�nu raksturl�knes.

Optim�l� slodze

34…40-kritumi, m P,MW

34

q,m

3 /kW

h

35

36

37

38

39

40

123

pak�j�. Š�d�s hidroelektrostacij�s izmanto Peltona turb�nas (5.7.att.). Darba ratam ir kausi. �dens str�kla zem spiediena, ko nosaka atbilstošs kritums, n�k no sprauslas pret kausiem, griežot ratu.

Hidroturb�nas jauda l�dzin�s �� HQQP )( 0 , MW, kur � - koeficients; 0Q - tukšgaitas caurpl�de, ;/3 sekm

Q - �dens caurpl�des daudzums ;/3 sekm H - kritums , m; � - lietder�bas koeficients, kas savuk�rt atkar�gs no krituma un jaudas.

�dens daudzums, kas ir nepieciešams uzdotai jaudai, ir apgriezti proporcion�ls kritumam. Ja pie zema krituma nepieciešams liels �dens daudzums, tad pie augstiem kritumiem nepieciešamais �dens daudzums var izr�d�ties neliels.

Turb�nu apgriezieni ar� atkar�gi no krituma. Visum� hidroturb�nu apgriezieni ir daudz maz�ki nek� tvaika turb�n�m un tas b�tiski iespaido elektrisko �eneratoru konstrukt�v�s �patn�bas.

4 8 12 16 24 20

t, stundas

HES

80

60

40

100

P,%

H,m

t, stundas

5.8.att. HES izmantošana slodzes grafik� un �denskr�tuves l�me�a izmai�a diennakt�.

124

Sakar� ar to, ka zem� un vid�j� krituma turb�nu asis ir vertik�las, �eneratori, kas tiek mont�ti uz t�m, tiek izvietoti horizont�l� plakn�. Hidroelektrostacijas piedal�s slodzes grafika segšan� tikai maksim�lo slodžu stund�s (5.8.att.). Šaj�s stund�s notiek �denskr�tuves �dens pat�ri�š un l�menis pazemin�s. Elektrostaciju apst�dinot, dab�g� upes �dens caurpl�de �denskr�tuvi atkal piepilda l�dz norm�lam l�menim, kas turpm�k atkal pazemin�s pie k�rt�j�s agreg�tu iesl�gšanas. �denskr�tuves nostr�des dzi�ums ir atkar�gs no dab�g�s caurpl�des, kas main�s plaš�s robež�s atkar�b� no laika apst�k�iem. Lietainos periodos (cikloni) dab�g� caurpl�de pieaug, toties saus� laik� (anticikloni) t� samazin�s, pazeminot hidrostaciju efektivit�ti. L�dz ar to hidroelektrostaciju piedal�šan�s slodžu segšan� saist�ta ar noteiktu �denskr�tuves l�me�u sv�rst�b�m. Šo sv�rst�bu ierobežojumi, savuk�rt, pazemina HES ener��tisko efektivit�ti. Hidroelektrostaciju kask�di veido vair�kas HES, kas izmanto vienas upes �dens caurpl�di (5.9.att.). T�m var b�t daž�di �dens kritumi, kuri ir atkar�gi no apvidus reljefiem un, t�tad, t�m ir daž�das jaudas. Str�d�jot augš�j�m elektrostacij�m, �dens apakš�j� bjef� veido pl�smas vilni, kas sasniedz k�rt�j�s HES aizsprostu p�c 1-3 stund�m. Elektrostaciju darba s�kumu nosaka nevis �dens, pien�košs no augš�j�s

5.7.att.Peltona turb�na.

5.9.att. HES kask�de.

125

elektrostacijas, bet slodžu grafika vajadz�ba. T�tad, t�s s�k darboties praktiski vienlaic�gi. Apakš�j�m elektrostacij�m tas noz�m� augš�j� bjefa papildus nostr�di laik�, kad �dens no augš�j�s HES v�l nav atn�cis. Tam atn�kot, �denskr�tuve tiek papildin�ta. Ar� šin� gad�jum� l�me�u sv�rst�bas ir kask�des darb�bas noteikums. Iev�rojot to, ka hidroagreg�ti ir viegli un �tri palaižami, tie pat st�vot, atrodas energosist�mas rezerv�. Av�rijas gad�jumos tos palaiž autom�tisk�s iek�rtas, kas kontrol� av�rijas situ�cijas s�kumu. Tad tie tiek darbin�ti noteiktu laiku, kas ir nepieciešams, lai mobiliz�tu ar kurin�mo nodrošin�tas rezerves jaudas.

Jaut�jumi paškontrolei. 1. Upju dens ener��tikas resursi. K�ds ir to �patsvars prim�r�

ener��tik�? 2. K�ds ir hidroener�ijas �patsvars energosist�mu jaud�s? 3. K�das hidroturb�nas izmanto atkar�b� no dens krituma ? 4. Ar ko atš�iras turb�nas ar regul�jamiem darba ratu l�pstu le��iem no

p�r�j�m hidroturb�n�m? 5. HES vieta slodžu grafik�? 6. Ar ko atš�iras HES denskr�tuvju rež�mi, darbojoties

hidroelektrostacij�m? 7. K�di ir HES kask�žu darb�bas principi?

126

6. NODA�A. ALTERNAT�V� ENER��TIKA

6.1. Saules ener��tika.

Saules ener�ijas potenci�ls ir �rk�rt�gi liels. Ja var�tu izmantot 0,0125% saules ener�ijas, tas pietiktu, lai nodrošin�tu pašreiz�jo pasaules ener�ijas pat�ri�u.

0,5% no saules ener�ijas apg�d�tu zemi ar visu nepieciešamo ener�iju perspekt�v�. Diemž�l šos milz�gos potenci�los resursus neizdodas realiz�t lielos m�rogos. Viens no galvenajiem š�rš�iem ir saules starojuma zem� intensit�te. Piln�gi skaidr� laik� vasar� saules starojuma bl�vums ir maz�ks par 250 W/m2.

P�d�j� laik� ir pieaugusi interese par iek�rt�m, kur ener�ijas avots ir tiešais saules starojums.

Izšir tr�s saules ener�ijas izmantošanas veidus: tieš� saules ener�ijas izmantošana �ku apkurin�šanai un dzes�šanai, saules ener�ijas p�rv�ršana elektroener�ij� un saules ener�ijas akumul�šana augos.

127

L�dz 1970. gadam galvenok�rt izmantoja saules ener�iju, kas akumul�ta augos, sadedzinot malku un koksni.

Kaut gan maksim�la ener�ijas vajadz�ba ir aukst� gada laik�, tom�r ar� vasaras saules starojuma izmantošana ir noder�ga un sp�j dot kurin�m� ekonomiju (6.1.att.) .

Par saules starojuma izmantošanu s�k dom�t jau, uzs�kot �ku projekt�šanu. Celtnes cenšas izvietot t�, lai tiešie saules stari sp�tu to sasild�t. Šin� gad�jum� paredz pas�vu saules ener�ijas izmantošanu.

Iesp�jama akt�v� saules ener�ijas p�rv�ršana siltum� ar saules kolektoru pal�dz�bu (6.2.att.). To izmanto silt� �dens apg�d�.

Visvienk�rš�kais saules kolektors ir kaste ar v�ji siltumu vadoš�m sien�m. Kast� novietotas caurules, pa kur�m pl�st �dens. Lab�kai saules starojuma uztverei caurules un kastes iekšpuse nokr�sota meln� kr�s�.

Kastes siena, kura v�rsta pret Sauli, izveidota no stikla. Liel�k� saules ener�ijas da�a atrodas redzam� spektra ietvaros, kam stikls praktiski caursp�d�gs. Toties sasild�t�s caurules izstaro ener�iju galvenok�rt infrasarkan� spektr�, ko stikls da��ji aiztur. T�d�j�di, stikls izlaiž cauri saules starojumu, bet saglab� radušos siltumu. Kolektorus saules siltuma apg�dei daž�s valst�s ražo s�rijveid�.

m�neši

kWh/m2 dien�

6.1.att. Saules ener�ijas l�me�i daž�dos m�nešos.

6.2.att. Saules kolektors

128

Latvijas apst�k�os saules ener�iju var izmantot vasar� kurin�m� taup�bas nol�kos lauksaimniec�bas produktu ž�v�šanas procesos. Apkurei, siena un graudu ž�v�šanai vasaras m�nešos, k� ar� z�les miltu ražošanai var izmantot plakanos saules kolektorus.

Ar saules kolektoriem vasaras m�nešos pa�trina siena ž�v�šanu par 40 - 50%. Paaugstina lopbar�bas uzglab�šanas sp�jas par 10 - 12%. Elektroener�ijas pat�ri�u samazina par 35 - 50 kW�h uz 1 t. Ž�v�jot 100 t�kst. t siena, var ietaup�t 10 milj. kW�h, ž�v�jot tikpat lielu graudu daudzumu, var ietaup�t 3,5 - 4 milj. kW�h. Kurin�m� ietaup�jums var sasniegt 0,4 - 0,5 t nosac�t� kurin�m� uz 1 t izž�v�tas produkcijas.

6.3.att. Saules kolektors uz m�jas jumta.

129

Saules kolektorus izmanto vis� pasaul�. Amerikas Savienotaj�s Valst�s ekspluat� 3 milj. saules kolektoru, V�cij� - 10 t�kst., Polij� - simti saules kolektori.

Ar saules stariem sasild�ta �dens temperat�ra sasniedz 40 - 55oC. T�p�c saules kolektori lietojami tur, kur tos var izmantot silt� �dens apg�d�. Telpu apkurei aukst� laik� tie praktiski nav izmantojami, jo nepieciešam� 50 - 70oC temperat�ra šin� laik� nav sasniedzama. Kolektoriem j�b�t iesl�gtiem sl�gt� sist�m� ar boileru, kur

�dens var tikt uzsild�ts ar� ar katla pal�dz�bu (6.3.att.). Kolektori silda �deni ne tikai tiešos saules staros, bet ar� apm�kuš�s

dien�s dif�z� gaism�. Kolektora izm�riem j�b�t pietiekamiem silt� �dens apg�dei. R�inot

60 litrus 35 - 45oC silt� �dens uz cilv�ku, savrupm�jai j�paredz 6 - 8 m2 kolektoru plat�ba (1,5 - 2 m2 personai). Tos novieto uz st�va jumta zem 45o pret dienvidiem vai dienvidrietumiem. Daudzu gadu pieredze r�da, ka š�da sist�ma nodrošina 80% silt� �dens pat�ri�u vasaras m�nešos.

Dienvidu zem�s izmanto tiešu saules ener�ijas p�rveidošanu elektroener�ij�. Ekspluat� saules elektrostacijas, kur saules starojumu koncentr� ar spogu�u koncentratoriem uz tvaika katlu, kas novietots torn� (6.4.att.). Koncentratori seko Saulei, pateicoties autom�tiskai vad�šanai.

6.5.att. Saules baterija

6.4.att. Saules ener�ijas spogu�elektrostacija.

�

130

Tvaika katl� var sasniegt augstu temperat�ru, kas dod iesp�ju ieg�t ener�iju ne tikai tvaika veid�, bet ar� transform�t ener�iju ar termo�misku procesu.

Ieg�st ener�iju ar� ar saules baterij�m, kur saules starojuma iespaid� veidojas elektrisk� ener�ija (6.5.att.). Š�du bateriju lietder�ba pašreiz ir ap 10%, bet v�rt�, ka tas var sasniegt 20%. Š�das ener�ijas kW�h var�tu izmaks�t ap 0,30 Ls. T�p�c to lieto viet�s, kur nav pieejama elektroener�ija no elektriskajiem t�kliem. Dienvidu zem�s t�s kop� ar akumulatoru izmanto �r�jam apgaismojumam.

Tiek veikti p�t�jumi ar� t�du elektrisko staciju rad�šan�, kur ener�iju ieg�st no t� saucamajiem "saules baseiniem", lietojot s�ls š�dumu.

2000-3000 MHz

6

2

3

5

4

1

E1 E2

Zeme

%151001

2 ��EE

�

6.6.att. Kosmisk� elektrostacija.

131

Teor�tiski iesp�jama kosmisk�s saules elektrostacijas. No t�m elektroener�iju var raid�t uz Zemi mikrovi��u diapazon�. Uz Zemes speci�la uztveroš� antena p�rveidotu mikrovi��u starojumu elektriskaj� ener�ij� (6.6.att.).

Diemž�l, nopietns š�rslis tam ir zema saules starojuma intensit�te. Pat visizdev�g�kos apst�k�os (dienvidos, skaidr� laik�) vid�ji gad� starojums atbilst 250 W/m2. 6.7.att�l� par�d�ti Saules starojuma bl�vumi (W/m2) daž�d�s Zemes josl�s. To plat�ba ( 2210 km� ) apz�m�ta r�m�šos caursp�d�gas atmosf�ras apst�k�iem. 1Q ieg�šanai Saules kolektoriem b�tu j�nokl�j 130 000 km2 plat�ba. Tas izrais�tu milz�gu materi�lu pat�ri�u, k� ieg�šana b�tu saist�ta, savuk�rt, ar lielu ener�ijas pat�ri�u un vides pies�r�ošanu. Pie�emot, ka ener�ijas pat�ri�š t�l� perspekt�v� b�tu nosegts ar Saules ener�iju, t� b�tu j�sav�c no 6101� km2. Sal�dzin�jum� visas aramzemes plat�ba ir 261013 km� .

6.2. V�ja ener��tika.

V�jš k� ener�ijas avots rodas atmosf�r� saules radi�cijas rezult�t�. V�jdzirnav�s cilv�ce to izmanto jau vair�k nek� t�kstoš gadu. V�ja ener�ijas lietošana nepies�r�o atmosf�ru. No š� viedok�a to var uzskat�t par ekolo�iski t�ru, ja ne�em v�r� sam�r� lielu zemes plat�bu aiz�emšanu, iedarbi uz putniem un kait�gu infraska�u rad�šanu.

V�ja ener��tikas tr�kumi ir saist�ti ar v�ja nepast�v�go raksturu un nevienm�r�go izkliedi laik� un telp�. V�jam ir varb�t�js raksturs, un t� izmantošana jebkur� laik� neatkar�ga no ener��tisk� pat�ri�a cikla �paš�b�m.

6.7.att. Saules ener�ijas bl�vums daž�dos zemes lodes platumos pie skaidr�m debes�m attiecin�t�s uz 1000km2.

137

160

171

217

251

244 209

195

154

133

132

Ener�ijas daudzums, ko var ieg�t no v�ja, ir proporcion�ls v�ja pl�smas šelšanas laukumam un v�ja �trumam trešaj� pak�p�. Ja v�ja �trums samazin�s divas reizes, tad ener�ijas daudzums - asto�as reizes. Maksim�lais ener�ijas daudzums, ko var izmantot rotoros, ir 59,3%. M�sdienu rotori izlieto tikai 70% no š� teor�tisk� potenci�la. Re�lais ener�ijas daudzums, ko var ieg�t no v�ja, ir atkar�gs no �truma gradienta, uz ko atst�j ietekmi Zemes virsmas raksturs, rotora aerodinamisk� efektivit�te, atskaitot zudumus no berzes reduktor�. �oti svar�gi ir atrast vislab�ko vietu v�ja dzin�ju uzst�d�šanai. Šim nol�kam kalpo meteorolo�iskie nov�rojumi, kas v�kti vair�kus gadus daž�dos augstumos. Pieredze r�da, ka v�ja dzin�ja uzst�d�šanai vispiem�rot�kie ir gludi pakalni, ja tos ietver br�vs laukums 5 - 6 km r�dius�, vai j�ras šelfs.

V�ja ener��tika pasaul� s�ka strauji att�st�ties kopš 1973. gada kurin�m� kr�zes, kad notika plaši p�t�jumi v�ja ener��tik�. Š�das tehnikas rad�šanai vajadz�ga augsta tehnolo�ija, t�d�� p�tniec�bas darbu izmaksa bija liela. Tie bija iesp�jami, pateicoties vald�bu ekonomiskajam atbalstam. R�pniec�bas uz��mumi iesl�dz�s projektu realiz�cijas posm�.

1980. gad� izveidoj�s r�pniec�bas nozare v�ja turb�nu ražošanai. Izstr�d�ja v�ja iek�rtu normas un sertifik�ciju, k� ar� uzst�d�šanas noteikumus un subs�diju sist�mas.

V�ja �eneratoru skaita pieaugums laik� pasaul� ir par�d�ts 6.8.att�l�. To skaits strauji pieauga Eirop� (V�cij�) un ar� zij� (Indij�).

V�ja �enerators seviši noder�gs ir apvidos, kuros ir sam�r� past�v�gi v�ji ar pietiekamu �trumu, kas atbilst piekrastes zon�m un kalnu rajoniem. V�ja energoiek�rtas izmanto ar� att�los rajonos, kuros nav centraliz�tas energoapg�des. Rotoram j�b�t t�dam, lai v�jš, atduroties pret to, atdotu da�u savas kin�tisk�s ener�ijas, ko pievada elektro�eneratoram. Rotori ir ar vertik�lo un horizont�lo v�rpstu. Tie savuk�rt m�dz b�t l�pstu (propelleru), spir�les (gliemeža jeb S veida), l�pstu un kausu (�des) konstrukcijas. Visizplat�t�kie ir propellera tipa rotori. Nesapratni bieži rada tas, ka v�ja sp�ks rodas divu faktoru - spiediena un nos�kšanas rezult�t�.

6

54

3

2

1

82 84 88 90 86 92 94 96 gadi

ASV

Eiropa

zija

106 kW

6.8.att. V�ja agreg�tu summ�r� jauda pasaul�.

133

Piem�ram, uzskata, ka buru laivu dzen gaisa pl�smas spiediens, bet paties�b� laivu virza uz priekšu ar� gaisa nos�kšana no buras virsmas. T�p�c l�pstu formai j�b�t t�dai, lai nos�kšana rad�tu rotora griešanos. V�ja dzin�ja efektivit�te ir atkar�ga no t�, cik piln�gi izdodas izmantot šo spiedienu starp�bu. L�pstu rotora aerodinamisko efektivit�ti raksturo attiec�ba starp rotora griešan�s �trumu un v�ja �trumu: attiec�bas 1:1 un 3:1 ir rakstur�gas l�niem daudzl�pstu rotoriem, ko izmanto �dens s�kn�šanai, bet attiec�ba 5:8 ir v�lama rotoram elektroener�ijas ražošanai. Jo liel�ka š� attiec�ba, jo liel�ks ir l�pstu griešan�s �trums. Savuk�rt, jo liel�ks ir �trums, jo vienk�rš�ka p�rvade no propellera uz �eneratoru. Moderniem v�ja dzin�jiem ir tr�s vai divu l�pstu rotori (6.9.att.). Tr�sl�pstu rotorus izmanto rajonos, kur v�ja �trums maz�ks. Tas �auj ieg�t liel�ku ener�ijas daudzumu. Rajonos, kur v�ja �trumi ir lieli, m�rtiec�g�k lietot rotorus ar div�m l�pst�m. Tr�sl�pstu rotori str�d� vienm�r�g�k. Divl�pstu rotori ir j�balans�, un tie j�nodrošina pret vibr�cij�m. Liel�k� da�a šo v�ja �eneratoru str�d� no pretv�ja, t�p�c tiem ir ier�ces, kas tos orient� pret v�ju.

L�pstu izgatavošanas materi�liem j�b�t viegliem un iztur�giem ar� pret laika apst�k�iem. T�d�� lieto koku, t�raudu, alum�niju, plastik�tu, stiklaplastu.

Spir�les (gliemežveida) rotori ir ar vertik�lu asi. Piem�ram, b�odi�u anemometrs, kas griežas horizont�laj� plakn� un kura kust�bas virziens sakr�t ar v�ja virzienu. No spir�les tipa dzin�jiem visbiež�k lieto S veida rotoru, kas sast�v no diviem puscilindriem. Puscilindri ir nost�d�ti vien�d� att�lum� no ass t�, lai v�jš var br�vi iek��t izveidotaj�s spraug�s. Gaiss, atsitoties pret vienu no virsm�m, izmaina virzienu un atsitas pret citu, piespiežot rotoru griezties. Var uzst�d�t vair�kus š�dus rotorus uz vienas ass t�, lai attiec�b� pret iepriekš�jo katrs n�kamais ir pagriezts par 60o le��. Tas

6.9.att. Ainažu v�ja �enerators .

134

nodrošina iek�rtas augst�ku efektivit�ti. S veida rotoram ieg�tais lietder�bas koeficients ir 39%, kas ir apm�ram puse no l�pstu rotoru jaudas. L�pstu rotori zaud� daudz ener�ijas, izmainoties v�ja virzienam, bet S veida rotoriem nav š�da tr�kuma. S veida rotori nav j�orient� pret v�ju. Tie visu v�ja ener�iju uz�em uzreiz. Š�di rotori ir ar� vienk�rš�k izgatavojami, tiem nav j�b�t tik aerodinamiskiem k� l�pstu rotoriem.

Maksim�lais S veida rotora griešan�s �trums ir vien�ds ar v�ja �trumu. T�p�c, pievadot ener�iju �eneratoram, nepieciešamas griešan�s �truma palielin�šanas ier�ces.

Balstu galven� pras�ba ir t�, lai konstrukcijas b�tu pietiekami augstas un notur�gas, jo t�m j�iztur liels v�ja spiediens un rotora griešan�s vibr�cijas.

Jo augst�ks balsts, jo liel�kam spiedienam tas j�apr�ina. L�dzen� reljef� v�ja �trums, pieaugot augstumam, palielin�s p�c likuma

V Vhhh �

�

�

!

"#0

0

�

,

kur Vh - vid�jais v�ja �trums augstum� h; V0 - vid�jais v�ja �trums nov�rošanas augstum� h0; h0 - nov�rošanas augstums; �=0,28-0,40 - koeficients, kas iev�ro apvidu. Balsta konstrukcija parasti var b�t caurules vai masta veid�. Balstam

j�b�t ar minim�lu virsmu. Jo maz�ka virsma, jo maz�ki b�s pl�smas zudumi, maz�ks turbulences un konstrukcijas s�cošais efekts. Tas ir �paši svar�gi rotoriem ar aizmugures v�ja pl�smu. Agreg�ts j�uzst�da ne zem�k par 9 m no Zemes un ne maz�k par 3 m virs š�rš�iem, kas atrodas 150 m r�dius�. Svar�g�kais v�ja iek�rtas elements ir jaudas regul�šana. K� zin�ms, eksist� divi regul�šanas veidi. Pirmais tiek realiz�ts, regul�jot l�pstas leni

1200

1100

1000

900

800

700

1000 1800 P,kW

kWh/m2

6.10.att. V�ja agreg�tu efektivit�tes (1kWh uz v�ja pl�smas š�luma m2 ), turb�nu l�pstu un tor�u garumi 2 atkar�b� no agreg�tu jaudas.

60

80

40

20

m

1300

2

1

135

attiec�b� pret v�ja pl�smu (“pitch”), kas sarež�� iek�rtu un mazina t�s drošumu.

