Содержание
1. История развития энергетики и современное ее состояние. 2
2. Краткий исторический очерк развития термодинамики. 4
3. Развитие теплоэнергетики в Санкт-Петербурге. 6
4. История развития тепловых сетей Москвы.. 9
5. Солнечная теплоэнергетика. 13
1. История развития энергетики и современное ее состояние
Для истории развития энергетики характерны четыре основных периода. Первый из них начался в 1920 г., когда VIII Всероссийским съездом Советов был принят план электрификации России (ГОЭЛРО). Этим планом предусматривалось опережающее развитие энергетики, сооружение 30 крупных районных станций, использование местных топлив, развитие централизованного энергоснабжения, рациональное размещение электростанций на территории страны. Задания плана ГОЭЛРО были выполнены уже в 1931 г.
За годы Великой Отечественной войны выработка электроэнергии снизилась почти в два раза, около 60 крупных станций было разрушено. Поэтому основной задачей второго периода развития энергетики (1940-1950 г.г.) было восстановление разрушенного энергетического хозяйства.
Для третьего этапа развития энергетики (1951-1965 г.г.) характерна концентрация энергоснабжения за счет создания объединенных энергосистем, строительство мощных тепловых электростанций, сооружение первых атомных станций.
Четвертый период (с 1966 г. по настоящее время) характеризуется переходом к качественно новому уровню развития топливно-энергетического комплекса. Внедряется блочная схема компоновки электростанций, причем мощность блоков непрерывно повышается. Пар сверхкритических параметров теперь используется не только на конденсационных электростанциях (КЭС), но и на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Формируется единая энергосистема страны.
До 1975 г. в СССР проводился курс на повышение расхода газа и мазута на нужды энергетики. Это позволило в короткий срок и без значительных капитальных затрат укрепить энергетическую базу народного хозяйства. Позже было решено, что дальнейший рост энергетического потенциала Европейской части страны должен осуществляться за счет строительства гидравлических и атомных станций, а в восточных районах - за счет тепловых станций, работающих на дешевых углях.
Основные запасы органических топлив (угля, нефти, газа) расположены в восточной части страны, чаще всего в труднодоступных районах. Поэтому особое значение приобретает проблема экономии топливно-энергетических ресурсов.
Дальнейшая централизация теплоснабжения за счет строительства мощных ТЭЦ и котельных позволит получить значительную экономию топлива. Однако сооружение ТЭЦ экономически целесообразно лишь при наличии крупных централизованных потребителей теплоты. Другой путь снижения расхода топлива - применение теплонасосных установок, которые могут использовать как естественные источники теплоты, так и вторичные энергоресурсы.
2. Краткий исторический очерк развития термодинамики
До 50-х годов XIX века наука рассматривала теплоту как особое невесомое, неуничтожимое и несоздаваемое вещество, которое имело название теплород. М.В.Ломоносов был одним из первых, кто опроверг эту теорию. В своей работе “Размышление о причинах теплоты и холода”, изданной в
1774 г. он писал, что теплота является формой движения мельчайших частиц тела, заложив тем самым основы механической теории теплоты. М.В.Ломоносов один из первых высказал идею закона сохранения энергии. В его формулировке этого закона еще не содержатся количественные соотношения, но, несмотря на это, отчетливо и полно определяется сущность закона сохранения и превращения энергии.
Лишь столетие спустя этот закон благодаря работам Майера, Гельмгольца, Джоуля получил всеобщее признание. В 1842 году появилась работа естествоиспытателя Майера “Размышления о силах неживой природы”. Его формулировка первого закона термодинамики в основном была философски умозрительной. В 1847 году была издана монография немецкого врача Гельмгольца “О сохранении силы”, где подчеркивается общее значение первого начала как закона сохранения энергии, дается его математическая формулировка и приложение к технике. В 1856 году Джоуль экспериментально доказал существование этого закона.
В 1824 году появился труд французского инженера Сади Карно “Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу”, в котором были заложены основы термодинамики. В этой работе он указал причины несовершенства тепловых машин, пути повышения их коэффициента полезного действия (кпд), сформулировал второй закон термодинамики, идеальный цикл тепловых машин (цикл Карно) и другие важные положения термодинамики.
В 1906 г. Нернст сформулировал третье начало термодинамики, в котором предположил, что с приближением абсолютной температуры к нулю интенсивность теплового движения и энтропия стремятся к нулю. Принцип недостижимости абсолютного нуля температур - одно из следствий известной тепловой теоремы Нернста.