Otr� metode “stall” – regul�šana paredz l�pstas ar main�gu profilu, kur� pie daž�diem v�jiem optim�li darbojas l�pstas da�a. Šin� gad�jum� iek�rta ir vienk�rš�ka, bet efektivit�te – da��ja.

Iek�rtu efektivit�ti raksturo ener�ijas izstr�de, attiecin�ta uz darba rata š�luma plat�bu, kW*h/m2, kas par�d�ts 6.10.att�l�. Efektivit�te aug liel�kas jaudas agreg�tiem, kas nosaka tehnikas att�st�bas tendenci. Darba ratu diametrs un tor�u augstumi atkar�b� no jaudas aug no 15/18 m – 50-100kW l�dz 80/90m 1000kW agreg�tiem. Š�du agreg�tu balstos ir paredz�tas iesp�jas person�lam viegli piek��t regul�šanas un ekspluat�cijas darbiem.

Sam�r� sarež��ti ir v�ja agreg�tu regul�šanas meh�nismi. Tie j�aizsarg� no stipriem v�jiem, br�zm�m un v�tr�m. J�b�t iesp�jai l�pstas novietot t�d� st�vokl�, lai v�jš atdurtos pret l�pstu galiem. L�pstu t�d�j�di nost�da, pagriežot to ap savu asi vai novirzot no ass pa v�tni. Šie meh�nismi var b�t centrb�dzes vai atsperu regulatori. Ja izmanto v�tnes meh�nismu, tad l�pstas kust�ba notiek centrb�dzes sp�ku darb�bas rezult�t�. Ja lieto atsperu meh�nismu, atsperes j�apr�ina uz sp�ku, kas vien�ds ar centrb�dzes sp�ku v�rt�bu kritiskam v�ja �trumam. L�pstu pagriešan�s notiek no v�ja spiediena uz l�pstu virsm�m. L�pstu atgriešana neitr�l� st�vokl� j�izdara sinhroni ar �pašu meh�nismu, lai nov�rstu b�stamu vibr�ciju rašanos.

�eneratoru ar rotoru saj�dz caur paaugstinošo reduktoru, kas nodrošina nepieciešamo �eneratora griešan�s �trumu.

Pirmo vietu pasaul� v�ja elektrostaciju ražošan� ie��ma D�nija un V�cija.

Energoapg�des komp�nijas, kas izmanto v�ja elektrostacijas, izvirza t�m noteiktas pras�bas:

� elektroener�ijai, ko ražo v�ja elektrostacijas, ir j�b�t pietiekami l�tai, lai t� var�tu konkur�t ar tradicion�l�s elektrostacij�s ražoto ener�iju;

� v�ja elektrostaciju kalpošanas ilgumam ir j�b�t ne maz�kam k� 15 - 30 gadi (tas v�l nav sasniegts);

� v�ja elektrostacij�m ir j�saglab� darbsp�ja jebkuros klimatiskos apst�k�os, ar� apledojum�, un t�m j�b�t viegli apkalpojam�m;

136

� v�ja elektrostacijas nedr�kst negat�vi iedarboties uz apk�rt�jo vidi (ainavas boj�jumi, telev�zijas p�rraižu trauc�jumi, troksnis, putnu boj�eja).

Visliel�k� v�ja �eneratoru jauda uzst�d�ta Amerikas Savienotaj�s Valst�s - Kalifornij�. �eneratorus novieto liel�s grup�s, izveidojot t� saucam�s v�ja fermas.Taj� paš� laik� Amerikas Savienoto Valstu austrumu piekrast� vair�kas v�ja fermas ir likvid�tas to slikt�s iedarb�bas d�� uz apk�rt�jo vidi.

L�dz 90. gadiem liel�ka v�ja �eneratoru jauda bija ASV Kalifornij� (1528 kW), 1995.g. pirm� viet� ir Eiropa (3345 MW), kur l�dera lom� ar V�cija (1576 MW). Šie lielumi v�l neliecina par v�ja �eneratoru noz�m�gumu ener��tisk� bilanc�, bet tie liecina, ka v�ja ener��tika sasniedza r�pniecisk� brieduma stadiju.

V�ja �eneratoru ieviešanu sekm�ja ar valstu atbalstiem. Pašreiz Amerikas Savienotaj�s Valst�s uzst�d�ti 17 t�kstoši v�ja elektrostacijas ar kopjaudu 1800 MW, kas izstr�d� 2,2 mljrd. kW�h gad�. Tas ir 0,66% no elektroener�ijas pat�ri�a Amerikas Savienotaj�s Valst�s. D�nij� 1990. gad� v�ja elektrostacij�s uzst�d�t� jauda sasniedza 785 t�kst. kW, un t�s izstr�d�ja 515 milj. kW�h elektroener�ijas vai 5% no pat�ri�a.

Izskata iesp�ju elektrostaciju izvietošanai j�ras šelf�. J�r� v�ja �trums ir liel�ks, un elektrostacijas neaiz�em sauszemes plat�bas. Protams, uzst�d�šanas izmaksa ir liel�ka. Ies�kti darbi v�ja elektrostaciju izmantošanai Anglij�, V�cij�, Be��ij�, Sp�nij�, Portug�l� un Kan�d�. Sakar� ar liel�m izmaks�m šos darbus galvenok�rt veic augsti att�st�t�s zem�s, kas š�dus izdevumus var at�auties.

Priekšstatu par 1 kW uzst�d�t�s jaudas izmaks�m daž�da tipa elektrostacij�s dod 6.1. tabula.

137

6.1. tabula Uzst�d�t�s jaudas izmaksa daž�du tipu elektrostacij�s

Elektrostaciju tips Izmaksa, dol�ri / kW 1. Atomelektrostacija 2250 2. Akme�og�u elektrostacija 800 - 1300 3. Tvaika-g�zes elektrostacija ar g�zes

kurin�mo 450 - 500

4. Hidroelektrostacija 800 - 1500 5. Saules elektrostacija 1500 - 3000 6. V�ja elektrostacija 1200 - 2600 7. Oke�na siltuma gradienta izmantošanas

elektrostacija

2200 - 2800 V�ja �eneratora izstr�dei pie�emta š�da v�ja �trumu grad�cija: 5 -

8 m/s - m�rens v�jš, virs 14 - stiprs v�jš, 20 - 25 - v�tra, virs 30 - viesulis. ASV uzskata, ka v�ja �eneratorus var�tu uzst�d�t viet�s, kur vid�jie

v�ji sasniedz 10m/sek. Vid�jais v�ja �eneratoru izmantošanas koeficients ir 0,2. Tas ir

saist�ts ar v�ju �trumu izmai��m. Latvij� vid�ja �truma v�ji 6 m/s nov�rojami Kurzemes piekrast� un

Ainažu apk�rtn�. P�r�jos Latvijas rajonos v�ja �trumi ir maz�ki par 5 m/s. Pašreiz Ainažu rajon� uzst�d�ti divi v�ja agreg�ti 600 kW katrs. Rotora diametrs ir 43 m. Tor�a augstums - 50 m. V�ja l�pstu galu

line�rais �trums 40 m/s. Gondolas ska�as izol�cija izraisa ska�as intensit�ti l�dz 98,6 Db.V�ja �enerators darba proces� atrodas smagos apst�k�os. T�p�c t� izgatavošanai nepieciešama augsta tehnolo�ija. V�ja br�zmas rada triecienslodzes un lielas vibr�cijas. V�tru gad�jumos agreg�ts j�atsl�dz, pagriežot rotora l�pstas perpendikul�ri v�jam, lai nov�rstu boj�jumus. Agreg�ta droš�bu pan�k ar �etr�m neatkar�g�m bremz�m, kuras aptver bremzes disku (6.11.att.).

Neliela v�ja laik� agreg�tu iegriež, iesl�dzot �eneratoru t�kl� k� dzin�ju, jo to palaižot, ir nepieciešams palielin�ts griezes moments, ko neatt�sta neliels v�jš. Iek�rta prasa r�p�gu apkalpošanu un tai j�iztur ilgstoša ekspluat�cija.

V�ja agreg�tu drošums v�l nav pietiekoši liels. Vid�ji nov�ro 0,3 apst�din�šanas vajadz�bas uz vienu agreg�tu. Bet atseviši elementu sagr�ve notiek tikai 1,5% gad�jumos uz agregatu. Visbiež�k iziet no darba vad�bas

138

sist�ma 7,7% gad�jumos, turb�nas orient�cijas mehanisms-4,2%, �enerators – 3%. Zaud�jumi, saist�ti ar aptur�šan�m, nav lieli sakar� ar to, ka agreg�tu jauda nav liela.

V�ja agreg�ti var b�t ar past�v�gu un main�gu �eneratora griešanas �trumu. Vad�šan� vienk�rš�ks vad�šan� ir agreg�ts ar main�go �trumu. Šin� gad�jum� �trumu nosaka v�jš. �eneratora mai�spriegums šin� gad�jum� tiek iztaisnots (6.12.att.) un ar invertora pal�dz�bu p�rv�rsts past�v�g�s

6.12.att. Sinhronais �enerators un tiristoru invertors.

Ierosme

�enerators

Taisngriezis Tiristoru invertors

Filtrs

Transformators

L�nija

6.11.att. V�ja agreg�ta iek�rta. 1 - rotora bukse; 2 - rotora l�psta; 3 - apvalks ar ska�as izol�ciju; 4 - jumta l�ka; 5 –droš�bas marga; 6 - ventil�cijas p�rsegs; 7 – zibensnoved�js; 8 – �enerators; 9 -�trumk�rba; 10 - bremze; 11 - sekund�r� bremze; 12 - hidrauliskais agreg�ts; 13 –elast�gs sl�des saj�gs; 14 - �eneratora balsts; 15 - pagrieziena darbin�t�js; 16 -apkalpošanas l�ka; 17 - pamata plate; 18 - lo�u savienojuma sist�ma; 19 - pagrieziena bremze; 20 - pretvibr�ciju balsti; 21 - tornis.

139

frekvences mai�spriegum�. Taisngriez� izmanto parastos venti�us, toties invertor� – tiristorus vai bipol�ros tranzistorus (IGBT).

Labi izprojekt�to un pareiz�s viet�s uzst�d�to v�ja agreg�tu elektroener�ijas pašizmaksa ir samazin�jusies l�dz 3cent/kW*h., kas liecina, ka v�ja ener�ija k��st pie�emama no ekonomisk� viedok�a.

Elektroener�ijas pat�ri�am ir ciklisks raksturs. Nakt� tautsaimniec�ba pat�r� maz, jo šaj� laik� darbojas tikai tr�smai�u uz��mumi un gad�juma rakstura pat�r�t�ji. No r�ta pat�ri�š strauji aug un apm�ram pulksten devi�os sasniedz maksim�lu lielumu. Dien�, dabisk�s gaismas period�, elektr�bas pat�ri�š samazin�s, bet vakar�, p�c Saules rieta, atkal pieaug. Šie cikliskie pat�ri�i ir j�nodrošina ar ener��tisk�s iek�rtas darbu. T�, piem�ram, nakt� ir j�atsl�dz ener��tiskie katli un turb�nas. Tuvojoties r�tam, tie atkal j�iedarbina, lai nodrošin�tu r�ta pat�ri�u utt.

Hidroelektrostacijas ir uzb�v�tas �dens uzkr�šanai minim�lo slodžu stund�s un t� izlietošanai maksim�lo slodžu segšanai. P�r�j� laik� hidroelektrostacijas st�v, kr�jot �deni k�rt�jam �slaic�gam darbam.

Apskatot alternat�v�s ener�ijas avotus, ir j�nov�rt� to noz�me ener�ijas bilanc�.

V�ja ener�ijas avoti nevar str�d�t saska�� ar ener�ijas pat�ri�a ciklu. Tie iesl�dzas darb�, rodoties v�jam, neatkar�gi no t�, k�d� period� tas notiek. V�jain� laik� v�ja �eneratori, str�d�jot elektriskaj� t�kl�, da��ji aizvieto siltuma elektrostacijas. Periodos, kad v�ja nav vai tas ir nepietiekami liels, lai darbotos v�ja �enerators, elektroener�ijas pat�ri�u sedz elektrostacijas. Elektrisko jaudu bilanci sast�da slikt�kiem apst�k�iem, t�d�� v�ja �eneratoru jaudu taj� nevar iev�rot un bilanc� j�aizst�j ar parastaj�m elektrostacij�m. V�ja elektrostacijas tikai ietaupa kurin�mo tajos periodos, kad p�š v�jš. T�tad kapit�lieguld�jumi elektrisko �ener�jošo jaudu uzst�d�šanai j�paredz t�, it k� v�ja elektrostaciju neb�tu.

J�ras vi��u ener�ijas avoti t�pat ir saist�ti ar v�ju. Ekonomisk� noz�me tiem n�kotn� ir oke�na rajonos, kur p�š past�v�gi v�ji.

Paisuma un b�guma elektrostacijas ir iesp�jams izveidot oke�na krastos, norobežot no oke�na l��us vai fjordu veidojumus. Šie ener�ijas avoti prasa sam�r� lielus kapit�lieguld�jumus, un to darb�bas cikls saist�ts ar M�ness pievilkšanas sp�ku cikliem, nevis ar ener�ijas pat�ri�a cikliem. Ar� uz tiem attiecas apsv�rumi par ener�ijas avotu rezerv�šanu.

�eoterm�l�s ener�ijas potenci�ls ir sam�r� ierobežots, un t� izmantošana plašos apm�ros iesp�jama tikai atsevišos lok�los rajonos. Š�s

140

ener�ijas izmantošanu apgr�tina dz��u �de�os izš�dušie s��i, g�zveida dz�vsudraba savienojumi, s�r�de�radis, amonjaks, k� ar� radioakt�vie elementi. Š�s vielas, non�kot virs Zemes, rad�s b�stam�bu apk�rt�jai videi, kuras likvid�cijai v�l ir j�izstr�d� tehniskie pas�kumi. Lai pan�ktu elektroener�ijas izmaksu samazin�šanu, j�turpina zin�tniskais darbs un tehnolo�iju izp�te.

6.3. Biomasas ener��tika.

Katru gadu atjaunojoš�s biomasa uz Zemes virsas v�rt�jama 200 mljrd. t. T�s ener��tiskais potenci�ls p�rsniedz izrakte�u kurin�mo 10 reizes, bet to ir gr�ti izmantot ener��tisk�m vajadz�b�m, jo t� izkais�ta Zemes virs�, gr�ti sagatavojama izlietošanai un liel� m�r� ir saudz�jama, vadoties no ekolo�iskiem apsv�rumiem. Biomasu, ko ieg�st lauksaimniec�b�, lieto galvenok�rt k� uzturproduktus un tekstilr�pniec�b�, k� ar� celulozes, pap�ra un b�vmateri�lu r�pniec�b�.

Biomasu pašreiz izmanto v�ji att�st�t�s zem�s k� kurin�mo sadz�ves sektor�. Cenu diapazons centraliz�ti sav�ktajai biomasai att�st�t�s zem�s par tonnu ir: malkai - 18-50 dol�ri, salmiem - 25-35 dol�ri, m�sliem - 10-25 dol�ri, kokvilnas atkritumiem - 5-15 dol�ri, r�inot saus� mas�. Sal�dzin�jum� ar kurin�m� izrakte�iem biomasu raksturo zema siltumsp�ja. T�s �patn�j� siltumatdeve svaigi cirstai koksnei ir 2,9 kWh/kg, sausai koksnei - 4,28, kartonam - 4,39, salmiem - 9,48, taj� laik� mazutam - 11,73 kWh/kg, akme�ogl�m - 6,54-9,39, dabiskai sašidrin�tai g�zei - 14,33.

Biomasu iedala tr�s grup�s. Pirmajai grupai pieder augi, kurus audz� speci�li ener��tisk�m vajadz�b�m, piem�ram, v�tolu un pape�u sugas. Par perspekt�viem uzskata topinamb�ru un saldo sorgo. Otrajai grupai pieskait�mi daž�di atkritumi: lopkop�bas m�sli, salmi, mežr�pniec�bas un pils�tu sadz�ves atkritumi. Trešo grupu veido �densaugi.

Att�st�t�s valst�s biomasas izmantošana kurin�m� vajadz�b�m vienlaikus kalpo ekolo�isk�s situ�cijas uzlabošanai. Kurin�mo parasti sagatavo brikešu vai granulu veid�. Briket�m izmanto prim�r�s un sekund�r�s apstr�des, k� ar� meža cirsmu atkritumus.

P�d�j� laik� arvien vair�k s�k ražot biokurin�mo transportam valst�s, kam nav paš�m savu naftas resursu. Šim nol�kam izmanto etanolu un biod�ze�degvielu. Plaši paz�stama ir Braz�lijas prakse, kur etanolu piejauc

141

benz�nam noteikt� proporcij�. Bioetanola ražošana ir iesp�jama visur. Tas mazina kurin�m� atkar�bu, nodrošina papildus darba vietas un dod iesp�ju ieg�t daž�dus der�gus blakusproduktus.

Etanols k� motoru kurin�mais, kur uz vienu oglek�a atomu ir tr�s �de�raža atomi, var k��t par efekt�vu �de�raža ieg�šanas avotu, ko var�s izmantot kurin�m� elementos (2.21.att.), kur �de�radis kop� ar gaisa sk�bekli tiek izmantots elektrisk�s str�vas ražošanai. Kurin�m� elementu baterijas var�s izmantot elektroautomob��os, ar ko jau eksperiment� paz�stamas autokomp�nijas.

Biod�ze�degvielu ražo no taukviel�m, galvenok�rt no augu e��m, tos apstr�d�jot ar etanolu vai metanolu. Pasaul� biod�ze�a izmantošana ie�em arvien redzam�ku vietu d�ze�degvielas ražošan� un jau sasniedz 700 t�kstoši tonnu gad�. Š�da ražošanas programma ir Sp�nij�. V�cij� benz�na uzpildes stacij�s jau ir atsevišas tvertnes ar uzrakstu “Biodiesel”.

Biod�ze�degvielas ieg�st galvenok�rt no sojas, rapšu, saulespuu e��as un p�rtikai neder�giem taukiem, zivju e��as. Sp�nij�, V�cij�, It�lij� to ieg�st no rapšu e��as un metanola.

Latvijas apst�k�os no 1 ha rapšu s�juma var ieg�t 1 t biod�ze�degvielas. T� k� rapši ir piln�gi izmantojami augi, ražošana ir bezatkritumu tehnolo�iskais process. E��u spiežot, rodas spraukumi, kas ir v�rt�ga piedeva lopbar�bas raušiem un k� blakusprodukts rodas j�lglicer�ns, no k� ieg�st t�ru glicer�nu, ko izmanto polim�ru r�pniec�b�. Rapšu ziedi ir bag�ti ar nekt�ru, ko bites labpr�t p�rv�rš med�.

Saska�� ar Eiropas Kopienas “Balt�s gr�matas” l�mumiem, Eiropas valstis l�dz 2003. gadam ir ap��muš�s apg�t šidr�s biodegvielas ražošanu

t6105 � apm�r�. T�, piem�ram, Sp�nij� jau ieg�st 176 t�kstošus t bioetanola, paredz�ts ieg�t v�l 126 000 t bioetanola, kas �autu aizvietot 78% no Sp�nij� lietotas motoru degvielas.

Projekta ietvaros tiks apg�ti 85 t�kst. ha neapstr�d�to zemju un laukos rad�s 3000 jaunas darba vietas, perspekt�v� samazin�s atkar�bu no naftas importa par 200 000 t nosac�tas degvielas, pozit�vi ietekm�s nodok�u politiku. Bez tam par 10% samazin�sies og�sk�b�s g�zes un par 5% og��de�ražu emisija atmosf�r�.

P�d�j� laik� uzs�kta koksnes audz�šana ener��tisk�m vajadz�b�m. T�m paredz lietot ar� salmus. Piem�ram, Francij� potenci�ls salmu daudzums ir 25 milj. t gad�. No tiem ener��tisk�m vajadz�b�m var�s izmantot 4-5 milj. t salmu. No salmiem ieg�st met�nu (anaerob� p�rstr�de)

142

vai šidro kurin�mo (hidrol�ze). D�nij� ir 20 t�kst. iek�rtas salmu izmantošanai kurin�majam.

Seviši svar�ga ir mazv�rt�go k�tsm�slu biolo�isk� p�rstr�de biog�z�. Šin� proces� vienlaikus ieg�st dedzin�mu g�zi, ko var izlietot iekšdedzes dzin�jos, un palielina k�tsm�slu kvalit�ti. Šis process ir �oti svar�gs no ekolo�isk� viedok�a. Biog�zes ieg�šanu k�tsm�slu ferment�cijas rezult�t� seviši lieto Francij�, kur ir vair�k nek� 1000 ferment�cijas iek�rtu. Biog�zi izmanto saimniec�bas pat�ri�a vajadz�b�m. Izdevumi iek�rtu izb�vei ferm�s ar 50 gov�m, 500 c�k�m, 4000 m�jputniem ir 200-250 t�kst. franku. Atmaks�šan�s laiks - 10 gadi. Iek�rt�m ar 500 t�kst. franku izmaksu fermentatora apjoms ir 100 m3, procesa ilgums - 6,5 diennaktis, biog�zes apjoms - 1,3 m3 uz 1 m3 fermentatora apjoma, met�na saturs biog�z� 62%.

Ilgu laiku uzskat�ja, ka biog�zes ener��tika ir v�ji att�st�tu valstu nozare. Tieš�m, šodien visliel�kais biog�zes iek�rtu daudzums ir Indij�, ��n�, Bangladeš�, Pakist�n�, Taizem�, Jaunz�land�. Tikai Indij� vien katru gadu s�k darboties 5 - 6 t�kstoši biog�zes iek�rtu, ��n� - vair�k nek� 7 miljoni mazu biog�zes iek�rtu, kas ražo kurin�mo viet�j�m elektrostacij�m, k� ar� dažas lielas, kuras nodrošina termoelektrocentr��u darbu.

V�cij� izmanto atkritumu sadedzin�šanas stacijas, kur�s izstr�d� l�dz 5% no elektroener�ijas daudzuma (11 mljrd. kW�h). M�su apst�k�os j�run� par mazv�rt�gas koksnes un koksnes atkritumu izmantošanu kurin�m� veid�. Galven� probl�ma š� kurin�m� lietošan� ir rentabilit�te. Kurin�m� cenai pieaugot, koksnes kurin�mais k��st rentabl�ks.

Vienlaikus j�piebilst, ka j�izstr�d� koksnes kurin�m� sagatavošanas tehnolo�ija. Nepieciešamas koksnes sasmalcin�šanas iek�rtas, kuras b�tu pieejamas pat�r�t�jiem, k� ar� sasmalcin�t�s koksnes sadedzin�šanas iek�rtas. Pašreiz ir kurtuvju iek�rtu konstrukcijas, kuras paredz�tas koksnes sadedzin�šanai šeldas veid�.

Latvijas apst�k�os ar koksnes kurin�mo var aizvietot 90 t�kst. t kurin�m� 2010. gad�.

Bioener��tiskie agreg�ti lietder�gi ekolo�isk�s situ�cijas uzlabošanai un biog�zes izmantošanai uz��mumu pašpat�ri�a vajadz�b�m. J�izstr�d� un j�ievieš koksnes k� kurin�m� izmantošanas tehnolo�ija, lai samazin�tu š� kurin�m� veida lietošanas darbietilp�bu.

143

Galvenais faktors, kurš neveicin�ja biog�zes iek�rtu izmantošanu, bija dabisk�s g�zes zem� cena.

Kopum� v�rt�, kas biog�zes iek�rtas attiec�gajos uz��mumos var izmantot pašu siltuma ener�ijas nodrošin�šanai, k� ar� ekolo�isko apst�k�u uzlabošanai, atbr�vojot vidi no pies�r�ošanas.

Ener��tisk�s iek�rtas ir vienas no visd�rg�kaj�m iek�rt�m tehnik�. Šo iek�rtu pamat� tehnikas v�stur� ir sasniegtas augsti att�st�t�s tehnolo�ijas. Pašreiz plaši lietojam�s ener��tisk�s tehnolo�ijas ir pilnveidojuš�s 100 gadu period�. Iev�rojot zin�tniski tehnisko progresu, jaunas ener��tisk�s tehnolo�ijas att�st�s �tr�k, bet nez vai var orient�ties uz laiku, kas b�tu daudz maz�ks par 40 gadiem.

Kopum� j�atz�st, ka alternat�vie ener�ijas avoti, iesaist�ti ener��tisk� bilanc�, sp�s nodrošin�t sam�r� nelielu da�u no pat�r�jam�s ener�ijas ar� perspekt�v�, t�p�c liela m�roga ener��tikas att�st�bas probl�ma paliek ar� joproj�m viena no aktu�l�kaj�m pasaules probl�m�m.

Netradicion�lo ener�ijas avotu turpm�kajai att�st�bai j�veic zin�tniskie un eksperiment�lie darbi.

Materi�lu (t) un darba pat�ri�š (cilv.h), attiecin�tus uz ener�ijas izstr�des vien�bu (1MW.gads) att�loti 6.13.att�l� (Kan�das apst�k�os). No t� izriet, ka vismaz�kie šie t�ri�i ir g�zes ener��tikai. Tad seko ar sam�r� maziem izdevumiem naftas, og�u, atomener��tika. Liel�ki šie izdevumi ir alternat�vai ener��tikai, izmantotai plašos apjomos. Tehnolo�ijas att�st�ba n�kotn� var šos izdevumus da��ji samazin�t. No šiem datiem izriet, ka saules ener��tika pieder pie vismateri�lietilp�g�kiem ener�ijas ieg�šanas veidiem. Rezult�t� var konstat�t, ka praktiski iesp�jamie saules ener�ijas avoti pagaid�m sp�s sast�d�t nelielu da�u ener��tisk�s bilances. Alternat�v�s ener��tikas iesp�j�mie resursi par�d�ti 6.14.att�l�. J�atceras, ka Saules

6.13.att. Materi�lu pat�ri�š t/MW.gad� un cilv�ku darba stundas uz MW.gadu daž�diem ener�ijas veidiem. 1- akme�og�u; 2- naftas; 3- kodola; 4- dabasg�ze; 5-hidroener��tika; 6- v�ja; 7- saules: apkure un fotoener�ija; 8- vi��u ener��tika.

1

10

100

1000

1000

100000

1 2 3 4 5 7 6 8

t/MW.gads cilv.s/MW.gads

7

144

ener�ija ir neierobežota un t�p�c daž�du lok�lo ener��tisko uzdevumu risin�šanai t� j�iesaista akt�v�k.

Iev�rojot iesp�jamos faktorus, j�n�k pie sl�dziena, ka l�dz 2020.g. atjaunojoš�s ener�ijas �patsvars ener�ijas bilanc� nep�rsniegs 15%.


1. K�di saules ener�ijas izmantošanas veidi ir zin�mi. 2. Saules ener�ijas resursi un to izmantošanas grt�bas. 3. K�das ir bioener�ijas izmantošanas iesp�jas? 4. K�di ir bioener��tiskie kurin�mie iekšdedzes dzin�jiem? 5. K�das ir v�ja ener��tikas perspekt�vas? 6. K�di ir v�ja turb�nu darb�bas principi? 7. V�ja iek�rtu �eneratori un to piesl�gšana ener��tiskiem t�kliem. 8. K�ds ir sagaid�ms alternat�v�s ener��tikas �patsvars tuv�kos 20

gados?

10,0

1.8

1.0

0.065

0.014

0.04 0.03

0.01

10.0

1.0

0.1

6.14.att. Alternat�vo ener�ijas veidu resursi n�kotn�.

J�ru

pai

sum

i-b�g

umi

J�ru

vi��

i

V�j

š H

idro

resu

rsi

Geo

term�l

ie re

surs

i

J�ru

un

oke�

nu s

iltum

a en

er�i

ja

Saul

es s

taro

jum

s

Q

145

7. NODA�A. ELEKTROENER��TIKA

7.1. Meh�nisk�s ener�ijas p�rveidošana elektrisk� ener�ij�.

Elektroener�ija ir �rti izmantojams ener�ijas veids. To var ražot liel�s elektrostacij�s, p�rvad�t lielos att�lumos ar sam�r� nelieliem zudumiem, pievad�t lieliem un maziem pat�r�t�jiem elektrisko t�klu darb�bas robež�s un p�rveidot citos ener�ijas veidos: meh�nisk�, siltum� utt. Elektrisk�s ener�ijas ražošanas �patsvara dinamika trij�s pasaules valstu grup�s par�d�ta 1.2.att�l�, kur t� sast�da 25% v�ji att�st�t�s valst�s, l�dz 38% industri�l�s zem�s. Iev�rojot elektrisko tehnolo�iju priekšroc�bas, ar� n�kotn� var gaid�t elektroener�ijas �patsvara palielin�šanos ražošan� uz siltuma �patsvara r�ina. Elektrisk�s ener�ijas pat�ri�š uz vienu iedz�vot�ju daž�d�s valst�s att�lots 1.20.att�l�. Meh�nisk�s ener�ijas p�rveidošana elektriskaj� notiek ar �eneratoru pal�dz�bu, ko darbina turb�nas. Sinhron� �eneratora darb�bas princips izriet no 7.1.att�l�. Rot�jošais magn�tiskais lauks, š�rsojot vadu, induc� taj�

elektrodzin�jsp�ku saska�� ar kreis�s rokas likumu. T� iespaid� statora tinum� induc�jas elektrodzin�jsp�ks e : ,Blve � kur B - magn�tisk� lauka indukcija gaisa spraug� starp rotoru un statoru; l un v – vad�t�ja garums un kust�bas �trums.

7.1.att. Kust�bas, lauka un elektrodzin�jsp�ka mijiedarb�ba �enerator� un kreis�s rokas likums.

EDS

Kust�ba

Magn�tisk� lauka l�nijas N

S

F0

146

Magn�tisko lauku rada rotora tinums. Taj� tek l�dzstr�va. Statora tinum� induc�t� mai�sprieguma frekvence f ir atkar�ga no �eneratora griešan�s �truma (apgr/min) saska�� ar izteiksmi.

60

npf

�� ,

kur p – rotora polu p�ru skaits; n – apgriezienu skaits min�t�. Mai�sprieguma sist�mas tiek izpild�tas tr�sf�z�gas (7.2.att.). Tr�s ir minim�lais f�žu skaits, kas sp�j rad�t rot�jošo magn�tisko lauku, nepieciešamu vienk�ršas dzin�ju konstrukcijas nodrošin�šanai. L�dz ar to �eneratora statoriem ir tr�sf�žu tinumi, ar 1200

nob�des le�i starp t�m. F�žu spriegumu moment�nas v�rt�bas att�lotas 7.3.att�l�.

Noslogojot statoru, t� str�va rada magn�tisku lauku. Šis magn�tiskais lauks gaisa spraug� starp rotoru un statoru ir virz�ts pret�ji ierosmes tinuma laukam, mazinot indukciju B un, t�tad EDS. Šo enkura reakcijas efektu kompens�, palielinot rotora ierosmes str�vu. T�s nepieciešamais lielums ir atkar�gs no statora str�vas nob�des le�a un, t�tad, akt�vas un reakt�vas str�vu komponent�m.

Ierosmes str�va j�maina plaš�s robež�s no tukšgaitas ierosmes str�vas (7.4.att.) l�dz nomin�lai v�rt�bai.

Griezes momentu Mgr rada turb�na (7.5.att.). �enerators att�st�ta bremzes momentu Mbr, kas darbojas pret� griezes momentam. Stacion�r� rež�m� šie pret�ji v�rstie momenti ir vien�di:

32$

32$

3

2

1

S

%

7.2.att. Tr�sf�žu tinums magn�tisk� lauk�.

e1 e2 e3 e3 e

%t 3

2$ 3

2$ 0

7.3.att. Sprieguma moment�n� v�rt�ba trij�s f�z�s.

Mgr Mbr

7.5.att. Turb�nas griezes un �eneratora bremzes momenti.

iie

U

7.4.att. �eneratora tukšgaitas ierosmes raksturl�kne (1) un t�s aizvietošana apr�inos (2).

i0

Unom

2 1

147

grgr MM � . �eneratoru jaudas pašreiz�j�s elektrostacij�s sasniedz 1000 MW vien� vien�b�.

Dzes�šanas sist�ma nodrošina �eneratoru darbu pie�aujamo temperat�ru diapazon�. Magn�tiskie lauki un str�vas �eneratoros rada zudumus, kas izsauc agreg�ta silšanu. Lielas �eneratoru jaudas tiek realiz�tas sam�r� mazos tilpumos, t�p�c dzes�šanai j�b�t intens�vai.

Hidro�eneratoru konstrukciju nosaka hidroturb�nu zems apgriezienu �trums. Polu p�ru skaits �enerator� l�dzin�s :

.60n

fp �

T�, piem�ram, pie n = 100 apgr./min., p = 30. Š�du polu p�ru skaita izvietošanai vajag daudz vietas un t�p�c hidro�eneratoru izm�ri ir lieli, un

tiem parasti ir vertik�la ass. Šie �eneratori nav herm�tiski un tos dzes� ar gaisu (7.6.att.).

�eneratoriem, kas tiek izmantoti ar tvaika vai g�zes turb�n�m ir liels apgriezienu �trums un parasti viens (3000 apgr./min) vai divi (1500 apgr./min) polu p�ri. Mazas jaudas �eneratori, kas tiek izmantoti termoelektrocentr�l�s tiek bieži dzes�ti ar gaisu. Liel�kas jaudas �eneratorus (7.7.att.) izgatavo herm�tiskus un tos dzes� ar �de�radi, ko ieg�st ar elektrol�tisko iek�rtu pal�dz�bu. �de�radim ir laba siltumvad�m�ba un k� visviegl�kajai g�zei minim�li ventil�cijas zudumi. �de�radis nedr�kst n�kt saskar� ar gaisu, kas var�tu rad�t spr�gstošo g�zi.

7.6.att. Hidro�enerators.

148

Abos gad�jumos �eneratora elementus g�zes apskalo no �rienes, cirkul�jot pa �eneratora iekš�jiem dzes�šanas kan�liem. At��musi siltumu, g�ze tiek izvad�ta no �eneratora un novad�ta dzes�t�j�, kur �dens to atdzes�, pirms t� tiek atpaka� �enerator�. Š�du dzes�šanu sauc par netiešo. Lielas jaudas �eneratoriem netieš� dzes�šana nav pietiekoši intens�va. Šin� gad�jum� izmanto tiešo dzes�šanu. Vad�t�ji ir cauru�veida un caur iekš�jo kan�lu cirkul� destil�tais �dens vai e��a. Šidrumi rotora tinumu dzes�šanai tiek padoti caur v�rpstas centr�lo kan�lu. Šidrumu cirkul�cija ir nosl�gta. To atdzes�šana notiek �dens dzes�t�j�. Eksist� �de�raža-�dens dzes�šanas sist�mas. Rotors un akt�v� statora dzelzs tiek dzes�ti ar �de�radi netieši, bet statora tinums, kas izpild�ts no cauru�veida vad�t�jiem — ar destil�to �deni. �dens-e��as dzes�šanas sist�m� e��a dzes� statora tinumus, akt�vo dzelzi un konstrukt�vos elementus, bet destil�tais �dens – rotora tinumu. Visi �eneratori ir apg�d�ti ar ierosmes sist�mu. Par ierosmes l�dzstr�vas avotiem kalpo l�dzstr�vas vai mai�str�vas �eneratori – ierosin�t�ji, kas parasti atrodas uz turb�nas-�eneratora kop�j�s ass. Sinhron� �eneratora vektoru diagramma par�d�ta (7.8.att.). Šeit U - spriegums uz �eneratora ievadiem, XI r un XI a - sprieguma kritumi �eneratora induktivit�t�, ko rada reakt�v� un akt�v� statora str�vas. ar XI un

aa XI - sprieguma kritumi ekvivalent� induktivit�t�, kas atbilst �eneratora enkura reakcijai. Aizvietojot tukšgaitas raksturl�kni nomin�l� sprieguma zon� ar taisnes nogriezni (7.4.att.), starp E

7.7.att. Turbo�enerators. 1- turb�na; 2- �enerators; 3- ierosin�t�js.

1

2 3

7.8.att. Sinhron� �eneratora vektora diagramma.

Ia xa

�xa

Irxa Iax

Irx

Iier

A E

�

k1E

Eiekš

149

un ierosmes str�vu eksist� sakar�ba : .10 EkI � Savuk�rt .)()( 222 XIXIUE ar �� Iev�rojot to, ka 11 &k , tukšgaitas ierosmes str�vas vektoru var atlikt k� da�u no vektora E no punkta A (7.8.att.). Savuk�rt sprieguma kritumu enkura reakcijas induktivit�t� Xa kompens� ar tai proporcion�lu ierosmes str�vas sast�vda�u: 2

12

110 ))(())(( aaarieie aXXkIaXXkIUkIII �� . Apz�m�jot: 21 kaXXk a �� , ieg�stam ierosmes str�vu, izteiktu caur statora rež�ma parametriem:

22

221 )()( arier IkIkUkI �� .

Nepieciešamai ierosmes str�vai j�nodrošina spriegums uz �eneratora izvadiem, tuvs nomin�lai v�rt�bai. To regul� autom�tiskais regulators, SR kas kontrol� spriegumu. Nepieciešam� ierosmes str�va ir atkar�ga no tukšgaitas ierosmes str�vas, kas nodrošina norm�lu spriegumu �eneratoram tukšgait� un , noslogojot to, no akt�v�s un reakt�v�s jaudas.

Ierosmei ir nepieciešama jauda, kas sasniedz l�dz 1% no �eneratora jaudas. L�dzstr�vas ierosin�t�jiem ir kolektors (7.9.att.) un to jauda iesp�jama l�dz 1000 kW. T�p�c tos lieto sam�r� mazjaud�giem �eneratoriem. Šiem ierosin�t�jiem ir savs ierosmes tinums, izvietots uz statora, turpret� rotora tinums, caur kolektoru pievienots �eneratora ierosmes tinumam, nodrošinot �eneratora darb�bu. Ierosmes (sprieguma)

7.9.att. Ierosmes sist�ma ar ierosin�t�ju - l�dzstr�vas �eneratoru. I- ierosin�t�js; IT- ierosin�t�ja ierosmes tinumi; SR- sprieguma (ierosmes) regulators; G- �enerators.

SR

G

I IT-1 IT-2

150

regulators SR, kas maina ierosmes str�vu sprieguma uztur�šanas vajadz�b�m, nodrošina energosist�mas darb�bas drošumu. Liel�kiem �eneratoriem, kam lielas jaudas d�� nevar izmantot l�dzstr�vas ierosin�t�ju, k� ierosin�t�ju lieto mai�str�vas �eneratoru. Š�da ierosin�t�ja spriegumu iztaisno (7.10.att.) un tad pievieno �eneratora ierosmes tinumam. Š�du ierosin�t�ju ierosmes izmai�a �auj izmain�t t� spriegumu plaš�s robež�s. Trešais ierosmes sist�mas variants par�d�ts 7.11.att. Šin� gad�jum� par ierosmes barošanas avotu izmanto paša �eneratora spriegumu, ko iztaisno ar vad�mo taisngriežu (tiristoru) pal�dz�bu, t�d� veid� nodrošinot iztaisnot� sprieguma izmai�u plaš� diapazon�. Visi energosist�mas �eneratori rot� ar vien�du elektrisko �trumu it k� atrazdamies uz kop�j�s v�rpstas, t�tad tie darbojas sinhroni. Šaj� st�vokl� tos notur sinhronais griešan�s moments, kas rodas, pateicoties ierosmei. �eneratoram zaud�jot sinhronismu rodas av�rijas st�voklis, kas steidzami j�nov�rš. Sinhronais �enerators tiek slogots ar akt�vo (P) un reakt�vo (Q) jaudu. Akt�v� jauda tiek izmantota meh�niskam darbam un siltuma

7.10.att. . Ierosmes sist�ma ar ierosin�t�ju - mai�str�vas �eneratoru. I- ierosin�t�js; AI- apakšierosin�t�js – maš�na ar ierosmes tinumi; SR- sprieguma (ierosmes) regulators; G- �enerators.

7.11.att. Ierosmes sist�ma ar vad�miem taisngriežiem (tiristoriem) un barošanu no �eneratora izvadu sprieguma.

151

procesos, kur tiek pat�r�ta ener�ija. Elektrisk�s ener�ijas p�rvade t�klos ar� saist�ta ar vadu un dzelzs serde�u silšanu, kur tiek pat�r�ta akt�v� jauda. Reakt�v� jauda saist�ta ar elektromagn�tisko lauku uztur�šanu elektrisk�s iek�rt�s (�eneratoros, transformatoros, l�nij�s, elektrodzin�jos u.c.). �eneratoru statora str�va l�dzin�s

222 /)( UQPI �� . Raksturl�kne, kas att�lo šo sakar�bu ir aploce. L�nija 1 (7.12.att.) atbilst statora nomin�lai str�vai, kas no statora silšanas viedok�a ierobežo t� noslodzi. Otrs ierobežojums ir ierosmes tinuma silšana, kam atbilst l�nija 3 daž�diem statora spriegumiem. �eneratoru var noslogot ar apsteidzošu (pozit�vu) reakt�vu jaudu, ko nodod t�kl�, k� ar� ar negat�vu reakt�vu jaudu, ko sa�em no t�kla. Apakš�jo ierosmes str�vas ierobežojumu (l�nijas 4;5) nosaka statora mal�jo statora dzelzs pakešu silšana daž�d�m mašinu konstrukcij�m un l�nija 6 atbilst sinhronisma zudumam. �eneratora rež�mam j�atrodas sv�trot� laukuma robež�s.

7.12.att. �eneratora rež�ma diagramma. Ierobežojumi: 1- p�c statora tinuma augst�k�s pie�aujam�s temperat�ras; 2- turb�nas nomin�l� jauda; 3- ierosmes tinuma augst�k�s temperat�ras; 4,5- statora dzelzs temperat�ras daž�dam maš�n�m; 6- sinhronisma saglab�šanas noteikuma.

1

2

6

4

5

3

0,9Unom

Unom

1,05Unom

P=Pnom

P*

0 0,2 0,4 0,6 0,8 Q* -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

152

7.2. Transformatori.

Transformatori tiek izmantoti sprieguma p�rveidošanai. Iek�rtai ir feromagn�tisks serdenis. Virpu�str�vu un, t�tad, tukšgaitas zudumu samazin�šanas nol�kos tas tiek veidots no pl�n� speci�l� dzelzs sk�rda paket�m (7.13.att.). Serdenim uztin izol�tus tinumus, kuru skaits ir atkar�gs no t�, k�di elektriskie t�kli tiem j�pievieno. Vijumu attiec�ba nosaka transform�cijas koeficientu, kas l�dzin�s sekund�r� un prim�r� sprieguma attiec�bai, transformatoram str�d�jot tukšgait� (7.14.att.):

01

02

1

2

UU

k ��''

.

Lieto divtinumu un tr�stinumu transformatorus. K�dam no tinumiem spriegumu pievada, no p�r�jiem spriegumu sa�em. Pirmo tinumu sauc par prim�ro, otro – par sekund�ro. Sakar�b� starp prim�ro un sekund�ro spriegumu, transformatoru slogojot ar akt�vo P un reakt�vo Q jaudu, j��em v�r� sprieguma kritumu transformatora pretest�bas R un X:

),(11

112 kUQRPX

jkU

QXPRUkUUkU

��

��

kur k – transform�cijas koeficients; U� - sprieguma kritums, ko veido jaudu pl�smas transformatoru akt�v� un indukt�v� pretest�b�. Sakar� ar to, ka transformatoru akt�v� pretest�ba RT ir neliela, sal�dzinot ar indukt�vo XT, šo sakar�bu var vienk�ršot:

).(1

12 kUjPXQX

UkU�

��

7.13.att. Transformatora serdenis.

7.14.att. Transformatora tinumi.

153

Transformatori ir paaugstinoši vai pazeminoši. Paaugstinošie transformatori tiek izmantoti elektrostacij�s. Tur tos iesl�dz virkn� ar �eneratoriem, paaugstinot to spriegumu l�dz p�rvades t�kla sprieguma l�me�iem (7.15.att.). Pazeminošie transformatori pazemina spriegumus l�dz zem�k� sprieguma t�klu l�me�iem. Visur, kur saskaras daž�da sprieguma t�kli, izmanto transformatorus ar daž�diem transform�cijas koeficientiem. Transformatora tinumiem ir atzarojumi. Ar to pal�dz�bu iestata vajadz�go transform�cijas koeficientu. Tinumu atzarojumu pak�pes var b�t p�rstat�mas, transformatorus atsl�dzot no t�kla vai p�rsl�dzamas, transformatoram darbojoties zem slodzes. P�d�j� gad�jum� pak�pes izmanto sprieguma autom�tiskai regul�šanai t�klos. Transformatora serdenis tiek novietots b�k� uz met�liskiem konstrukt�viem elementiem. Transformatoros ir zudumi serde�a dzelz�, ko rada main�gais magn�tiskais lauks un tinumos tajos pl�stoš�s str�vas. Zudumi p�rv�ršas siltum�. Zudumi transformator� ir proporcion�li t� noslodzei pak�p� ¾: .4/3

1ScP �� Toties transformatora dzes�šana notiek no t� virsm�m, kas ir proporcion�las nomin�lai jaudai S pak�p� ½: 2/1

2. ScPdzes �� kur c1 un c2 – proporcionalit�tes koeficienti. Iev�rojot to, ka transformatoru noslodze ir atkar�ga no to nomin�l�s jaudas, dzes�šanas intensit�tei j�b�t daž�dai daž�du nomin�lu jaudu transformatoriem. Dzes�šanu nodrošina e��a. Taj� atrodas serdenis ar tinumiem. Bez tam e��a izpilda ar� izol�cijas funkciju. E��a, sasilusi, izpl�šas. Transformatoriem paredz�ts speci�ls tilpums – konservators. Mazas jaudas transformatoriem dzes�šana notiek ar dab�go e��as konvekt�vo 7.16.att. Mazas jaudas

transformators.