Существует еще понятие так называемого нулевого начала термодинамики. Изучая явления в рамках классической термодинамики, как правило, отвлекаются от характера молекулярного и атомного строения вещества. При исследовании явлений обращают внимание исключительно на макроскопические свойства системы, которые оцениваются по опытным данным измерения макроскопическими приборами: термометрами, калориметрами, манометрами и т.д. Поэтому классическая термодинамика является феноменологической наукой. Таким образом, в классической термодинамике отвлекаются от движения микрочастиц тела и рассматривают лишь результат этого движения, который есть не что иное, как температура тела. Это и есть нулевое начало термодинамики. Оно формулируется в виде следующей аксиомы: все тела при тепловом равновесии обладают температурой. Нулевое начало является исходным положением термодинамики, так как тепловое движение происходит во всех телах. Оно неуничтожимо, как неуничтожимо всякое движение в природе.
В конце XIX века Л.Больцманом и У.Гиббсом были заложены основы статистической термодинамики. В отличие от классической термодинамики она позволяет вычислить макроскопические характеристики по данным о состоянии микрочастиц тела - их расположению, скоростях, энергии. У.Гиббс внес существенный вклад и в классическую термодинамику, разработав метод потенциалов, установив правило фаз и др.
После создания фундамента термодинамического метода началась разработка его приложений и, прежде всего, к теории тепловых машин. Большое значение имело введенное Ж.Гюи и А.Стодолой понятие работоспособности теплоты, или максимальной технической работы, которую можно получить от имеющегося количества теплоты в заданном интервале температур. В 1956 году Р.Рант дал этой величине название “эксергия”. В отличие от энтропии, всегда возрастающей в реальных процессах, в отличие от энергии, количество которой строго сохраняется (согласно первому закону термодинамики), эксергия - запас работоспособности или это то количество полезной работы, которое можно получить от имеющейся теплоты в заданном интервале температур.
3. Развитие теплоэнергетики в Санкт-Петербурге
Звание первого отечественного теплоэнергетика по праву принадлежит петербуржцу, Николаю Александровичу Львову(1753-1803), выпустившему в 1795 году двухтомник «Русская пиростатика», в котором описывалось устройство «воздушных» или «духовых» печей его собственной конструкции. Как это часто бывает, новаторство петербургского ученого не было в полной мере оценено его современниками. Только лишь через сто лет обогрев помещений с помощью нагретых воздуха или воды получил широкое применение.
Первая установка централизованного нагревания воздуха в водо-воздушной системе отопления и вентиляции была применена в XIX веке в здании Петербургской Академии художеств. Она обогревала два больших зала, объемом более 3000 куб.метров.
А в 1909 году, опять-таки в Петербурге, в здании Михайловского театра была смонтирована первая в России насосная система водяного отопления. Автором проекта этой системы был Н.П. Мельников. Тем не менее, до революции в Петербурге большинство жилых домов отапливалось с помощью дровяных печей. По данным историков, в городе незадолго до революции насчитывалось всего 102 дома (из, примерно, 40 тысяч) с центральным отоплением от местных котельных.
Официальной датой начала теплофикации города на Неве можно считать 25 ноября 1924 года, когда впервые в шестиэтажный дом на наб. реки Фонтанки было подано тепло по проложенному теплопроводу. Вскоре тепло стало поступать и в другие общественные и жилые здания, в числе которых были Обуховская больница и Казачьи бани.
К 1927 году по трубопроводам тепло стало поступать в Александрийский театр, Публичную библиотеку и Госбанк. Затем была проложена Рузовская магистраль, для теплоснабжения зданий по загородному проспекту и Рузовских казарм. ГЭС №3, от которой производилось теплоснабжение всех этих зданий, была переоборудована для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Она стала первой отечественной теплоцентралью, а Ленинград – пионером теплофикации.
Новый способ обогрева помещений, без помощи дров, угля или торфа понравился горожанам, и стал быстро распространяться, (тем более, что он был наиболее эффективным и экономически выгодным). Так, если в 1928 году централизованно отапливалось всего 32 здания, а протяженность тепловых сетей в городе составляла лишь 5 километров, то в 1935 году длина тепловых сетей увеличилась до 56 километров, к которым было подключено около 400 зданий, а к 1941 году централизованным теплоснабжением обеспечивалось уже 1648 зданий. Длина сетей тогда составляла уже 75 километров.
Столь быстрому росту и развитию централизованного теплоснабжения не приходится удивляться – в конце 1931 года было принято специальное обращение ЦК и Совнаркома СССР о превращении Ленинграда в образцовый центр городского хозяйства. А через 7 лет - 17 июня 1938 года вышло Постановление СНК о создании в системе Ленсовета Топливно-энергетического управления (ТЭУ) – родоначальника сегодняшнего Топливно-энергетического комплекса города.