~ 7.15.att. �enerators virkn� ar paaugstinošo transformatoru .

154

cirkul�ciju (7.16.att.). E��ai sasilstot, notiek konvekt�va cirkul�cija. Silt� e��a b�k� pace�as uz augšu. No turienes t� non�k b�kai piemetin�tos radiatoros, kur atdzes�jas, to virsm�m saskaroties ar �r�jo gaisu, un non�k b�kas apakš� (7.17.att.).

Liel�kas jaudas transformatoriem nepieciešama intens�v�ka dzes�šana. Šin� gad�jum� izmanto radiatorus ar liel�ku dzes�šanas virsmu, ko app�š ar ventilatoru rad�tu gaisa str�klu (7.17.att.). V�l jaud�g�kiem transformatoriem paredz m�ksl�gu e��as cirkul�ciju ar speci�lu s�kni. Un visjaud�g�kiem paredz gan ventilatorus, gan e��as cirkul�cijas s�kni (7.18.att.). Gad�jumos, kad j�savieno t�kli, kuru spriegumi atširas 2-5 reizes, izmanto autotransformatorus. Tiem divu tinumu viet� ir viens tinums ar atsevišiem izvadiem katram no t�kliem (7.19.att.). Tas �auj ietaup�t materi�lus un zudumus tajos. Iek�rtas aizsardz�bas un sist�mas vad�šanas vajadz�b�m j�izmanto elektriskie parametri – spriegums un str�va. Uz šo parametru pamata nosaka akt�vo un reakt�vo jaudu slodzes un to pl�smas elektriskos t�klos.

7.17.att. Lielas jaudas transformators. 7.18.att. Transformators ar piespiedu e��as cirkul�ciju.

AS

VS

7.19.att. Autotransformatora tinums.

I2

I1

155

Iev�rojot to, ka iek�rta atrodas zem augsta sprieguma, tiešie sprieguma un str�vas m�r�jumi nav iesp�jami. Šos parametrus ieg�st ar spriegummai�u un str�vmai�u pal�dz�bu (7.20.att.). Spriegummai�iem var pievienot aparat�ru ar nelielu pat�ri�u, kas neizsauc m�r�d�s lielu sprieguma kritumu. Str�vmai�u sekund�rais tinums ir nosl�gts uz m�riek�rt�m ar mazu iekš�ju pretest�bu, kas nodrošina t� darb�bu praktiski issl�gt� rež�m�. Par str�vmai�iem un spriegummai�iem ir iesp�jams izmantot apar�tus, kas atrodas zem sprieguma un p�rraida izm�r�tu str�vu un spriegumu uz izpildiek�rt�m ar gaismas stara pal�dz�bu (7.21.att.).

M�r�jumi bieži j�p�rraida lielos att�lumos l�dz vad�bas centram. Šim nol�kam izmanto telekan�lus un telekomunik�cijas tehniku.

7.3. Komut�cijas apar�ti.

Elektrisk�s sist�m�s elementi tiek savienoti ar komut�cijas apar�tiem. Galvenais komut�cijas apar�ts ir jaudas sl�dzis. Jaudas sl�dža uzdevums - atsl�gt boj�tos elementus. Elektrisk�s ietaises atrodas �r�jo faktoru ietekm�. Tos tr�pa zibens, sagrauj v�tras, slapina lietus. Gad�s

7.20.att. Spriegummainis

7.21.att. Str�vmainis ar gaismas starpp�rraidi.

156

ugunsgr�ki un zemestr�ces. Boj�tos elementos cieš izol�cija un av�rijas k�rt� savienojas sav� starp� str�vu vadošas da�as vai t�s saskaras ar Zemi. Rezult�t� veidojas �ssl�gumi un str�va var sasniegt desmitiem t�kstošu amp�ru. Š�das str�vas sp�j izkaus�t vadoš�s da�as un izsaukt ugunsgr�kus. T�p�c boj�tie elementi j�atsl�dz iesp�jami �tri - dažu sekunžu laik�. �ssl�guma str�vas atsl�dz jaudas sl�dži. Starp sl�džu kontaktiem, tiem atsl�dzoties, deg elektriskais loks, kas p�c iesp�jas �tr�k j�nodz�š. Parasti loka degšanas zon� novietoti speci�li rež�i. Loks tiek sašelts vair�kos kan�los un tos ir viegl�k nodz�st nek� loku, kas deg vienot� kan�l�. Loka dz�šana notiek e��, gais�, eleg�zes str�kl� vai vakuum�. L�dz ar to ir sekojošie jaudas sl�dži: e��as, spiest� gaisa, eleg�zes un vakuuma sl�dži. E��as sl�džos (7.22.att.) loks izsauc e��as disoci�ciju (sadal�šanos) �de�rad� un oglekl�. Ogleklis izkr�t diben�, bet �de�radis loka dz�šanas rež�� nodz�š loku, str�vai ejot caur nulli. Spiest� gaisa sl�dži dz�š loku, padodot taj� zem spiediena gaisa str�klu. Šiem sl�džiem nepieciešami kompresori, saspiest� gaisa tvertnes un gaisa vadi. Eleg�zes sl�džos (7.23.att., 7.24.att.) izmanto g�zi FS6, kam ir lieliskas elektrisk�s �paš�bas. Sl�dzis ir herm�tisks. Taj� g�ze atrodas nosl�gt� telp�. Sl�dzim atsl�dzoties, darbojas g�zes pumpis, kas lok� padod g�zes str�klu. Tas nodz�š loku, str�vai ejot caur nulli.

7.22.att. E��as sl�dzis.

7.23.att. 330kV eleg�zes sl�dži.

157

Vakuuma sl�dzim ir herm�tisks korpuss, kur� ir vakuums. Kontakti tiek darbin�ti no �rpuses ar magn�tisk� lauka pal�dz�bu. Loks starp kontaktiem tiek nodz�sts, kontaktus atsl�dzot pie jebkuras str�vas v�rt�bas, kas t�kl� var izsaukt p�rsprieguma procesus. Lai nov�rstu b�stam�bu, cit�m elektrisk�m iek�rt�m nepieciešami pas�kumi p�rspriegumu nov�ršanai. Jaudas sl�dzis tiek pielietots ar� slodzes str�vas atsl�gšanai p�rsl�gumu gad�jumos. Slodzes sl�dzis tiek izmantots slodzes atsl�gšanai. Tam ir loka dz�šanas iek�rta neliel�m str�v�m. Toties to nevar izmantot �ssl�gumu str�vas atsl�gšanai. Atdal�t�jam (7.25.att.) ir kontakti sviru vai pantogr�fu veid�. To uzdevums – rad�t elektrisk�s iek�rt�s labi redzamu p�rtraukumu, tos atsl�dzot, jo atsl�dzot jaudas sl�dzi, p�rtraukums �r�ji nav labi redzams. T�ds p�rtraukums ir vajadz�gs droš�bas rad�šanai, person�lam str�d�jot elektrisk�s iek�rt�s. Sl�dzis ir d�rgs apar�ts. T�p�c gad�jumos, kad tas ir iesp�jams, iztiek bez sl�dža. Tad izmanto atvienot�ju. Tas ir speci�li izpild�ts atdal�t�js, ko var atsl�gt autom�tiski, izmantojot darbin�t�ju. Iev�rojot to, ka atdal�t�js nesp�j atsl�gt str�vu, atvienot�ju izmanto mirk�os, kad no iek�rtas tiek no�emts spriegums un, atsl�dzoties atvienot�jam, tas str�vu nesl�gs. T�, piem�ram, �ssl�guma gad�jum� nostr�d� aizsardz�ba un no visas iek�rtas tiek no�emts spriegums. Tad autom�tiski

7.25.att. Atdal�t�js.

7.24.att. Eleg�zes sl�dži.

158

atsl�dzas atvienot�js, atdalot boj�to elementu. Tam seko sprieguma autom�tisk� atpaka�iesl�gšana un, l�dz ar to atjaunojas elektroapg�de caur neboj�tiem t�kla elementiem.

Ar zem�šanas nazi iek�rta tiek pievienota zemei (7.26.att.). Tas nov�rš sprieguma par�d�šanos uz remonta esoš�s iek�rtas k��dain�s iesl�gšanas gad�jumos. Zem�šanas nažus dažreiz izmanto to autom�tisk�s iesl�gšanas vajadz�b�m. Tas notiek gad�jumos, ja aizsardz�ba, kas ir izvietota vien� viet�, nej�t boj�jumu, kas ir izc�lies cit� viet�. Tad autom�tiski iesl�dz zem�šanas nazi, kas rada �ssl�guma str�vu, ko j�t aizsardz�ba t�lum�.

7.4. Elektrisk�s lnijas un tkli.

Elektrisko l�niju uzdevums – pieg�d�t elektrisko ener�iju no elektrostacij�m l�dz pat�r�t�jiem. No š�da viedok�a elektrisk�s l�nijas ietilpst p�rvades un sadales t�klos. Elektrostaciju celtniec�bai tiek pat�r�ti visliel�kie l�dzek�i. Tos var samazin�t ar noteikumu ja elektrostaciju jauda ir liela. Š�das elektrostacijas ce� viet�s, kur ir viet�jais kurin�mais, pietiekoši �dens kr�jumi, br�vi pievedce�i un pietiekami lielas teritorijas ražošanas korpusiem, noliktav�m un apjom�g�m att�r�šanas iek�rt�m. Parasti piem�rotas vietas atrodas sam�r� t�lu no ener�ijas pat�r�šanas centriem un, t�tad, t� ir j�p�rvada lielos att�lumos.

W1 W2

QS1 QS2

QS3

QR1

QS4

QN2 QR2

QN1

Q1

T1 T2

Q2

10kV B2

QB

B1

7.26.att. Apakšstacijas sh�ma QS un QR- atvienot�ji; QN- autom�tiskie zem�šanas naži; Q- jaudas sl�dži; QB- kop�u sekcijas jaudas sl�dzis.

159

Izmanto gaisa vadu un kabe�u l�nijas. Gaisa vadu l�nij�s (7.27.att.) vadus piekar balstos. Kabe�u l�nij�s (7.28.att.) f�žu vadi atrodas kop�j� apvalk� vai caurul� un tie tiek guld�ti zem�. L�niju raksturo omiska pretest�ba R, induktivit�te X un kapacit�te C. Omisk� pretest�ba ir atkar�ga no vadu š�rsgriezuma. Induktivit�te – no att�luma starp f�z�m un konstrukt�v�m �patn�b�m. Kapacit�te – no att�luma l�dz zemei un starp f�z�m. L�nijas ekvivalent� sh�ma par�d�ta 7.29.att�l�. Parasti l�niju induktivit�te p�c lieluma p�rsniedz omisko pretest�bu. Iev�rojot to, ka daž�du sprieguma p�rvades t�klu sh�m�s atrodas ar� transformatori, kam indukt�va pretest�ba daudzk�rt p�rsniedz omisko pretest�bu, t�kl� kopum� X((R. P�rvades t�klu caurlaides sp�ju nosaka jaudas zudumi, sprieguma kritumi un stabilit�te. Jaudas zudumi trij�s f�z�s l�dzin�s:

.3 2

222 R

UQP

RIP�

��

Sprieguma kritums (7.42.att.):

.U

QRPXj

UQXPR

U�

��

��

Caurlaide no stabilit�tes viedok�a ( sk. 7.9. §):

.max XEU

P �

7.27.att. Gaisa vadu l�nijas.

7.28.att. Kabe�u l�nija.

160

kur E- �eneratoru EDS; U- spriegums p�rvades l�nijas jaudas

sa�emšanas pus�; X- l�nijas indukt�v� pretest�ba. Visi tr�s parametri ir atkar�gi no

sprieguma , kas ir j�izv�las t�ds, lai jaudas zudumi, sprieguma kritumi un caurlaides sp�ja b�tu tehniski un ekonomiski pie�emami. T�tad, ce�ot p�rvades l�nijas, ir j�izv�las nomin�lais spriegums, kas ir atkar�gs no p�rvades att�luma L un p�rvad�m�s jaudas P. Nomin�lo spriegumu izv�las, pielietojot izteiksmi, kas raksturo izpild�to celtniec�bas projektu datus (7.30.att.):

./2500/500

kVPL

UU nom

��

T�kl� ir ar� reakt�v�s jaudas zudumi, atkar�gi no p�rvad�m�s jaudas:

,2

222 X

UQP

XIQ�

��

kas atrodas mijiedarb�b� ar reakt�vo jaudu, ko �ener� kapacit�tes CUQ %�� 2 .

C C

P+jQ

U1 U2

R+jX

7.29.att. L�nijas ekvivalent� sh�ma

7.30.att. L�niju nomin�lo spriegumu izv�le.

0 200 400 600 800

1000

1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 300

L, km

P,MW

400 800 1200

20 40

60

80

100

P,MW

40

20

60 L,km 80 0

161

L�nijas darbu raksturo elektrisk� lauka intensit�te uz vadu virsmas (7.31.att.), ko var att�lot ar elektrisk� lauka l�niju bl�vumu uz vadu virsmas. Ja intensit�te ir p�rm�r�ga (( 29kV/cm), tad veidosies da��j� izl�de str�vas nopl�des veid� no vada apk�rt�j� vid� – korona. No att�la skaidrs, ka palielinoties vada diametram lauka intensit�te mazin�s. Bet uzk�rt �oti liela diametra vadus nav iesp�jams. Probl�mas risin�jumu dod vair�ku vadu uzk�ršana (7.32.att.). Elektriskam laukam, kas veidojas tiem apk�rt, ir t�da konfigur�cija, it k� vada diametrs b�tu daudz liel�ks, kas risina koronas probl�mu. T� 330 kV l�nij�m f�z� lieto divus vadus, augst�kiem spriegumiem 3;5 un 8 vadus. P�rvades t�kli tiek izmantoti nosl�gt�s sh�m�s, kur veidojas sl�gtie kont�ri. Jaudas pl�smas sl�gtos kont�ros pl�st apgriezti proporcion�li elementu pretest�b�m, iev�rojot pirmo un otro Kirhofa likumu. Saska�� ar pirmo likumu jaudu (akt�v�s un reakt�v�s) summa t�kla mezgl� l�dzin�s nullei. Saska�� ar otro likumu nullei l�dzin�s sprieguma kritumu un elektrodzin�jsp�ku summa sl�gt� kont�r�. J��em v�r�, ka t�kla elementu akt�v�s un indukt�v�s pretest�bas un ar� t�kla kapacit�tes iespaido jaudas pl�smas. T�p�c apr�in� speci�l�s datoru programm�s izmanto kompleksus skait�us. Aptuvenu priekšstatu par likumsakar�b�m dod sprieguma krituma vien�dojums. Iev�rojot to, ka X((R, pirm� tuvin�jum� var atmest locek�us, kas satur R. Tad

UPX

jU

QXU �� ,

no kurienes seko, ka akt�v�s jaudas sadal�s sl�gtos kont�ros apm�ram apgriezti proporcion�li indukt�v�m pretest�b�m un uz šo sadal�jumu praktiski neatst�j iespaidu gareniskie elektrodzin�jsp�ki, kas darbojas sl�gtos kont�ros, ja tajos ir transformatori ar nevien�diem transform�cijas koeficientiem. Sadales t�klos tiek izmantoti pazeminošie transformatori, ko uzst�da transformatoru punktos un kam transform�cijas koeficientu izv�las, tos

E

7.32.att. Elektriskais lauks ap šeltiem vadiem.

7.31.att. Elektrisk� lauka intensit�te uz vada virsmas.

E

162

atsl�dzot. Spriegumu sadales t�klos regul� barojoš�s apakšstacij�s, kur transformatoriem ir sprieguma regul�šana zem slodzes. Veidojot sadales t�klu un iestatot t� rež�mu, iev�ro pras�bas par pat�r�t�ju barošanas drošumu un elektroener�ijas kvalit�tes standartu.

7.5. Elektroener�ijas pat�ri�š.

Elektroener�ijas pat�ri�u form� daž�di pat�ri�a veidi. Pie tiem pieder r�pniec�bas pat�ri�š, kas sast�v no ražotn�m ar daž�diem tehnolo�iskiem procesiem. Nep�rtraukti tehnolo�iskie procesi saist�ti ar tr�smai�u uz��mumiem, kas pat�r� ener�iju visu diennakti. Nakts mai�as pat�ri�š, protams, ir zem�ks par pat�ri�u dienas laik�, jo šaj� laik� str�d� tikai iek�rtas, kas saist�tas ar nep�rtrauktu tehnolo�iju. Liel�kam uz��mumu skaitam ir divmai�u darba cikls. Šie uz��mumi nestr�d� nakt�s. Vienmai�as uz��mumi, kas ir vair�kum�, str�d� dienas pirmaj� pus�. T�p�c no r�tiem slodze ir liel�ka. Noteiktu slodžu da�u pat�r� elektrotransports, kas piel�gojas pasažieru p�rvad�jumu vajadz�b�m. T�s pieaug pirms darba mai��m uz��mumos un iest�d�s. T�p�c slodze pieaug, pirms darbs ir s�cies. B�tisku elektroener�ijas da�u pat�r� elektrostaciju tehnolo�ijas. Šo pat�ri�u sauc par elektrostaciju pašpat�ri�u, kas sasniedz 4-8% no elektrostaciju izstr�des. Tam ir tr�smai�u raksturs, jo elektrostacijas darbojas nep�rtraukti. Katram elektrostacijas agreg�tam ir savs pašpat�ri�š: s�k�i, ventilatori, kurin�m� dzirnavas, utt. Svar�ga slodzes sast�vda�a ir apgaismošana. M�ksl�g� apgaismošana ir atkar�ga no saiknes starp cilv�ka diennakts akt�v�s dz�ves un dab�g�s gaismas diennakts cikliem. To nosaka Saules l�kta un rieta stundas (7.33.att.). Akt�v�s dz�ves posmos, kas norit tumšos periodos, tiek izmantots m�ksl�gais apgaismojums. No 7.35 2 1 3 5 4 6

6

4

8

10

18

16

20

22

24

8 7 9 11 10 12

l�kts

riets

7.33.att. Saules riets un l�kts m�su platuma gr�dos.

163

att�la redzams, ka šis ener�ijas pat�ri�š ir atkar�gs no gada sezon�m. Ziem� apgaismojums ir nepieciešams k� no r�tiem, t� ar� vakaros. Vasar� no r�tiem ir jau gaišs un vakara kr�sla m�su platuma gr�dos iest�jas ap pulksten 23. T�tad m�ksl�gais apgaismojums vasar� tiek izmantots tikai viet�jam darba apgaismojumam un pie nepietiekoš� dab�g� apgaismojuma, ja ir apm�cies. Pavasar� un vasar� ir p�rejas periodi, kad apgaismojuma pat�ri�š main�s no vasaras uz ziemas pat�ri�u vai pret�ji. Elektroener�ijas p�rvade ir saist�ta ar t�s zudumiem elektriskos t�klos. Tos var iedal�t div�s sast�vda��s. Pirmie ir iek�rtu tukšgaitas zudumi. T�, piem�ram, iesl�dzot transformatoru, tas pat�r� noteiktu ener�ijas daudzumu, jo zudumi dzelzs serde�os ir saist�ti ar p�rmagnetiz�šanas procesu. Otr� zudumu sast�vda�a ir pat�ri�š vadu silšanai, kas l�dzin�s

,31

2i

n

ii RIP )

�

��

kur �iI str�va katr� no t�kla elementiem; �iR elementu akt�v� pretest�ba; n – elementu skaits. Zudumi elektriskos t�klos sasniedz caurm�r� 7-15% no ražot�s ener�ijas. �emot v�r� to, ka tie ir proporcion�li t�kla noslodzes kvadr�tam, zudumi maksim�lo slodžu stund�s var sasniegt 20% un pat vair�k no summ�r�s slodzes šaj�s stund�s. Energosist�m�m ir dar�šanas ar summ�ro elektroener�ijas pat�ri�u, kas main�s diennakts griezum�. Ener��tiskai jaudai ir j�b�t pietiekošai, lai segtu pat�ri�u katr� no stund�m. T�tad šis pat�ri�š ar noteiktu precizit�ti j�zina iepriekš. Pat�ri�a dinamika diennakts laik� veido slodzes grafiku. To izmai�ai energosist�m�s r�p�gi seko, tos p�ta un uz nov�rojumu datu pamata iepriekš programm�. Diennakts slodžu grafiku formas ziemai un vasarai par�d�tas 7.34.att�l�. No att�liem redzam, ka grafikus liel� m�r� nosaka �etri to punkti, kas atbilst r�ta un vakara maksim�l�m, nakts un dienas minim�l�m

4 16 12 8 24 20 t, st

60

80

P,% 100

1

2

40

7.34.att. Diennakts slodžu grafiks ziem� (1) un vasar� (2).

164

slodz�m. Š�s slodzes main�s sezonu griezum�. Šo izmai�u noskaidrošanai z�m� to izmai�as grafiku gada m�nešu ietvaros (7.35.att.), no kura k��st skaidra izmai�u dinamika darba dien�m. Izejamo dienu dinamiku p�ta atseviši. No apskat�t� secin�m, ka elektroener�ijas pat�ri�š ir atkar�gs no laika apst�k�iem. Apm�kuš�s dien�s slodze ir liel�ka nek� skaidr� laik�. Ruden� un pavasar�, kad nedarbojas centr�lapkure, ko nodrošina termoelektrocentr�les un katlu m�jas, aukst�s dien�s noteikt� m�r� izmanto elektrisko apkuri, kas savuk�rt palielina slodzi. Slodzes grafiku prognoz�šanas vajadz�b�m nosaka slodzes atkar�bu no laika apst�k�iem – temperat�ras un dab�g�s gaismas samazin�šan�s pak�pes. Prognozes parasti attiecina uz sezonai atbilstošiem vid�jiem apst�k�iem. R�c�ba esošai energosist�mas jaudai j�atbilst slodžu grafiku datiem. Prognoz�šanas procesam ir 3-7% precizit�te. Sakar� ar to, ka jaudai piln�gi j�nodrošina pat�ri�š, to sast�v� j�paredz rezerve, ko norm�los apst�k�os neizmanto. Parasti paredz rot�još�s rezerves 5-10% apm�r�. Pateicoties tam, ka hidroagreg�tu palaišana notiek 60 sekunžu laik�, st�vošos hidroagreg�tus ar� ieskaita rot�još� (karst�) rezerv�. Tautsaimniec�bas att�st�ba notiek da��ji uz ener�ijas ietaup�juma r�ina, ieviešot energotaup�gas tehnolo�ijas. Bet da��ji šim nol�kam ir vajadz�ga papildus elektroener�ija. Šo konjunkt�ru var izsekot, p�tot slodzes izmai�as gadu griezum� (7.36.att.). Šeit attiec�g� grafika stund� slodze (piem�ram, r�ta

I II III IV V VIII VII VI X XI IX XII 60 70

80

90

100

P,%

3

2

1

4

7.35.att. Slodžu izmai�as gada griezuma

m�neši

2

1

P, MW

7.36.att. Slodzes izmai�as gadu sec�b�.

gadi

HES P, MW

KES

AES

TEC

t, st 7.37.att. Elektrostaciju vieta diennakts grafik�.

165

slodze janv�rim) att�lota vair�ku gadu griezum�. N�koš� gada janv�ra m�neša r�ta slodzi var paredz�t, ekstrapol�jot ieg�to l�niju. T�pat nosaka ar� p�r�jo slodzes grafiku rakstur�gus punktus, orient�joties uz slodzes grafiku formu. Daž�das elektrostacijas grafik� ie�em daž�das vietas, atkar�b� no ener�ijas izmaksas (7.37.att.). Visl�t�ko ener�iju izstr�d� termoelektrocentr�les. T�s novieto grafika apakš�j� da��. N�košo vietu ie�em atomelektrostacijas. D�rg�k� ir elektroener�ija kondens�cijas elektrostacij�s (�=35-40%). T�s ie�em grafika main�go da�u. Grafika augš�jo da�u ie�em g�zturb�nu iek�rtas (�=20%) un HES, kuru ener��tisko resursu ierobežo upes dab�g� �dens caurpl�de.

7.6. Autom�tisko regulatoru statisk�s raksturlknes.

Frekvenci un spriegumu energosist�m� uztur autom�tiskie turb�nu apgriezienu un �eneratoru sprieguma (ierosmes) regulatori. Regulatoru strukt�rsh�ma par�d�ta 7.38.att�l�. Regul�šanas proces� j�izpilda noteikumi, kas nodrošina procesa regul�šanas stabilit�ti. Šim nol�kam j�iev�ro regul�jamo objektu – turb�nu un �eneratoru inerces elementi. Turb�nai: Ts- servomotora (pastiprin�t�ja) laika konstante 0,2 sek.

(inerces elements); Ttv – turb�nas tvaika apjoma laika konstante 0,25 sek. (inerces elements); Tm – maš�nas kust�bas konstante 10 sek.- laiks kur� maš�na palielina apgriezienus no miera st�vok�a l�dz tukšgaitas apgriezieniem pie piln�gi atv�rtiem regul�šanas v�rstiem (integr�jošs elements).

�eneratoram: Tp- pastiprin�juma laika konstante 0,2 sek. (inerces elements);

Tie- ierosin�t�ja laika konstante 2 sek. (inerces elements);

7.38.att. Regulatora strukt�rsh�ma y- iestat�jums; z- iedarbe; x- regul�jamais parametrs; 1,2,3- struktur sh�mas locek�i; 4- m�rorg�ns.

4 3

y 2 1

z x

166

Tg- �eneratora ierosmes �des laika konstante 10 sek. (inerces elements).

Regulatoru darb�bas noteikumu izpildei j�nosaka, k� zin�ms, summ�rais pie�aujamais no regul�šanas stabilit�tes viedok�a pastiprin�juma koeficients sKKKK /1321 �� , kur Ki – atsevišo augst�kmin�to locek�u pastiprin�jumu koeficienti. Regul�jot frekvenci, y=f0=const. Regul�jot spriegumu, y=U0=const. Regulators uztur konstantu parametru x, ko kontrol� m�rorg�ns. Gad�jum�, ja m�rorg�ns kontrol� frekvenci f un spriegumu U, šie parametri stacion�r� rež�m� tiek uztur�ti nemain�gi, kas atbilst raksturl�nijai I (7.39.att.). Š�du raksturl�niju sauc par astatisku. Š�ds raksturs var b�t regulatoram, kas regul� piln�gi autonomu iek�rtu. Uz energosist�mas t�klu str�d� liels turb�nu un �eneratoru skaits. Šin� gad�jum� j�nodrošina noteikts aktr�v�s un reakt�v�s jaudas sadal�jums starp paral�li str�d�jošiem agreg�tiem, ko var pan�kt, ja m�rorg�ns kontrol� divus sav� starp� saist�tus parametrus: f ar P un attiec�gi U ar Q. Otrs no šiem parametriem tiek ieviests ar koeficientu sf un sU pal�dz�bu. Rezult�t� regulatora iestat�šanas vien�dojumi: f0=f+sfP=const;

U0=U+sUQ=const. Iev�rojot to, ka iestat�jumi f0 un U0 ir konstanti lielumi, parametri f un U b�s atkar�gi attiec�gi no P un Q. Š�das raksturl�nijas (7.39.att. 2) sauc

par statisk�m. Izmainoties P un Q par �P un �Q, attiec�gi pret�j� virzien� izmain�sisies parametri par �f un �U. Š�m izmai��m atbilst vien�dojumi:

�f=f+sf�P=const;

�P2

�f

f

P2

7.39.att. Regul�šanas statisk�s raksturl�knes.

f0

f

P

fnom

1

2

167

�U=U+sU�Q=const. Viegli p�rliecin�ties, ka, pieaugot P un Q , pret�j� virzien� samazin�sies f un U. Citiem v�rdiem sakot, stacion�r� rež�m� regul�šanas raksturl�kn�m b�s t�ds raksturs, k�ds par�d�ts 7.39 att�l�. Š�s raksturl�knes sauc par regul�šanas statisk�m raksturl�kn�m un lielumu s – par statismu, izsakot to attiecin�t�s vien�b�s:

./

,/

nomU

nomf

QUs

Pfs

��

��

Piem�ram, 0,05, kas nor�da, ka frekvence vai spriegums izmain�s par 5%, izmainoties agreg�ta slodzei no tukšgaitas l�dz nomin�lam. Agreg�tiem str�d�jot paral�li uz vienotu sist�mu, slodžu P un Q sadal�šanos starp agreg�tiem apskat�sim p�c frekvences regul�šanas piem�ra. Šim nol�kam vien�dojumu sist�m� j�ieved atsevišu agreg�tu regul�šanas vien�dojumus, kas j�atrisina attiec�b� uz jaud�m, iev�rojot bilances vien�dojumu:

***

+

***

,

-

��

��

��

��

� ....

;0..........................

;0

;0

21

22

11

n

nn

PPPP

Psf

Psf

Psf

i-t� agreg�ta slodzes izmai�a b�s l�dz�ga:

.1

/1

)�

��n

i iii s

sPP

No t� izriet, ka slodzes starp agreg�tiem sadal�s apgriezti proporcion�li statismam. Ja paral�li str�d�jošiem agreg�tiem statismi l�dzin�s nullei, tad, pie�emot

0�is , ieg�st �� 0/PPi ,

kas noz�m�, ka slodzes sadal�jums starp agreg�tiem ir nenoteikts, t�tad, var spont�ni main�ties vis� diapazon�, kas nav pie�aujams. No apskat�t� seko, ka sist�m�

%0

%

P

P1 P2 7.40.att. Regul�šanas raksturl�knes nob�de ( sekund�r� regul�šana).

168

str�d�jošiem agreg�tiem j�b�t statisk�m regul�šanas raksturl�kn�m. Statisma lielums parasti ir 0,05. Parametrus f un U iestat�šanai regul�šanas vajadz�b�m izmanto iestat�šanas org�nus, kas, mainot iestat�jumus f0 un U0, p�rb�da raksturl�knes p�c vajadz�bas paral�li sev (7.40.att.) . Agreg�tu individu�l�s regul�šanas raksturl�knes kopum� veido ekvivalent�s energosist�mas regul�šanas raksturl�knes akt�v�s un reakt�v�s jaudas bilan�u nodrošin�šanai.

7.7. Aktv�s jaudas bilance.

Elektrisk� ener�ija gaisa vadu l�nij�s izplat�s ar gaismas izplat�šan�s �trumu. T�tad, praktiski ener�ijas pat�ri�š un t�s ražošana sakr�t laik�. Tas noz�m�, ka ražošanai un pat�ri�am past�v�gi j�sakr�t re�l� laik�. Akt�v� jauda tiek izmantota meh�niskam darbam un procesiem, kas saist�ti ar siltumu. Akt�v� jauda tiek ražota galvenok�rt liel�s elektrostacij�s un tiek p�rvad�ta pa elektriskiem t�kliem lielos att�lumos l�dz pat�r�t�jiem. Elektrisk�s ener�ijas p�rvad� rodas zudumi katr� no t�kla posmiem:

,31

2)�

��n

iii RIP

kur iI - str�va elektrisk� t�kla posmos; iR - elektrisk� t�kla posmu akt�v� pretest�ba. Akt�v�s jaudas bilances vien�dojums: ... slpat�a�en PPPP �� ,

kur .�enP - �eneratoru jauda,

.paterP - pat�r�jam�s slodzes jauda. Katra bilance tiek nodrošin�ta, noturot nemain�g� l�men� tai atbilstošu parametru. T�, piem�ram, �dens bilanci �densvad� nodrošina, turot konstantu spiedienu. Pre�u bilanci tirg� – cenu. Akt�v�s jaudas bilancei atbilst parametrs, kas raksturo t�s fizik�lo b�t�bu. Akt�v�s jaudas avots energosist�m�s ir agreg�ts, kas p�rv�rš siltuma ener�iju meh�nisk� ener�ij� – turb�na. Turb�na un �enerators, kas p�rv�rš meh�nisko ener�iju elektrisk�, ir rot�jošas maš�nas. Turb�na šo divu agreg�tu p�r� att�sta griezes momentu grM .

�enerators rada bremzes momentu, kas pretojas griešanai .brM Stacion�r�

169

rež�m� šie momenti ir vien�di un pret�ji v�rsti. Kust�bu raksturo diferenci�lais vien�dojums:

.. brgr MMdtd

J ��%

kur J - inerces konstante, % - griešan�s �trums, .grM - griešan�s moments, ko att�sta turb�na;

.brM - bremzes moments, ko rada �enerators. No meh�nikas zin�ms, ka PM �% . T�tad,

.. sl�en PPdtd

J ��%

%

Rezult�t� akt�v�s jaudas bilance tiek nodrošin�ta ar noteikumu ka (7.5.att.):

.. sl�en PP � ja ,0�dtd%

jeb .const�%

Iev�rojot to, akt�v�s jaudas bilanci nodrošina, regul�jot frekvenci. Slodze savuk�rt ir atkar�ga no parametra izmai�as. T�, samazinoties

frekvencei, elektrodzin�ji griežas l�n�k un izpilda maz�ku darbu laika vien�b�, t.i., pat�r� maz�ku jaudu. Sakar�bu starp pat�r�jamo jaudu un frekvenci raksturo l�kne, ko sauc par slodzes statisko raksturl�kni (7.14.att.). Plaš� diapazon� t� ir neline�ra. P�c aptuveniem v�rt�jumiem šaur� frekvences izmai�as diapazon� to line�riz�, izsakot: fkPsl �� . , (7.1) kur P� - slodzes izmai�a, mainoties frekvencei; k - statisma koeficients, l�dz�gs %./% fP �� Parasti k = 1-3. Frekvenci uztur turb�nu apgriezienu regulatori, iedarbojoties uz regul�jošiem v�rstiem. Turb�nu regul�šanas raksturl�knes nosaka apgriezienu regulatoru ieska�ojums. Regulatoriem ir noteikta nej�t�ba un, t�tad, to raksturo divas savstarp�ji tuvas l�nijas. Praktiski sakar�bu izsaka ar vien�dojumu: ,.0 �ensff .�� (7.2)

170

kur �0f frekvence, atbilstoša apgriezieniem tukšgait� pie s�kotn�j� iestat�juma; s - regulatora statisma koeficients, %/% Pf �� ; P – akt�v� slodze. Izsakot šo sakar�bu diskr�t�s starp�b�s: %.% .�enPsf �� (7.3)

Parasti .04,0�s Stacion�r� st�vokl� �ener�još� jauda l�dzin�s pat�r�jamajai

.. sl�en PP � pie frekvences novirzes .f� No (7.1) un (7.3) secin�m, ka

frekvences izmai�as rezult�t� .. sl�en unPP main�sies pret�jos virzienos. Summ�r� jaudas izmai�a l�dzin�s izmai�u starp�bai:

).1

( ks

fP �� (7.4)

T�, piem�ram, ja s = 0,05 un 3�k ,tad %,17)320(% ffP �� jeb %.059,0% Pf ��

Pateicoties tam, ka energosist�mas funkcion� liel�s apvien�b�s un atsevišo slodžu izmai�as ir nelielas, sal�dzinot ar kop�jo �ener�jošo jaudu, frekvences izmai�as norm�los rež�mos ir sam�r� nelielas. Toties, av�rijas gad�jumos, kad energosist�mas sadal�s da��s, t�s var sasniegt b�stamus lielumus. �ener�šanas (1) un slodzes (2) raksturl�niju savietojums par�d�ts 7.41.att�l�. Mainoties slodzei, frekvence main�s noteikt� diapazon�, kas nav v�lams. Frekvenci stabiliz�, iedarbojoties uz apgriezienu regulatoru iestat�jumu 0f (7.2), kas p�rvieto raksturl�niju (3) ar nol�ku, lai .0��f

Turb�nu apgriezienu regulatoru sauc par prim�ro regulatoru. T� iestat�jumu izmai�as bieži realiz� ar citu autom�tisko regulatoru, kas izpilda plaš�kas funkcijas. T�du regulatoru sauc par sekund�ro, kas

f

f3

f1 f0

f2

P2 P3 P0 P1 P

2 3

1

7.41.att.Akt�v�s jaudas �ener�šanas un slodzes statisk�s raksturl�knes. 1- �ener�šanas raksturl�kne; 2- slodzes statisk� raksturl�kne; 3- �ener�šanas kori��ta raksturl�kne.

171

kop� ar prim�ro veido regulatoru hierarhisko sist�mu. Tiek izmantotas ar� tr�sl�me�u regulatoru hierarhisk�s sist�mas. Izmainoties slodzei slP , frekvenci iesp�jams notur�t nemain�gu ar noteikumu, ka �ener�jošiem avotiem ir divpus�gas jaudas rezerves, kas �auj izmain�t .�enP nepieciešam� diapazon�. Ja jaudas rezervju nav, tad �ener�još� jauda izr�d�s ierobežota un main�s rež�ma parametrs – frekvence l�dz izpild�s noteikums .. sl�en PP � . T�, piem�ram, jaudas defic�ta gad�jum� to

ierobežo turb�nu piln�ga noslodze. T�dos gad�jumos šai jaudai 2P atbilst pazemin�ta frekvence 2f , saska�� ar slodzes raksturl�kni 2. Gad�jum�, ja �slaic�gi tiek fiks�ta palielin�ta �ener�joša jauda P3, tad tai uz slodzes raksturl�knes atbilst paaugstin�ta frekvence 3f .

7.8. Reaktv�s jaudas bilance.

Jaudas p�rvad� elektriskos t�klos un to pat�r�jot, str�va pl�st cauri elementiem, kam ir pašindukcija, saist�ta ar magn�tisko, un kapacit�te – ar elektrisko lauku. Rezult�t� veidojas str�vas nob�de pret spriegumu, kas nosaka reakt�vo jaudu. L�dz�gi akt�v�s jaudas bilancei energosist�m� j�nodrošina ar� reakt�v�s jaudas bilance, kaut gan š� probl�ma ir sarež��t�ka. Reakt�vo jaudu stipri iespaido sadal�ti telp� t�kla parametri, kas apgr�tina ekvivalent� parametra j�dzienu. Bez tam reakt�v�s jaudas j�dziens, stingri �emot, attiecin�ms uz simetrisko slodzes rež�mu un r�pniecisko frekvenci bez sprieguma l�knes krop�ojumiem. Reakt�v�s jaudas avots ir sinhron�s maš�n�s: �eneratori un sinhronie kompensatori (sinhron�s maš�nas, kas tiek izmantotas dzin�ju rež�m� k� reakt�v�s jaudas avoti vai pat�r�t�ji). Maš�nu reakt�v� str�va un, t�tad, reakt�v� jauda ir atkar�ga no ierosmes str�vas:

2

12

22 )(

kUkIkI

I aierr

�� ,

kur ra II , - akt�v� un reakt�v� str�va, A; �ierI ierosmes str�va, A; U - spriegums, V; 1k un 2k - koeficienti, atkar�gi no maš�nas konstrukcijas, izteikti attiec�gi //1 un relat�v�s vien�b�s.

172

Koeficients 1k iev�ro maš�nas ierosmes str�vu tukšgait� (spriegums nomin�ls, akt�v� un reakt�v� slodze l�dzin�s nullei). Ar� kapacit�tes ir reakt�v�s jaudas avoti: CUbUQ %22 �� kur b - kapacitat�v� vad�m�ba. Kapacit�te C piem�t elektrisk�m l�nij�m. Elektriskos t�klos k� t�kla elementu izmanto ar� kondensatorus. To reakt�v� jauda piedal�s bilanc�. Reakt�v�s jaudas �ener�cija tieši nav saist�ta ar prim�r�s ener�ijas pat�ri�u. Zudumi j�sedz, vien�gi, sinhrono maš�nu tinumos un dielektriskie zudumi- kondensatoros. Toties reakt�v�s jaudas p�rvade t�klos iespaido str�vu:

22ra III ��

un, t�tad, akt�v�s jaudas zudumus t�kla elementos:

,31

2i

n

ii RIP )

�

��

kur iI un iR ir t�kla elementu str�va un to parametri . Izsakot str�vas ar jaud�m, zudumi l�dzin�s:

))��

��n

r i

iin

r i

ii

URQ

URP

P1

21

2

2

.

Akt�v�s jaudas pl�smas no liel�m un t�l�m elektrostacij�m ir neizb�gamas. Turpret� reakt�vo jaudu nav j�p�rvada lielos att�lumos, jo to iesp�jams �ener�t pat�r�šanas viet�, uzst�dot kondensatorus. Tas dod iesp�ju minimiz�t zudumu izteiksmes otro locekli. Reakt�vo jaudu pat�r� elektriskie dzin�ji un citas pat�r�t�ju iek�rtas, kur ir elektromagn�tiskie lauki, k� ar� transformatori un elektrisk�s l�nijas reakt�v�s jaudas zudumu veid�:

)))��

��n

i i

in

i i

iin

iii U

XQU

XPXIQ

1

2

12

2

1

2 .

No izteiksmes izriet, ka reakt�v�s jaudas pat�ri�š elektriskos t�klos ir atkar�gs no akt�vo jaudu pl�sm�m. Ja akt�v�s jaudas zudumi elektriskos t�klos sasniedz 10-20% no ražot�s, tad reakt�v�s jaudas zudumi t�klos sasniedz 50% t�p�c, ka indukt�v� pretest�ba X ir liel�ka par akt�v�m pretest�b�m: RX (( .

173

Lai noteiktu parametru, kas nosaka reakt�v�s jaudas bilanci, j�apskata elektrisk�s l�nijas vektora diagramma (7.42.att.). L�nij� pl�st str�va I, nob�d�ta pret spriegumu 2U zem le�a � . aI un rI - attiec�gi akt�v�s un reakt�v�s str�vas komponentes. Lielumi XIRI ra , - sprieguma kritumi garenvirzien� ,

RI r un aI X- š�rsvirzien�. Izsakot str�vas ar jaud�m:

.11

21 UQRPX

jU

QXPRUU

��

��

Sprieguma kritumi ir katr� t�kla posm�. Atšir�b� no frekvences, kas ir vien�da visos mai�str�vas t�kla punktos, spriegumi daž�dos t�kla punktos ir daž�di. T�tad, reakt�v�s jaudas bilances j�dzien�m, atšir�b� no akt�v�s jaudas bilances ir lok�ls raksturs, un to apskata lielu slodzes mezglu ietvaros. �emot v�r� to, ka ,RX �� sprieguma krituma izteiksm� rada bažas lielumi QX/U un PX/U. No lieluma QX izriet, ka lielas reakt�v�s jaudas pl�smas t�klos rada lielus sprieguma kritumus un, t�tad, sprieguma pazemin�jumus pat�r�šanas mezglos. Tas nav pie�aujams, jo spriegums ir viens no galvenajiem elektrisk�s ener�ijas r�d�t�jiem. Ener�iju pilnv�rt�gi var izmantot tikai pie spriegumiem, kas ir tuvi nomin�liem. Reakt�v�s jaudas bilances j�nodrošina lielu pat�ri�a mezglu ietvaros. Ja slodžu mezgl� tr�kst �ener�jam�s reakt�v�s jaudas, taj� pazemin�sies spriegums. T�tad, spriegums ir reakt�v�s jaudas bilances parametrs: .. sl�en QQ � pie .constU � Sprieguma stacion�ro rež�mu nosaka reakt�v�s slodžu un reakt�vo �ener�jamo jaudu atkar�ba no spriegumiem. Iev�rojot to, ka spriegumi daž�dos t�kla punktos atširas un ka bez �eneratoriem reakt�v�s jaudas avoti ir ne tikai koncentr�t�s, bet ar� t�klu kapacit�tes, statisk�s slodžu un �ener�jošo jaudu raksturl�knes figur� k� ekvivalenti. Tos var noteikt eksperiment�li vai uz matem�tisk� mode�a.

U1

IaX IX

IrR IrX

IR

IaR I2

Ia

Ir I

�

U1 U2 P+jQ

I

7.42.att. Elektrisk�s l�nijas sprieguma krituma vektoru diagramma

174

Sprieguma uztur�šanas vajadz�b�m t�kl� izv�las k�du kontrolpunktu, ar nol�ku, lai t� spriegums var�tu visum� raksturot t� apk�rtn� esoš� t�kla spriegumu. Vienk�ršotu reakt�v�s slodzes raksturl�niju nomin�lo spriegumu zon� var izteikt: UkQ usl �� . , (7.5) kur �� .slQ slodzes izmai�a, mainoties spriegumam par ;U� uk - st�vuma koeficients l�dz�gs %./%. dUQsl� Parasti uk = 2-5. Spriegumu uztur regul�jamo �ener�jošo avotu sprieguma regulatori, iedarbojoties uz sinhrono �eneratoru ierosmes str�vu. Proces� piedal�s ar� statiskie reakt�v�s jaudas avoti un diskr�ti regul�jamie kondensatori. Ekvivalent� �ener�još� avota raksturl�niju nosaka sinhrono �eneratoru sprieguma (ierosmes) regulatori. Lai nodrošin�tu reakt�v�s jaudas sadal�juma noteikt�bu starp �eneratoriem, tiem j�b�t ar pozit�vu statismu attiec�b� pret savu reakt�vo jaudu: gugo QsUU �� ,

kur gU un �Q - �eneratora spriegums un reakt�v� jauda;

0U - regulatora sprieguma iestat�jums; us - sprieguma statisma koeficients ( ).05,0%/% �� QUsu L�dz ar to ar� ekvivalent� sist�mas rajona raksturl�knes izteiksme ir: .QsUU uekvekvo �� (7.6) Izsakot šo sakar�bu diskr�t�s starp�b�s: %% QsU uekv�� . (7.7) Stacion�r� st�vokl� �ener�jam� jauda l�dzin�s

U

U3

U1

U0

U2

Q2 Q3 Q0 Q1 Q

2 3

1

7.43.att. Reakt�v�s jaudas �ener�šanas un slodzes statisk�s raksturl�knes. 1- �ener�šanas raksturl�kne; 2- slodzes statisk� raksturl�kne; 3- �ener�šanas kori��ta raksturl�kne.

175

pat�r�jamajai �Q = slQ pie vien�da sprieguma U. No (7.5) un (7.6) redzam, ka sprieguma izmai�as rezult�t� �Q un slQ izmain�sies pret�jos virzienos. Summ�r� jaudas izmai�a l�dzin�s šo izmai�u starp�bai:

).1

( uuekv

ks

UQ ��

T�, piem�ram, pie 05,0�us un :4�uk

%,16% UQ �� jeb %.063,0% �� QU �ener�šanas (I) un slodzes raksturl�niju (2) savietojums U-Q koordin�t�s par�d�ts 7.43.att�l�. Spriegums tiek stabiliz�ts, iedarbojoties uz sprieguma (ierosmes) regulatora iestat�jumu 0U no rokas vai ar sekund�r� regulatora pal�dz�bu. Norm�li rež�mu iesp�jams nodrošin�t tikai ar noteikumu, ja eksist� divpus�gas reakt�v�s jaudas rezerve, izvietota �eneratoros. Ja veidojas reakt�v�s jaudas defic�ts, tad sist�m� iest�jas sprieguma pazemin�tais l�menis U2, pie kura tiek izpild�ts bilances vien�dojums Q�=Qs1. Toties, ja iest�jas reakt�v�s jaudas p�rpalikums, tad iest�jas attiec�gais paaugstin�ts spriegums U3.

7.9. P�rvades stabilit�te.

Sevišu v�r�bu pelna PX/U sprieguma krituma loceklis. Ne�emot v�r� R un rI to mazo

P E U

~

� �

Ia

Ir I

U

E

IaX

7.44.att. Sprieguma kritumu diagramma indukt�v� pretest�b�.

7.45.att. Elektrostacijas stabilit�tes raksturl�kne. Pg- �eneratoru raksturl�kne; Pt-turb�nu raksturl�kne.

P

�

P�

PT

�sin*X

EUP �

a b

176

lielumu d��, vektoru diagramma vienk�ršojas (7.44.att.). Tad: �sinEXI a � . Reizinot abas vien�dojuma puses ar U:

�sinX

EUP � .

Š� vien�dojuma grafiskais att�ls (7.45.att.) atbilst �eneratora akt�vai jaudai. �emot v�r� to, ka turb�nas jauda nav atkar�ga no le�a �, t�s raksturl�kne ir horizont�la l�nija TP . Stacion�r� rež�m� turb�nas jauda l�dzin�s �eneratora jaudai, kas att�l� atbilst �eneratora un turb�nas raksturl�k�u krustpunktam punktos: a un b. Turpm�k j�p�rliecin�s vai rež�mi ir stabili. Kreisaj� raksturl�knes da��

.0(�d

dP

Pieaugot le�im � elektrisk� jauda aug, p�rsniedz turb�nas jaudu TP un rezult�t� agreg�ts bremz�jas, atgriežot le�i � s�kuma st�vokl�. T�tad šaj� raksturl�knes da�� rež�ms ir stabils. Kreisaj� pus�

.0&�d

dP

Šin� gad�jum�, pieaugot le�im � , elektrisk� jauda mazin�s, k��st maz�ka par turb�nas jaudu, agreg�ts pa�trin�s un, nep�rtraukti palielinoties le�im � , zaud� sinhronismu. No apskat�t� redzam, ka, p�rvadot lielas jaudas caur gar�m l�nij�m, eksist� stabilit�tes probl�ma, kas ierobežo p�rvad�m�s jaudas. Stabilit�tes sabrukums var iest�ties k� stacion�r� rež�m�, kad jaudas pl�sma sasniedz

lielumu X

EUP �max (statisk� stabilit�te) norm�l� vai p�cav�rijas rež�m�, k�

ar� av�rijas gait�, kad sprieguma U samazin�šan�s d�� lielums X

EUP �max

k��st j�tami maz�ks par pirmsav�rijas lielumu (dinamisk� stabilit�te). Stabilit�tes robežlielumu nosaka, izmantojot energosist�mas matem�tiskos mode�us. No apskat�t� varam secin�t, ka spriegumam k� energosist�mas darb�bas parametram ir div�j�da noz�me. No vienas puses, tas ir norm�las

177

ener�ijas izmantošanas noteikums. No otras puses, tas nosaka energosist�mas stabilit�ti un, t�tad, ir t�s darb�bas drošuma parametrs. No (7.45.att.) redzam, ka jaudas un ener�ijas zudumi t�kl�, kas rodas, p�rvadot ener�iju, ir apgriezti proporcion�li sprieguma kvadr�tam. T�tad spriegums t�kl� j�tur maksim�li augsts. Vien�gi j��em v�r�, ka tas neattiecas uz t�klu, pie k� tiek piesl�gti pat�r�t�ji, jo pace�ot spriegumu, saska�� ar statisk�m raksturl�kn�m pieaugs pat�ri�š. Šo divu pras�bu saska�ošanu pan�k, pareizi izv�loties transformatoru transform�cijas koeficientus. Var secin�t, ka spriegums ir ar� t�klu ekspluat�cijas ekonomiskuma r�d�t�js.

7.10. Elektrisko iek�rtu aizsardzba.

Elektrisko iek�rtu boj�jumu gad�jumos notiek �ssl�gumi. Tos izraisa str�vas, kas sp�j�gas izkaus�t vadus, izsaukt ugunsgr�kus, energosist�mas stabilit�tes sabrukumus un nodara lielus zaud�jumus. T�p�c boj�tie elementi j�atsl�dz p�c iesp�jas �s� (dažu sekunžu) laik�. Šo funkciju izpilda aizsardz�bas. Boj�jumu viet� deg elektriskais loks. Atsl�dzot boj�to elementu pietiekoši �tri, paz�d barojošs spriegums un loks nodziest. Daudzos gad�jumos, lokam nodziestot, boj�jums nepasp�j att�st�ties. T�p�c p�c 1-1,5 sek. spriegumu atkal iesl�dz un norm�lais st�voklis atjaunojas. Šo funkciju izpilda autom�tisk� atpaka�iesl�gšan�s iek�rta (AAI), ko iedarbina, nostr�d�jus� aizsardz�ba.

Aizsardz�b�m tiek uzst�d�tas vair�kas pras�bas: - t�m j�b�t jut�g�m pret izc�lušamies boj�juma paz�m�m; - t�m j�b�t selekt�v�m, kas noz�m� sp�ju atsl�gt tieši boj�to elementu un

p�c iesp�jas tikai to; - aizsardz�b�m j�b�t rezerv�t�m. Ja pamataizsardz�ba vai jaudas sl�dzis

daž�du apst�k�u d�� atsaka, tad j�nostr�d� rezerves aizsardz�bai, kas atrodas uz t� paša sl�dža vai uz blakuselementa sl�dža, kas tad ar� atsl�dz boj�juma vietu.

Aizsardz�bu jut�bu nodrošina uz matem�tisk� mode�a apr�inu pamata, imit�jot iesp�jamos boj�juma veidus un attiec�gi ieska�ojot aizsardz�bas m�rorg�nus.

Elektrisko iek�rtu barošana var b�t vienpus�ga vai divpus�ga. T�, piem�ram, sadales t�klu barošana parasti ir vienpus�ga. Toties p�rvades t�klu

178

barošana, kuri darbojas sl�gt�s sh�m�s, parasti ir divpus�ga. Pie vienpus�gas barošanas elementus aizsarg� un boj�jumu gad�jumos atsl�dz no barošanas puses.

Divpus�gi barojamiem elementiem ir aizsardz�bas un jaudas sl�dži no ab�m pus�m.

Divpus�gas aizsardz�bas, kas sp�j piln�gi aizsarg�t elementu minim�l� sl�dža atsl�gšan�s laik� rea�� uz elementa galos izc�lušamies �ssl�guma str�vas starp�bu (7.46.att.). Š�das aizsardz�bas sauc par diferenci�l�m. Šin� gad�jum� aizsardz�bai j�pievada inform�cija par ab�m str�v�m. Elementam, kas atrodas viena objekta ietvaros, piem�ram, transformatoram, to var realiz�t sam�r� vienk�rši. Turpret� gar�m l�nij�m šin� gad�jum� j�izmanto

speci�li izveidotus inform�cijas kan�lus. Moment�n�s aizsardz�bas ir iesp�jamas ar� viet�s, kur nek��daini var

konstat�t boj�jumu, pamatojoties uz �ssl�guma parametriem. P�r�jos gad�jumos elementu aizsarg� no ab�m pus�m ar aizsardz�b�m,

kas kontrol� lok�los parametrus. Selektivit�ti nodrošina, izmantojot nelielus laika ietur�jumus. Tas

noz�m�, ka pamataizsardz�ba nostr�d� ar minim�lu laika ietur�jumu, piem�ram 0,5 sek. Rezerves aizsardz�bas ar� vienlaic�gi nostr�d�, bet t�m ir liel�ks laika ietur�jums. Gad�jum�, ja pamataizsardz�ba nostr�d� sekm�gi, rezerves aizsardz�bas nostr�d�t nepasp�j un p�c boj�juma atsl�gšanas atgriežas sakum� st�vokl�. Aizsardz�bas darb�bas zonas uz elektrisk�s

l�nijas par�d�tas piem�r� 7.47. att�l�. Šeit I- moment�nas darb�bas zona, ko nodrošina jut�ba pret �ssl�guma parametru, II- otr� zona ar laika ietur�jumu 0,6 sek., un III- rezerv�šanas zona 1,2 sek.

Dif. aizs.

7.46.att. Diferenci�l�s aizsardz�bas strukt�ra.

I II

III 7.47.att. Aizsardz�bas zonas.

179

Boj�jumu gad�jumos, kas saist�ti ar �ssl�gumiem, elektriskie parametri izmain�s: daudzk�rt�gi pieaug str�va, samazin�s spriegums. Uz šiem parametriem tad ar� rea�� aizsardz�ba. Šim nol�kam izmanto ar� šo parametru kombin�cijas, piem�ram, attiec�b� U/I, kam ir pretest�bas dimensija. Uz š�diem pamatiem b�v� ar� iek�rtas, kas nosaka boj�juma vietas uz l�nij�m, kuras apmekl�, lai nov�rstu paliekošu boj�jumu vai p�rliec�bas nol�k�, ka nav draudošu defektu, kas b�tu j�nov�rš tuv�k� laik�. Parasti izmanto š�s attiec�bas imagin�ro komponenti X, kur� neietilpst akt�v� komponenta un, t�tad, samazin�s k��da nenoteikt�s loka pretest�bas d�� boj�juma viet�. Aizsardz�bas iek�rtas b�v� galvenok�rt uz mikroprocesoru pamata.

7.11. Energosist�mu vadšana.

Energosist�mas vad�šanas gait� j�risina daž�di sarež��ti uzdevumi. Ir j�b�t skaidr�bai par šo uzdevumu daž�d�bu un tie ir j�risina t�, lai kopum� tie dotu iesp�jami optim�lu rezult�tu. T�tad pirmaj� tuvin�jum� uzdevumi tiek risin�ti dekompoz�cijas k�rt�. Izšir tr�s dekompoz�cijas veidus: � p�c laika –

ilglaic�gie, �slaic�gie un re�l� laika uzdevumi;

� p�c uzdevuma tipa – saimnieciskie, tehniskie (akt�v�s, reakt�v�s jaudas bilances, pretav�rijas) utt.

� p�c teritorijas – sadales t�kla uz��mumi, p�rvades t�kli, elektrostacijas, uzskaites un nor�inu uz��mumi. No vad�šanas viedok�a sevišu v�r�bu pelna re�l� laika uzdevumi, kas

liel� m�r� tiek automatiz�ti. Šim nol�kam veidojas autom�tisko regulatoru hierarhisk�s strukt�ras (7.48.att.). Regulatori šaj�s strukt�r�s pilda daž�dus uzdevumus ar daž�du �trdarb�bu, netrauc�jot viens otru. Pie šiem uzdevumiem pieder akt�v�s un reakt�v�s jaudas bilances, kas apskat�tas §7.6.

Kopum� re�l� laika vad�bas sist�mas darbojas automatiz�ti, t.i., ar autom�tu un cilv�ku l�dzdal�bu.

Vad�bas sist�mu att�st�bas pak�p�s cilv�ku l�dzdal�ba procesos ir daž�da (7.49.att.). S�kotn�ji vada cilv�ks. P�c tam to atbalsta ar padomiem

R3 R2 R1 0

7.48.att. Regulatori, kas pilda daž�das funkcijas, var veidot hierarhisko strukt�ru.

180

skait�ošanas iek�rtas. Šin� posm� s�k plaši pielietot matem�tiskos mode�us un datu b�zes.

V�l�k noteiktus procesus jau vada autom�tika uz skait�ošanas iek�rtu pamata. Citus v�l turpina vad�t person�ls.

Ar laiku arvien liel�ks uzdevumu skaits tiek formaliz�ts un autom�tikas darb�bas sf�ra paplašin�s, bet person�ls turpina pild�t uzraudz�bas funkcijas. Neformaliz�to uzdevumu daudzums, kas joproj�m paliek person�la zi�� ir plašs. T�tad person�la faktors ar t� nenoteikt�bu v�l arvien ir aktu�ls.

Bieži pirms vad�šanas j�redz sist�mas reakcija uz vad�bas iedarb�bu. Lai izb�gtu no nepieciešam�bas pielietot m��in�jumu-k��du metodi dab�, iedarb�bu vispirms realiz� uz matem�tiskiem mode�iem. T�d� veid� pan�k to, ka dab� r�c�ba k��st nek��daina.

Vad�bas gait� izmanto daž�dus matem�tiskos mode�us. Pirmais no tiem ir stacion�r� rež�ma modelis. Tas atveido akt�v�s un reakt�v�s jaudas pl�smas p�rvades t�klos pie zin�miem un ievad�miem izejas datiem. Šaj� model� notiek pak�penisko tuvin�jumu – iterat�vie apr�ini, l�dz kam�r k��das nep�rsniedz uzdoto lielumu (konver�ence).Šis modelis ir ar� citu mode�u sast�vda�a.

Otrais ir akt�v�s jaudas optimiz�cijas modelis. Šaj� model� saska�� ar noteiktu metodiku tiek vari�tas elektrostaciju noslodzes, l�dz kam�r tiek

ES I

ES

II

ES

III

ES

IV

ES

V

ES

VI

ES

VII 7.49.att. Energosist�mas vad�šana pie daž�das sist�mu att�st�bas pak�p�m.

181

atrasts variants, kas atbilst minim�liem izdevumiem. Katr� no variantiem tiek izr�in�ts stacion�rs rež�ms.

Trešais ir spriegumu un reakt�v�s jaudas optimiz�cijas modelis, saska�� ar kuru iestata p�rvades t�kla mezglos optim�lus spriegumus, saites autotransformatoru transform�cijas koeficientus un elektrostaciju noslodzes ar reakt�vu jaudu, k� ar� nosaka reaktoru rež�mu kapacitat�v�s jaudas pat�ri�am minim�lo slodžu rež�mos.

Ceturt� mode�a uzdevums – noteikt statisk�s stabilit�tes robežnoteikumus. Ar� šeit izmanto pirmo modeli t� pak�penisk�s noslodzes gait� l�dz kam�r k��das iter�cijas proces� s�k nevis samazin�ties, bet, otr�di, palielin�ties (diver�ence). Tas liecina par tuvošanos robežrež�mam.

Piektais modelis tiek izmantots meh�nisko p�rejas procesu un, t�tad, dinamisk�s stabilit�tes noteikšanai. Ar� šeit tiek izmantots stacion�r� rež�ma modelis katr� no “eksperimentiem”.

Izmantojot autom�tisk�s skait�ošanas metodes, veidojas imit�cijas mode�i. Tad liel� skait�ošanas mas� var tikt izdibin�tas v�j�s vietas, kas var par�d�ties pie daž�d�m pat ret�m av�rij�m, kas dod iesp�ju savlaic�gi izb�gt no b�stam�m sek�m, k� ar� izp�t�t aizsardz�bas darb�bas rezult�tus daž�d�s boj�jumu situ�cij�s.

Sestais ir sadales t�klu matem�tisk� mode�a komplekss, kas nosaka norm�los t�kla p�rtraukumus, sprieguma regul�šanas parametrus, transformatoru transform�cijas koeficientus, k� ar� dod priekšstatu par t�kla noslodzi un atkl�j t� v�j�s vietas.

Katram modelim atbilst noteikta datu b�ze. Taj� ietilpst zi�as par sh�m�m, parametriem, slodz�m un to izmai��m laik�. Bez tam aktu�la ir datu b�žu att�st�ba, situ�cij�m, kad sam�r� sarež��tos gad�jumos j�pie�em atbild�gie l�mumi. To skaits k��st arvien liel�ks.

182

Jaut�jumi paškontrolei. 1. K�ds ir sinhron� �eneratora darb�bas princips? 2. Ko noz�m� enkura reakcija? 3. K�p�c �eneratoriem j�maina ierosmes str�va plaš�s robež�s? 4. K�das ierosmes sist�mas tiek izmantotas? 5. K� �eneratorus dzes�? 6. K�diem nolkiem tiek izmantoti transformatori? 7. K�dos gad�jumos izmanto autotransformatorus? 8. K�diem m�r�iem izmanto jaudas sl�džus? 9. K�di ir jaudas sl�džu tipi? 10. K�dus v�l komut�cijas apar�tus izmanto elektriskos t�klos? 11. K� izv�las elektrisko l�niju nomin�los spriegumus? 12. No k� ir atkar�gi jaudas zudumi t�klos? 13. No k� ir atkar�gs sprieguma kritums l�nij�? 14. Ko noz�m� p�rvades stabilit�te un no k� t� ir atkar�ga? 15. K�ds parametrs raksturo akt�v�s jaudas bilanci? 16. K�ds parametrs raksturo reakt�v�s jaudas bilanci? 17. K�dam nolkam tiek izmantota akt�v� jauda? 18. K�dam nolkam tiek izmantota reakt�v� jauda? 19. K�di ir reakt�v�s jaudas avoti?

183

8. NODA�A. ENER�IJAS IZMAKSAS UN TARIFI

8.1. Izdevumu struktra ener��tik�.

Izdevumi ener��tik�, t�pat k� cit�s ražošanas nozar�s, sast�v no div�m da��m.

Pirm� izdevumu da�a ir saist�ta ar iek�rtas un ener��tisk�s infrastrukt�ras uztur�šanu. Pie š�s izdevumu da�as pieder iek�rtu amortiz�cijas izdevumi, person�la uztur�šana, ener�ijas pat�ri�š, kurš tieši nav saist�ts ar ražošanas apjomu, zemes nodoklis utt.

Energosist�mu funkcijas saist�tas ne tikai ar tekoš� ener�ijas pat�ri�a nodrošin�šanu, bet ar� ar funkcion�šanas nodrošin�jumu n�kotn�. Šim nol�kam tiek prognoz�ts pat�ri�š un savlaic�gi ieviestas jaunas ražošanas iek�rtas. Izdevumi att�st�bas vajadz�b�m ar� attiecin�mi uz past�v�giem.

Otr� izdevumu da�a saist�ta ar kurin�m� un citu ražošanas proces� nepieciešamo izejmateri�lu ieg�di. Šie izdevumi ir atkar�gi no ener�ijas ražošanas apjoma. Iev�rojot ener��tisko agreg�tu �paš�bas, šiem izdevumiem ir komplic�ta sakar�ba, ko pirm� skat�jum� var �emt v�r� k� line�ru. Šo izdevumu da�u sauc par main�go.

Main�gie izdevumi ir elektrostacij�s. Turpret� izdevumi elektrisko un siltuma t�klu uztur�šanai, neskaitot zudumus tajos (kurus var�tu da��ji attiecin�t uz main�gajiem), ir past�v�gi.

Izdevumus var izteikt ar vien�dojumu: WaAI �� ,

kur A - izdevumu past�v�g� sast�vda�a; a - ražot�s ener�ijas vien�bas izmaksa; W - ener�ijas pat�ri�a apjoms. Ien�kumus var izteikt ar vien�dojumu:

WbI vidien �� , kur bvid - energijas vien�bas cena jeb vid�jais tarifs.

Vid�jo tarifu b var noteikt, piel�dzinot ien�kumus izdevumiem:

aWA

bvid �� .

Ac�mredzot, ka vid�jais tarifs b b�s atkar�gs no realiz�cijas apjoma Wo (8.1.att.).

184

Savuk�rt, pie zin�ma vid�j� tarifa bvid var noteikt realiz�cijas apjomu, kurš nepieciešams izdevumu attaisnošanai:

ab

AW

vid ��0 .

T�tad, saimnieciskai darb�bai nepieciešama ener�ijas realiz�cijas apjoma prognoze.

Lai ener�ijas tarifa strukt�ra atbilstu ener�ijas izmaksu strukt�rai taj� b�tu nepieciešama past�v�g� un main�g� sast�vda�a. Cenu noteikšan� cit�s nozar�s t�da pieeja izraisa gr�t�bas. Ener��tik� tas ir iesp�jams.

No 7.37.att�la izriet, ka ener�ijas pat�ri�am ir sarež��ts raksturs. Pat�ri�a nevienm�r�ba ir par c�loni tam, ka noteikt� laika period� pat�ri�š tiek segts ar termoelektrocentr�l�m, kuru kurin�m� pat�ri�š ir minim�ls (ap 250 g/kWh). Cit� laik� pat�ri�u sedz kondens�cijas elektrostacijas ar pat�ri�u 350 g/kWh. Maksim�lo slodžu stund�s pat�ri�u sedz v�l maz�k ekonomiskas elektrostacijas, kuru ener�ija tiek v�rt�ta v�l augst�k, vai HES.

Izmantojot tarifus ar vair�k�m sast�vda��m, iesp�jams iesaist�t pat�r�t�jus slodzes rakstura uzlabošanas proces�, kas dod ekonomisku ieguvumu k� pat�r�t�jiem, t� energosist�mai, samazinot pat�r�jamo jaudu maksim�lo slodžu stund�s.

S�k�kiem pat�r�t�jiem izmanto visvienk�rš�ko tarifu WbT �� 11 .

Var izmantot tarifu WbAT �� 212 ,

kur A1 - var uzskat�t par abon�šanas maksu, atkar�gu no pat�r�jam�s jaudas (drošin�t�ja nomin�l�s v�rt�bas). Iev�rojot ener�ijas daž�d�s izmaksas tarifu zon�s, var veidot tarifu

saska�� ar:

8.1.att. Izdevumu atkar�ba no nodot�s ener�ijas daudzuma. Izdevumi: 1 - past�v�g� sast�vda�a; 2 - main�g� sast�vda�a; 3 - summ�rie izdevumi; 4 - summ�rie ien�kumi

3

W, kWh

Izdevumi 4

2

1

Io

Wo

A

185

...33221133 �� WbWbWbAT kur - b1...bi - daž�du laika zonu ener�ijas vien�bas cenas.

Šis tarifs rada stimulu pat�r�t vair�k ener�ijas l�t�ko tarifu periodos, piem�ram, nakt�s. L�dz ar to izl�dzin�s pat�ri�a raksturs, kas k��st izdev�gs ar� energosist�mai. Izdev�ga pat�ri�a rakstura form�šanai lietder�gs ar� tarifs:

�� AT4 Pc � ...2211 �� WbWb , kur c × P - maksa par pie�emto jeb at�auto maksim�lo akt�v�s jaudas

pat�ri�u. Ja c × P sast�da b�tisku maksas sast�vda�u, pat�r�t�jam k��st izdev�gi

izsl�gt no tehnolo�ijas maksim�lo slodžu stund�s energoietilp�gus agreg�tus, paredzot pusfabrik�tu sagatavošanu rezervei cit� laik� pat tad, ja tas prasa zin�mus kapit�lieguld�jumus.

Visas tarifu grupas kop� veido vid�jo tarifu:

....

0

22211vid

n bW

WTWTWT�

��

Veidojot tarifa politiku, j��em v�r� soci�lie apsv�rumi, saist�ti ar ražošanas un re�ionu att�st�bu.

4 16 12 8 24 20 t, st

60

80

P,% 100

40 4 16 12 8 24 20 t, st

60

80

P,% 100

40

4 16 12 8 24 20 t, st

60

80

P,% 100

40 4 16 12 8 24 20

t, st

60

80

P,% 100

40

a) b)

d) c) 8.2.att. Slodzes grafika izmai�as piem�ri.

186

Dab�gi, ka sarež��t�ku tarifu �stenošanai ir nepieciešamas iek�rtas, kas fiks� k� ener�ijas pat�ri�u daž�dos tarifa interv�los, t� ar� jaudas pat�ri�u maksim�lo slodžu stund�s.

V�l j��em v�r�, ka pat�r�t�ji var sa�emt ener�iju no daž�diem energosist�mas t�kliem. T� lielas jaudas pat�r�t�ji var sa�emt ener�iju no 110 kV t�kla. Dab�gi, ka šin� gad�jum� tarif� neiek�auj apmaksu par zem�ko spriegumu t�klu uztur�šanu un tas b�s attiec�gi zem�ks. Tas pats attiecas ar� uz pat�r�t�jiem, kas sa�em ener�iju tieši no 6...20 kV t�kliem. T�tad tarifi var b�t daž�di pat�r�t�jiem, kas sa�em ener�iju no daž�d�m energosist�mas viet�m.

Akt�vo jaudu ražo elektrostacij�s un nodod lielos att�lumos pat�r�t�jiem. Zudumus t�kl� var j�tami samazin�t, nov�ršot reakt�v�s jaudas pl�smas. Reakt�vo jaudu var ražot pat�ri�a viet�s, iesl�dzot darb� kondensatoru baterijas, kas �ener� reakt�vo jaudu. T�tad kondensatoru baterijas uzst�da pie pat�r�t�jiem un t�m j�atbilst reakt�v�s jaudas pat�ri�am. Šim nol�kam lieto autom�tisk�s iek�rtas, kas, pat�ri�am augot, iesl�dz papildu kondensatorus, bet, tam samazinoties, atsl�dz tos. Dab�gi, ka pareiza reakt�v�s jaudas kompens�cija ar� j�kontrol� un tas ietilpst uzskaites funkcij�s. T� nov�rš liekas reakt�v�s jaudas izdošanu energosist�mas t�kl� un p�r�k lielu reakt�v�s jaudas pat�ri�u no t�kla maksim�l�s slodzes laik�.

8.2.att�l� par�d�tas pat�ri�a rakstura izmai�as, ko izsauc daž�du tarifu lietošana.

Ja ener�ijas pat�r�t�ji nevar br�vi izv�l�ties pieg�d�t�ju, tad energosist�ma attiec�b� pret pat�r�t�ju ir monopola uz��mums. Tarifus š�diem uz��mumiem p�rbauda un apstiprina valsts instit�cijas.

8.2. Starpsist�mu ener�ijas tarifi.

Ener��tikas komp�nijas bieži apg�d� savas darb�bas re�iona pat�r�t�jus ne tikai ar pašas ražoto elektrisko ener�iju, bet šim nol�kam p�rk ener�iju ar� no kaimi�u re�ionu komp�nij�m, sa�emot to pa augst� sprieguma l�nij�m. P�c tam š� ener�ija tiek p�rveidota zem�kos spriegumos, l�dz non�k pie pat�r�t�jiem. T�tad kaimi�u energokomp�nij�m ir savstarp�jie ener�ijas pirkšanas-p�rdošanas dar�jumi.

Energosist�ma var izv�l�ties kaimi�u pieg�d�t�jus, vadoties p�c ener�ijas tirgus apst�k�iem. Š�d� skat�jum� ener�ijas tirgus ir oligopolistisks (ierobežots pieg�d�t�ju skaits).

187

Par šo ener�iju maks� saska�� ar l�gumos noteikto tarifu. Pilnv�rt�go saimniecisko apsv�rumu gad�jum� vis�m energokomp�nij�m j�tiecas uz to, lai summ�rie izdevumi vienm�r b�tu minim�li iesp�jami. Šo principu realiz�šanu liel� m�r� nosaka lietošanas tarifi uz ener�iju starp energokomp�nij�m, kas var b�t vair�k vai maz�k pilnv�rt�gi. Visprimit�v�kais ir tarifs, saska�� ar kuru apmaks� sa�emto ener�iju nemain�g� v�rt�b� par katru sa�emto kWh. Š�ds tarifs stimul� izstr�d�t ener�iju pašiem tikm�r, kam�r pašu ener�ija izmaks� maz�k par starpsist�mu tarifu. �stais abu (vai vair�k) komp�niju izdevumu minimums sasniegts šaj� gad�jum� netiek.

Pilnv�rt�g�ks ir tarifs, kas sast�v no div�m da��m: ,max WbPaT ��

kur a - tarifs par papildu jaudu Pmax, ko spiesta darbin�t kaimi�u energosist�ma, lai nodrošin�tu l�gum� noteikto ener�ijas daudzumu;

b - tarifs par ener�ijas vien�bu, kuru nosaka, balstoties uz vid�jiem main�giem izdevumiem.

Š�ds tarifs dod liel�ku iesp�ju minimiz�t kop�jos izdevumus. Tirgus ekonomikai piem�rotos gad�jumos lielumu b nepie�em

konstantu, bet nosaka nep�rtraukti re�l� laik�. Šaj� gad�jum� ener�ijas izmaksas katram laika interv�lam (piem�ram, pusstundai) un katrai vietai tiek att�lotas uz datoru sist�m�m, un oper�rors (kurš str�d� nep�rtraukti) var b�t pilnvarots sl�gt dar�jumus par ener�ijas pirkšanu un p�rdošanu. T�, piem�ram, ja vienas energosist�mas ener�ija uz robežas ar kaimi�u energosist�mu ir 4 centi, bet otrai taj� paš� viet� 5 centi, un ja pirm�s r�c�b� ir 100 MW br�v�s jaudas, tad nosl�dz l�gumu par š�das jaudas pieg�di par tarifu 4,5 centi, t�d�j�di dalot 0,5 centu ien�kumu sav� starp�.

Tarifi var izmain�ties plaš�s robež�s atkar�b� no ener�ijas tirgus apst�k�iem. Tos var apr�in�t robež�s no ener�ijas izmaksas main�g�s sast�vda�as pieauguma (nosl�dzoš�s) v�rt�bas l�dz pat pilnas pašizmaksas v�rt�bai.

188

8.3. Elektrisk�s ener�ijas uzskaite.

Elektrisk� ener�ija tiek uzskait�ta ar skait�t�jiem. Vienk�rš�kais un l�t�kais ir indukcijas tipa skait�t�js (8.3.att.). T� pamat� ir alum�nija disks, kas tiek aptverts ar diviem magn�tiskiem laukiem. Pirmo lauku rada elektromagn�ts ar tinumu, kas tiek barots no sprieguma. Lauks, ko rada šis elektromagn�ts, ir proporcion�ls spriegumam. Otro magn�tisko lauku rada elektromagn�ts ar spoli, caur kuru tek pat�r�jam� str�va. Šie divi lauki rada momentu: ,sin 000� IUkM kur �0 le�a nob�de starp laukiem; k – proporcionalit�tes koeficients. Sakar� ar to, ka šo le�i rada nob�de starp str�vu un spriegumu ,� izv�loties attiec�gi �žu parametrus, pan�k, lai �cos1UIkM � . T�tad skait�t�js m�r� pat�r�jamo akt�vo jaudu, kam ir proporcion�li skait�t�ju apgriezieni. Noteiktam apgriezienu skaitam atbilst pat�r�jam� elektrisk�s ener�ijas vien�ba, ko uzr�da ciparu meh�nisms. Elektrisk� ener�ija ir jaudas moment�no v�rt�bu integr�ls:

��2

1

t

t

PdtW ,

kur P – jaudas moment�n� v�rt�ba; t – tekošais laiks.

8.3.att. Indukt�vais elektroener�ijas skait�t�js. 1- sprieguma spole; 2- str�vas spole; 3- alum�nija disks; 4- ass; 5,6- gult�i; 7- ciparu meh�nisma zobrats; 8- demfers.

189

Tr�sf�žu skait�t�jam ir tr�s diski ar trim sprieguma un str�vas elektromagn�tiem. Ciparu iek�rta var b�t meh�nisk� vai elektronisk�. P�d�j� gad�jum� katru diska pagriezienu pavada impulss ciparu iek�rtas vad�šanas �d�. Impulsu skaits tiek p�rv�rsts ciparu r�d�jum�. Šiem r�d�jumiem ir j�saglab�jas, paz�dot spriegumam. Zemsprieguma ietais�s skait�t�jus iesl�dz tieši �d�. Ja str�va ir liela, izmanto str�vmai�us. Augstsprieguma ietais�s skait�t�jus, t�pat k� citus m�rinstrumentus, iesl�dz str�vmai�u un spriegummai�u sekund�r�s �d�s, gradu�jot r�d�t�jus prim�r�s vien�b�s. Komplic�to tarifu gad�jumos skait�t�ji tiek papildin�ti ar cit�m iek�rt�m. Stundu tarifu gad�jumos izmanto vair�kas ciparu iek�rtas – savu katrai tarifu zonai. P�rsl�gšan�s no vienas ciparu iek�rtas uz otru notiek ar pulkste�a pal�dz�bu. Gad�jumos, ja tarif� ietilpst jaudas moment�n� v�rt�ba iepriekš noteikt�s stund�s, uzskaite bez pulkste�a tiek papildin�ta ar iek�rtu, kas kontrol� jaudas vid�jo v�rt�bu �sos laika spr�žos, piem�ram, min�t�s. Š�das uzskaites iek�rtas apg�d� ar� ar atmi�u, kas datus saglab�, un ar printeri protokola izdrukai. Uzskaites vajadz�b�m izmanto ar� mikroprocesoru iek�rtas. To r�d�jumus var nolas�t ar p�rn�s�jam�m nolas�šanas iek�rt�m. R�pniecisk�s iek�rt�s ir sarež��ts uzskaites komplekss, ko veido daudzi skait�t�ji. Tajos izmanto centraliz�tu uzskaites anal�zi ar datoru sist�mas pal�dz�bu.

8.4. Siltuma uzskaite.

Siltuma daudzumu nosaka p�c izteiksmes � � ,21 TttQW ��

kur Q - siltumnes�ja daudzuma caurtece, m3/st; t1, t2 - siltumnes�ja temperat�ra ieej� un izej�, oC; T - laiks, st. Temperat�ras m�r�šanai izmanto gradu�tos elementus, kuru parametri ir

atkar�gi no temperat�ras. Temperat�ras dev�ji ir sam�r� vienk�rši elementi. Sarež��t�ka ir siltumnes�ja daudzuma noteikšana. K� siltuma nes�js parasti tiek izmantots �dens. Galvenais siltuma skait�t�ja elements ir �dens m�r�t�js. Šidrums tek nep�rtrauktas straumes veid�, kas ir ierobežots ar

190

cauru�u sien�m. Šidruma da�i�u �trums ir daž�ds daž�d�s š�luma viet�s. Uz caurules �eometrisk�s ass �trums ir maksim�ls, bet pie pašas sienas iekš�j�s berzes un šidruma viskozit�tes d�� l�dzin�s nullei. T�p�c visp�rin�tam pl�smas raksturojumam izmanto š�luma vid�jo šidruma �trumu.

Šidrumu pl�smas var b�t stacion�ras vai nestacion�ras, vienm�r�gas un nevienm�r�gas, k� ar� lamin�ras (bezvirpu�u) un turbulentas.

Lamin�r�s ir pl�smas ar nelieliem �trumiem v neliela caurm�ra caurul�s. Pret�j� gad�jum� pl�smai ir turbulents raksturs. Atšir�bu starp lamin�ru un turbulentu pl�smu nosaka bezdimensiju Reinoldsa skaitlis

,�

��

dvRe

kur d - cauru�vada diametrs; - šidruma bl�vums, kg/m3; � - šidruma dinamisk�s viskozit�tes koeficients, N×sek/m2. Kritiskais Reinoldsa skaitlis, pie kura lamin�r� šidruma pl�sma p�riet

turbulent�, tekot pa caurul�m, kuru sieni��m ir parast� grumbu�ain�ba, l�dzin�s 2320. Ja Re > 2320, tad pl�sma ir turbulenta.

Ja pl�sma ir turbulenta, tad t�s apr�ina parametri k��st neatkar�gi no Reinoldsa skait�a un to var uzskat�t par konstantu. T�d�� turbulent�s pl�smas var izm�r�t prec�z�k nek� lamin�r�s.

Vec�k� un vislab�k izp�t�t� m�r�šanas metode balst�s uz lok�l� spiediena izmai�u, mainoties pl�smas �trumam. Šim nol�kam cauru�vad� novieto diafragmu ar caurumu, maz�ku par caurules iekš�jo diametru. Nesaspiežam� šidruma pl�smas forma diafragmas zon� par�d�ta 8.4. att�l�. Diafragmas d�� pl�sma tiek saspiesta. Minim�lais pl�smas diametrs lokaliz�jas noteikt� att�lum� aiz diafragmas. Šaj� viet� ir maksim�lais �trums un minim�lais spiediens p. Diferenci�ls manometrs kontrol� spiediena starp�bu cauru�vada š�rsgriezum� I noteikt� att�lum� pirms diafragmas un II visšaur�k� pl�smas viet�.

I II

III

8.4.att. Pl�smas m�r�šana ar diafragmas pal�dz�bu.

191

Iev�rojot konkr�tos apst�k�us, izmanto kori��jošos �truma koeficientus, kas iev�ro �truma sadal�jumu š�rsgriezum� un bl�vumu. Tos izmanto gan šidruma, gan g�zes caurteces m�r�šanai. Bl�vuma koeficienti g�z�m atkar�gi no masas un Reinoldsa skait�a Re. Dotam materi�lam (�denim, g�zei) diafragmas iesp�jams gradu�t ar netiešo apr�inu metodi.

Caurteces m�r�šanas vajadz�b�m lieto standarta m�rdiafragmas un citas sašaurinošas iek�rtas (sprauslas un Venturi caurules).

Vid�j� kvadr�tisk� m�r�šanas k��da pie netieš�s apr�ina gradu�šanas p�rsniedz 1,5%. Šo k��du var samazin�t l�dz 0,5-1%, lietojot tiešo individu�lo gradu�šanu.

Main�g� spiediena krituma metodes lietošanas sf�ra ir stacion�ro vienf�zes �dens, sauso g�zu vai p�rkars�ta tvaika caurteces m�r�šana cauru�vados ar diametru virs 50 mm taisnos posmos pie pietiekoši lieliem Reinoldsa skait�iem pl�smu mai�as gad�jumos.

Past�v�ga spiediena krituma caurteces m�r�t�ji

K� piem�ru š�d�m iek�rt�m var min�t rotametru. Š�s iek�rtas pamatelements ir konisk� caurule ar pludi�u (8.5.att.) Pludi�š sast�v no apakš�j�s konisk�s un augš�j�s cilindrisk�s da�as, uz kuras s�niem ir v�tnes. V�tnes, pl�stot m�r�mai videi, izsauc pludi�a stabilu rot�ciju, kas nepieciešama t� centr�šanai pret caurules sien�m.

Hidrodinamisks pl�smas spiediens izsauc pludi�a vertik�lu p�rvietošanos. Tas saist�ts ar kan�la š�rsgriezuma izmai�u t�, ka spiedienu starp�ba uz pludi�a paliek konstanta. Pludi�a vertik�lais st�voklis raksturo caurpl�des lielumu. Iek�rta satur p�rveidot�ju. Ar t� pal�dz�bu pludi�a st�voklis tiek p�rveidots �rti izlietojam� sign�l�.

8.5.att. Pl�smas m�r�šana ar hidrodinamisko metodi (ar pludi�u).

192

Lieto ar� virzu�u vai citu konstrukciju pludi�u iek�rtas, kur t�pat tiek izmantots pl�smas hidrodinamiskais spiediens. To darb�bas principi par�d�ti 8.6. att�l�. Tie atširas ar erme�a formu, kas uztver pl�smas iedarbi.

Turb�nu dev�ji

Š�ds dev�js sast�v no: turb�nas prim�r� p�rveidot�ja, sekund�r� p�rveidot�ja un skait�t�ja (8.7.att.). Sign�ls tiek nodots uz nekust�gu p�rveidot�ju ar indukcijas spoles pal�dz�bu. Griešan�s frekvence l�dzin�s:

� �% � � �A Q Q0 , kur A - past�v�gs koeficients;

Q – caurpl�de; Q0 - minim�l� caurpl�de, kur� turb�na p�rvar pretest�bu un s�k griezties,

vai ar� izmaina iest�jušamies griešan�s �trumu. Turb�nas dev�js ir j�gradu� uz parauga m�r�šanas iek�rtas. Š�di dev�ji

nav der�gi net�ru šidrumu m�r�šanai. Pie tahometriskiem

m�r�t�jiem pieder ar� lod�šu apar�ti. Kust�g�s sast�vda�as viet� šeit izmanto lod�tes, kas rot� uz atbalsta virsmas ar iepriekš sagriezt�s pl�smas pal�dz�bu.

V �

V�

8.6.att. Pl�smas m�r�šana ar daž�da profila erme�iem, izmantojot hidrodinamisko principu.

8.7.att. Pl�smas m�r�šana ar turb�nas dev�ju.

193

Elektromagn�tiskais plsmas m�r�t�js

Iek�rtas sh�ma par�d�ta 8.8. att�l�. Šeit cauru�vadu 1 aptver elektromagn�ts 2, kas tiek barots no elektrisk� avota 5. Šidrum�, kuram piem�t noteikta elektrisk� vad�m�ba, elektromagn�tisk� lauka iespaid� induc�jas elektrodzin�jsp�ks. Tas tiek m�r�ts ar elektrodiem 3, pastiprin�t�ja 4 un skait�t�ja pal�dz�bu.

Potenci�lu starp�ba uz elektrodiem l�dzin�s: ,vidvDBKE ��

kur K - past�v�gais koeficients; B - magn�tisk� indukcija; D - cauru�vada iekš�jais diametrs; vvid - vid�jais šidruma �trums. M�riek�rta ir jut�ga pret elektromagn�tiskiem trauc�jumiem. Precizit�tes

klase 1,0 - 2,5%.

Ultraska�as caurteces m�r�t�ji

Principi�l� sh�ma par�d�ta 8.9. att�l�. Šin� gad�jum� uz cauru�vada nostiprina elektroakustisku vibratoru - izstarot�ju-uztv�r�ju. Ja v - pl�smas �trums un c - ska�as izplat�šan�s �trums, tad ska�as izplat�šan�s laiks pl�smas virzien� ir:

vcL�

�1�

un pret pl�smu

vcL�

�2� .

Ska�as izplat�šan�s laika starp�ba abos virzienos l�dzin�s:

V

5

1

24

3

8.8.att. Elektromagn�tiskais pl�smas m�r�t�js.

8.9.att. Ultraska�as dev�ju izvietojums.

L

V

1 2

194

2

221

12

cvc

vL

��

�� .

Iev�rojot to, ka 2

2

cv ir neiev�rojami mazs skaitlis, sal�dzinot ar L, un,

izsakot �trumu caur:

,22

QcF

L�

��

kur F - pl�smas š�luma laukums; � - koeficients, kas iev�ro �truma sadal�jumu š�lum�. Iek�rta var noteikt: f�žu

nob�di ultraska�u vi��iem pa un pret pl�smu; impulsu frekven�u starp�bu �siem ska�u impulsiem vai ultraska�u sv�rst�bu paket�m; �su impulsu izplat�šan�s laiku pa un pret pl�smu.

Ultraska�as caurteces m�r�t�ja darb�bas sh�m� (8.10.att.) redzams pl�smas virziens. Ultraska�as sign�ls, ko izstaro dev�ji, atstarojas no reflektoriem un izplat�s otra dev�ja virzien�, kas p�rmai�us izpilda uztv�r�ja lomu. Sign�li pl�smas virzien� un pret to ir nob�d�ti laik� (8.11.att.). Laika parametrs t raksturo šidruma �trumu un t�tad caurteci.

Eksist� m�riek�rtas, ar kuru pal�dz�bu nosaka ska�u vi��a nob�di virzien�, perpendikul�ri pl�smas virzienam.

Iev�rojot to, ka ska�as izplat�šan�s �trums ir nesam�rojami liel�ka par pl�smas �trumu v, iek�rta ir pietiekoši sarež��ta. Pagaid�m š�di dev�ji

Ultraska�as �eneratori

Atstarot�ji

8.10.att. Ultraska�as dev�js.

t

t

1 2

8.11.att. Ultraska�u sign�li: 1 - pl�smas virzien�; 2 - pret pl�smu.

195

tiek izmantoti galvenok�rt šidrumu caurteces m�r�šanai. Ultraska�as izstarot�jos un uztv�r�jos izmanto kvarca vai b�rija tit�na pl�ksn�tes, kuras tiek uzst�d�tas cauru�vada �rpus�, vai ar� tiek aizsarg�tas no tieša kontakta ar m�r�mo vidi ar met�lisku vai plastmasas ska�as vad�t�ju. Lieto ultraska�u 20 kHz vai pat augst�ku frekvenci. Š�di dev�ji var tikt izmantoti ar� net�ru šidrumu caurteces noteikšanai. Pie individu�l�s gradu�šanas var pan�kt precizit�ti 0,3% no skalas maksim�l�s v�rt�bas.

P�d�j� laik� tiek izstr�d�tas virpu�a m�riek�rtas. Šajos apar�tos tiek izmantoti skr�vveida erme�i, novietoti cauru�vad�. Ar to pal�dz�bu uz pl�smas perif�rijas tiek rad�ti stabili virpu�i. Vid�jai pl�smas da�ai tad ir skr�vveida raksturs. Ja š�du pl�smu laiž cauri paplašin�tai telpai, tad centr�l� skr�vveida pl�sma s�k sv�rst�ties attiec�b� pret paplašin�juma asi ar frekvenci, kura ir proporcion�la vid�jam �trumam. P�rveidojot š�s sv�rst�bas elektrisk� sign�l�, ieg�sim lielumu, kas ir proporcion�ls. Sagaid�m� precizit�te ir 1,5 - 2,0%.

G�zes apjoma noteikšanai lieto skait�t�jus ar v�rstu g�zes sadal�jumu (8.12.att.). Skait�t�j� ir divas g�zes sadal�juma kameras 1 un 5. Kameras atdal�tas ar starpsieni�u, ko izgatavo no elast�gas diafragmas (�da, polihlorvin�ls). Diafragmas centr� nostiprin�ts met�liskais disks 3. G�zes spiediena diferences iespaid� diafragma izplešas vai saraujas. Disks seko š�m kust�b�m un, b�dams saist�ts ar v�rsta meh�nismu, p�rsl�dz to. G�ze sec�gi piepilda vienu un otru sadal�juma kameru. Vienas kust�bas cikl� no kameras tiek izspiesta g�ze, kuras apjoms atbilst m�rkameras 4 apjomam. Summ�rais starpsienas kust�bas skaits tiek fiks�ts skait�t�j�, kas saist�ts ar disku 3 caur svir�m.

Iev�rojot to, ka caurpl�des dev�ju probl�ma v�l past�v, ir izstr�d�ti v�l daž�di citi, sarež��t�ki dev�ju veidi. Darbs šaj� virzien� v�l arvien turpin�s.

Bez ofici�l�m nor�ina funkcij�m izmanto pal�guzskaiti apmaksas sadal�juma vajadz�b�m starp siltuma lietot�jiem.

1

2 3 4

5

8.12.att. G�zes skait�t�js.

196

Vienk�rš�kais no tiem ir caurul�te, kur� tiek iepild�ts speci�ls šidrums, kas iztvaiko apkures apar�tu siltuma iespaid�. Caurul�te ir pievienota skalai, fiks� šidruma l�meni. Skala tiek gradu�ta atkar�b� no radiatoru tipa un izm�riem. Iek�rta tiek stacion�ri piestiprin�ta pie radiatora 2/3 augstum� (8.13.att.). S�koties apkures sezonai, apar�ta ampula tiek uzpild�ta l�dz nulles atz�mei, lai kompens�tu "auksto iztvaikošanu". Nolas�šanas veic r�p�gi un pie visiem lietot�jiem vienlaic�gi.

Šim nol�kam lieto ar� elektronisk�s iek�rtas, kuras t�pat piestiprina pie radiatoriem. Š�diem m�r�t�jiem ir vismaz viens temperat�ras dev�js. Izm�r�t� temperat�ra vai temperat�ras starp�ba p�rveido sal�dzin�m�s vien�b�s, kas ir nolas�mas. Iek�rtas darbojas no ilgstoši izmantojam�m baterij�m.

8.5. Ener�ijas tirgus.

Izšir tr�s tirgus tipus: monopola, oligopolistisko un t�r�s konkurences tirgus. Monopola tirg� ir viens pieg�d�t�js. Cena precei, ko pieg�d� monopolists var b�t p�rm�r�ga. Lai tas nenotiktu valsts dibina speci�las komisijas monopolistu uzraudz�bai. Oligopolistiskajam tirgum rakstur�gs neliels pieg�d�t�ju skaits. Š�ds tirgus ar� j�uzrauga, jo starp pieg�d�t�jiem ir tom�r iesp�jamas slepenas vienošan�s cenu jaut�jumos. Br�v�s konkurences tirg� pieg�d�t�ju skaits ir liels. Starp tiem notiek ekonomisk� sacens�ba par vietu tirg�, ko ieg�st, samazinot cenas. Pie noteikt�s pe��as normas cenas nosaka ražošanas izdevumi, kas sast�v no past�v�giem un main�giem, atkar�giem no ražošanas apjomiem. Tas uztur past�v�gu stimulu samazin�t izdevumus neatkar�gi no to strukt�ras. Br�v�s konkurences tirgum ir pašregul�šan�s �paš�bas, kas atbilst pre�u pirc�ju un, t�tad, sabiedr�bas interes�m. T�p�c att�st�t�s valst�s c�n�s pret monopoliem, mekl�jot iesp�jas rad�t konkurences vidi. Ener�ija ar� ir prece. Main�gos izdevumus liel� m�r� nosaka ener��tisko iek�rtu konstrukt�v�s �paš�bas. T�s ir j�uztur lab� k�rt�b�. Šo

8.13.att. Siltuma pat�ri�a sadal�juma skait�t�js.

197

izdevumu b�tiska samazin�šana saist�ta ar iek�rtas papildin�šanu un nomai�u, kas prasa invest�cijas. Past�v�go izdevumu samazin�šana saist�ta ar darba organiz�ciju, tehnolo�ijas automatiz�ciju, vad�bas restrukturiz�ciju. Sp�c�gi stimuli veicina šo probl�mu risin�šanu. L�dzšin�j� energosist�mu strukt�ra par�d�ta 8.14 att�l�. Energosist�mai k� lieluz��mumam pieder elektrostacijas, p�rvades un sadales t�klu un uzskaites-nor�inu organiz�cijas. Pat�r�t�ji sa�em ener�iju no publiskiem t�kliem, �emot to no kop�j� “maisa”. Energosist�m� darbojas main�go izdevumu minimiz�cijas stimuli, dodot priekšroku ekonomisk�m darb� esoš�m iek�rt�m. Bet past�v�go izdevumu minimiz�cijas stimulu praktiski nav. Var teikt, ka noteikt� m�r� šaj� nozar� iesp�jami stagn�cijas elementi. Vai ir iesp�jams izmain�t st�vokli ar nol�ku iedarbin�t konkurences stimulus ener�ijas tirg�? Kas šim nol�kam b�tu vajadz�gs? Lai probl�mu atrisin�tu j�nov�rt� izdevumu lok�ls (teritori�ls)

sadal�jums. Izdevumi ir trij�s viet�s: elektrostacij�s, p�rvades un sadales t�klos, uzskaites-nor�ina iest�d�s. T�l�k var m��in�t atbild�t uz jaut�jumiem, kas b�tu j�dara, lai ieviestu konkurences elementus katr� no šiem izdevumu kl�stiem. Kas b�tu nepieciešams, lai elektrostacijas konkur�tu sav� starp�? Atbilde skaidra. T�m j�b�t parst�v�g�m un j�piedal�s ekonomiskaj�

ELEKTRO-STACIJA

KAIMI�U SIST MA P�RVADES

OPERATORS

R�PN�CA

SADALES T�KLS

8.14.att. Tehnolo�isk�s optimiz�cijas strukt�ras.

198

sacens�b� ar sav�m ener�ijas cen�m. Protams, tam ir noz�me, ja ir konkurenti. Konkurence uzskaites-nor�inu sf�r� tiek atrisin�ta pie noteikuma, ja dibina vair�kas paral�las organiz�cijas, kas c�n�s par klientiem, minimiz�jot nor�inu izdevumus. T�tad konkurences rad�šana šaj�s div�s sf�r�s ir iesp�jama pie noteikuma, ka notiek energosist�mu restrukturiz�cija. P�d�jie ir izdevumi ener�ijas p�rvadei. Šeit st�voklis ir sarež��t�ks. Paral�lus konkur�jošus t�klus rad�t nav iesp�jams. Ener�ijas p�rvades un sadales izdevumi p�c savas b�t�bas ir transporta izdevumi un tiem j�paliek monopola sf�r�. Maks�jumiem par ener�ijas transportu j�sedz izdevumi elektrisko t�klu uztur�šanai un zudumi tajos, kas saist�ti ar ener�ijas p�rvadi. Pat�r�t�jiem j�sedz to t�klu uztur�šanas izdevumi, caur kuriem pl�st sa�emam� elektroener�ija. Sadz�ves pat�r�t�jiem j�apmaks� visu t�klu uztur�šanas izdevumi proporcion�li izt�r�tajai ener�ijai, ja tie tiek piesl�gti zemsprieguma t�kliem. Ener�ija l�dz tiem pl�st cauri 10; 110; 330 kV t�kliem.

Ja pat�r�t�js sa�em ener�iju no 10 kV, tad tam nav j�piedal�s zemsprieguma t�kla uztur�šan�. Attiec�gi, sa�emot ener�iju no 110 kV t�kla, nav j�piedal�s zem�ko spriegumu t�klu uztur�šan�. Iesp�jamas ar� prec�z�kas t�klu izmantošanas r�d�t�ji. Prakse liecina, ka ener�ijas transporta izmaksu �patsvars ener�ijas kop�j� izmaks� var sasniegt: p�rvades t�klos 5-7%, bet sadales t�klos l�dz 40%. Zudumi, kas rodas t�klos no ener�ijas p�rvades, ir atkar�gi no t�klu garumiem. Jo gar�ks t�kls, jo liel�ka to pretest�ba R. Bet sakar� ar to, ka tie ir kvadr�tisk� atkar�b� no ener�ijas p�rvades, zudumi, kas rodas no atseviša pat�r�t�ja jaudas p�rvades notiek uz summ�r�s t�kla noslodzes fona. T�tad zudumi, ko izraisa k�dam pat�r�t�jam p�rvad�m� jauda v�ji noslogot�, bet garaj� t�kl�, var b�t maz�ki nek� �s�, bet stipri noslogot� t�kl�.

199

Atšir�b� no vertik�li integr�tas ener��tikas strukt�ras (8.14.att.) tirgus ener��tikas strukt�ra par�d�ta 8.15.att�l�. Šeit pieg�d�t�ji figur� k� patst�v�gas konkur�jošas vien�bas. Operat�vo tehnisko vad�bu realiz� t�pat k� iepriekš. Bet papildus dibina t�kla tirgus operatoru, caur kuru tiek realiz�ti pas�t�jumi, kas pien�k no pat�r�t�jiem. Tirg� nevar figur�t tikai pieg�d�t�ji. Taj� ir nepieciešama ar� izv�les br�v�ba pirc�jiem (pat�r�t�jiem). T�tad nepieciešama pieg�d�t�ju izv�les iesp�ja no pat�r�t�ju puses. Š�das attiec�bas notiek caur datort�klu. Attiec�bas notiek tieši vai caur vidut�ju – t�kla operatoru, kas izpilda ener��tisk�s biržas funkciju. Biržas dati satur zi�as par r�c�b� esošo jaudu un tai atbilstoš�m ener�ijas cen�m. �emot v�r� to, ka pie daž�d�m iek�rtas noslodz�m main�gie izdevumi main�s, ener�ijas cenas diennakts stund�s ir daž�das. Pirkuma dar�jumi var b�t ilglaic�gi, �slaic�gi un re�l� laika pat�ri�i. Pas�t�jumi tiek apmaks�ti dar�juma nosl�gšanas br�d�. Ilgtermi�a dar�jumos pieg�d�t�js sa�em naudu priekšlaic�gi, ko tas var savuk�rt br�vi izmantot izdev�g�kos kurin�m�

t

2

1

P

8.16.att. Pas�t�t�ja prognoz�jam� slodzes grafika segums. 1- ilgtermi�a; 2- �stermi�a pas�t�jums. pas�t�jumi

BIRŽA ELEKTRO- STACIJA

KAIMI�U SIST MA

R�PN�CA SADALES T�KLS

T�KLA REGULATORS

8.15.att. Attiec�bu saites atkl�t� ener�ijas tirg�.

200

iepirkšanas dar�jumos un cit�m organiz�cijas vajadz�b�m. T�p�c ener�ijas pirkumi š�dos dar�jumos ir l�t�ki. �slaic�gie dar�jumi ir d�rg�ki. Visd�rg�k� ir re�l� laika ener�ijas pieg�de. T�tad, ener�ijas cenas nosaka k� iek�rtas noslodzes pak�pe, t� tirgus dar�jumu termi�i. Nopirkt� ener�ija j�izmanto saska�� ar dar�juma noteikumiem. Ja situ�cija main�s, tad savlaic�gi pirkumu var atgriezt tirgus kl�st� p�rdošanai citiem pat�r�t�jiem. Nepieciešamo ener�iju pat�r�t�js var iedal�t daž�du termi�u pas�t�jumos atkar�b� no pat�ri�a grafika konfigur�cijas (8.16.att.). Ilglaic�g� dar�jum� ietilpina grafika da�u, par kura izmantošanu pat�r�t�js ir p�rliecin�ts. Parasti t� ir grafika b�zes da�a. Grafika otro da�u, ko var paredz�t ar maz�ku drošumu, ievieto �slaic�gos dar�jumos. P�r�jo lieto re�l� laik� par maksim�l�m cen�m. No apskat�t� seko, ka ener�ijas pas�t�šana iesp�jama ar noteikumu, ja pat�ri�am r�p�gi seko speci�lais dienests. Pat�r�t�ji, kam š�da iesp�ja ir, tiek uzskat�ti par “kvalific�tiem”. Tie tiek re�istr�ti birž� un piedal�s dar�jumos. Par t�diem k��st pietiekoši lieli uz��mumi.

8.6. Cik maks� ener�ija?

Šis jaut�jums ir svar�gs trijos aspektos.K�di ir cenu l�me�i ener�ijai, piesaist�tai k� prim�ro (kurin�mais), t� ar� sekund�ro ener�iju veidos - centraliz�tai siltumapg�dei un elektroener�ijai ? 1. K�di ir cenu l�me�i daž�d�s valst�s atkar�b� no viet�jiem apst�k�iem un

tirgus konjunkt�ras ? 2. K�da ir cenu izmai�as dinamika? Ener�ijas izmaksa atkar�ga no prim�r�s

ener�ijas cen�m tirg�. Viduseiropas tirgus cenas raksturo ener�ijas cenas V�cij�, kuras par�d�tas 8.17. att�l�. Par�d�tas naftas (apkurei lietojamo frakciju), dabas g�zes, k� ar� centraliz�tas siltumapg�des un elektroener�ijas nakts tarifa cenas, izteiktas 100 litru naftas vieglo frakciju ekvivalent� (apm�ram 750 kWh). No grafika redzams, ka naftas apkures frakcijas maks� apm�ram 11 Ls par 750 kWh jeb 1,47 sant./kWh, bet g�ze apm�ram divreiz d�rg�k. Centraliz�t�s siltuma apg�des ener�ija maks� apm�ram 3,96 sant./kWh, bet elektroener�ijas visl�t�kais nakts tarifs - 6,43 sant./kWh. Šo cenu attiec�bas ir 1 : 2 : 2,7 : 4,4. Centraliz�t� siltuma un elektroener�ijas l�t�k� nakts tarifa cenu attiec�ba ir 1 : 1,62. Šie dati ir tipiski tirgus apst�k�os.

201

Tarifus daž�d�s valst�s raksturo vid�jie elektroener�ijas tarifi daž�diem elektroener�ijas lietot�jiem 1989. gad� (8.18.att. un 8.19.att.). Jo

koncentr�t�ki ir pat�r�t�ji, jo no augst�ka sprieguma t�kliem tie sa�em elektroener�iju un attiec�gi l�t�ka ir energoapg�de. P�c tarifu l�me�iem šai pat�r�t�ju grupai valstis var iedal�t š�d�s �etr�s grup�s. Viszem�kie tarifi ir Kan�d�, Zviedrij�, Somij� un Norv��ij�. Tas izskaidrojams ar to, ka šaj�s

1978 1980 1982 1984 1986 1988 Šidrais kurin�mais

G�ze Centraliz�ta siltumapg�de

Nakts tarifs

0 20 40 60 80

100 120 140

Dm/100 l šidr� kurin�m�

8.17.att. Ener�ijas cenas V�cij�.

0

1,2

2,4

3,6

4,8

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

sant�mi/kWh

Lielas Maza

8.18.att. Elektroener�ijas tarifi liel- un mazr�pniec�bai daž�d�s valst�s sant�mi/kWh (saska�� ar val�tas kursiem 1996.gada mart�), 1- Kan�da; 2- Zviedrija; 3- Somija; 4- Norv��ija; 5- Holande; 6- D�nija; 7- Francija; 8- Šveice; 9- Lielbrit�nija; 10-Austrija; 11-Be��ija; 12- It�lija; 13- V�cija; 14 – Jap�na.

202

valst�s ir daudz hidroener�ijas. M�reno tarifu grup� ir Holande, D�nija, Francija un Šveice. Paaugstin�to tarifu valstis ir Lielbrit�nija, Austrija un Be��ija un augstie tarifi ir It�lij�, V�cij� un Jap�n�. Tarifu izmai�as laik� raksturotas 8.20. att�l�. Šeit att�loti benz�na, nakts elektr�bas tarifi apkurei, naftas produkti apkures vajadz�b�m, elektr�bas tarifs r�pniec�bai un malkas cenas Zviedrij�. No šiem datiem izriet, ka ener�ijas cenas ilgstoš� laika posm� aug un ac�mredzot ar� n�kotn� š� tendence saglab�sies, seviši,

0 1,2 2,4

3,6 4,8 6,0

7,2

8,4 9,6

10,8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

sant�mi/kWh

M�jsaimniec�ba Apkure

8.19.att. Elektroener�ijas tarifi m�jsaimniec�bai un apkurei daž�d�s valst�s.

0

2,0

4,1

6,2

8,3

70 75 80 85 90

Elektr�ba apkurei Šidrais kurin�mais Etil�ts benz�ns Neetil�ts benz�ns Koksne Elektr�ba r�pniec�bai

sant�mi/kWh

94

8.20.att. Ener�ijas cenu dinamika Zviedrij�.

203

�emot v�r� to, ka izrakte�u kurin�m� ieg�šanas apst�k�i k��st arvien sarež��t�ki.

Augsti tarifi uz elektroener�iju att�st�t�s valst�s (Šveice - Jap�na) da��ji izskaidrojami ar nodok�iem uz šidro un g�zveida kurin�mo. T�, kurin�m� nodok�i 1993. gad� bija Anglij� 50% no t�s cenas, V�cij�, Francij� un D�nij� - 64%, It�lij� - 70%. Šie nodok�i tiek izmantoti vides aizsardz�bas nol�kiem un nerentablo akme�og�u atrad�u atbalst�šanai darba vietu saglab�šanas nol�kos.

Maz�k att�st�t�s valst�s, k� ar� bijušaj�s Austrumeiropas bloka valst�s, tarifi tiek uztur�ti zem� l�men� iedz�vot�ju zem�s maks�tsp�jas d��. Tas tiek pan�kts, orient�joties uz kurin�mo, kura cenas v�l pagaid�m zem�kas nek� pasaules tirg�, un atsakoties no novecojuš�s iek�rtas nomai�as, kas, protams, j�tami samazina energoapg�des drošumu un pras�s palielin�tus izdevumus turpm�k. N�kotn� ir neizb�gama ener�ijas tarifu celšan�s l�dz l�menim, kurš

nepieciešams š�s ekonomikas infrastrukt�ras uztur�šanai. K� r�da 8.18., 8.19. un 8.21. att�lu sal�dzin�šana, tarifi Eiropas valst�s bija auguši laik� no 1989. l�dz 1995. gadam no 20% Be��ij� l�dz 50% Jap�n� un 90% D�nij�.

Tarifa pieaugumi valstu vair�kumam sast�da 8...10% gad�, neskatoties uz jau sasniegtiem augstiem l�me�iem.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Kri

evija

Igau

nija

Slo

v�ki

ja

eh

ija

Lie

tuva

Lat

vija

Ukr

aina

Ung�r

ija

Pol

ija

Tur

cija

Nor

v��i

ja

Zvi

edri

ja

Som

ija

Gri

eija

Ang

lija

�ri

ja

Hol

ande

Š

veic

e

Aus

trija

F

ranc

ija

It�l

ija

Be��i

ja

Sp�

nija

V�c

ija

D�n

ija

Jap�n

a

sant�mi

Sadz�ve R�pniec�ba

8.21.att. 1995. gada tarifi Eiropas valst�s (p�rr�in�ts uz sant�miem).

204


1. K�da ir izdevumu struktra ener��tik�? 2. K�dus tarifus izmanto energosist�m�s? K�dus stimulus veicina

daž�di tarifi? 3. K�di ir tirgus tipi? K�dus stimulus veicina konkurences tirgus? 4. K�da ir izdevumu lokaliz�cija energosist�m�s? 5. K�d�s energosist�mas struktr�s ir iesp�jams rad�t konkurenci? 6. Ko noz�m� ener��tikas restrukturiz�cija? 7. K�das funkcijas izpilda t�kla operators? 8. K�dus dar�juma veidus sl�dz pat�r�t�ji ar ener�ijas pieg�d�t�jiem? 9. K�d� sec�b� tiek sl�gti ener��tiskie dar�jumi starp pat�r�t�jiem un

pieg�d�t�jiem? 10. K�di ir maks�jumi par ener�ijas transportu? 11. K�ds ir šo maks�jumu �patsvars summ�r� ener�ijas izmaks�?

205

Literatras saraksts

1. !"��# $.%., �&'(�)* +.+. ��,-!�. /*!�"!�)�). $ �*.

01!�*�2 ) �!��21!�*�2 /*!�"!�)�� ,&1&3!"�. 4.: ‘‘5*!�"��)'1��‘‘. 1987.

2. ��6)�� 7. 8�� *��!-!*)2 9!�-) ) !"� ��!��):!��2 ��1!-(. ;�&�� ) <)'*( 1998.N3

3. Fenn J.B. Engines, Energy and Entropy.A Thermodinamics Primer, W.H.Freeman and Company, NY, San Francisko, 1982.

4. Roger E.M. Rhysics for the Inquiring Mind. Princeton, New Jersey, Princeton University Press, 1966.

5. Nagla J. Siltumtehnikas pamati. R�ga.1981. 6. ��# %.�. /6�1 �!1./. �!6-��!=*)��. 4.:

‘‘5*!�"��)'1��‘‘.1991. 7. �>&�)*� ;.?. ) 1�. �!=*):!��2 �!��1)*��)��. .:

‘‘ 4�>)*��!*)!‘‘.1988. 8. $!*)��# $.%., �&�2�)* @.$. $#!1!*)! # �6!�)�-(*��(.4.:

‘‘$.�>�2 >��-�‘‘.1988. 9. 9�3)�� &<�A3!B ��!1. 6�) �<)"�*)) ��6-)#�.4.:

‘‘$+;+�+‘‘.1991. 10. ��* 0.C. 5��6-&��)2 /-!��):!��)= �)��!�.4.: ‘‘$.�>�2

>��-�‘‘1990. 11. 8�-( *!��1)�)�**.= #�'�,*�#-2!�.= )��:*)��# /*!�")).4.:

‘‘$+;+�+‘‘.1991. 12. D ��# ?. E,&'1�!� -) �. �-)��? ;�&�� ) <)'*( 1998.N2 13. Bark�ns J. K� taup�t ener�iju un saudz�t vidi. R�ga. 1997.

Documents

Ener ijas ražošana - rtu.lv · 1.2. tabula Gaidmie kurinm veidu izmantošanas pieaugumi pasaul Kurinm veidi 1990. g 109 toe 2010. g. 109 toe Pieaugums, % Nafta 3,42 4,42 29,2 Deggze