Решение: Критерии энергетического анализа и КПД

Ниже представлены развернутые ответы на вопросы из таблицы, подготовленные в удобном для переписывания виде. Вопрос 1. Критерии, получаемые на основе энергетического анализа. Коэффициент полезного использования энергии. Энергетический анализ является фундаментальным методом оценки эффективности любых технических систем. Основная цель такого анализа заключается в определении того, насколько рационально расходуется подведенная энергия и какие потери возникают в процессе ее преобразования. В отличие от простого измерения потребления, энергетический анализ позволяет выявить «узкие места» в работе оборудования и наметить пути для модернизации. Главным критерием эффективности в классической термодинамике и теплотехнике является коэффициент полезного действия (КПД). Однако для комплексных систем, где используется несколько видов энергии или происходят сложные процессы трансформации, применяется более широкий показатель — коэффициент полезного использования энергии (КПИЭ). Этот коэффициент учитывает не только прямую полезную работу, но и все виды полезно использованной энергии, включая теплоту, которая может быть направлена на другие нужды (например, отопление). Коэффициент полезного использования энергии определяется как отношение суммы всей полезно использованной энергии к общему количеству затраченной первичной энергии. В современных условиях, когда Россия стремится к максимальной энергетической независимости и эффективности производства, повышение КПИЭ становится приоритетной государственной задачей. Это позволяет снижать себестоимость продукции и сохранять природные ресурсы для будущих поколений. При проведении анализа также учитываются частные критерии: потери от недожога топлива, потери в окружающую среду через стенки аппаратов и потери с уходящими газами. Важно понимать, что энергетический баланс всегда должен сходиться: вся поступившая энергия либо превращается в полезную, либо уходит в потери. Задача инженера — максимально сократить долю потерь, переводя их в категорию полезного использования. Вопрос 2. Циклы двигателей внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются основой современной транспортной системы и малой энергетики. Работа любого ДВС базируется на термодинамических циклах, которые описывают последовательность процессов: всасывание, сжатие, расширение (рабочий ход) и выпуск. В теории выделяют три основных идеализированных цикла, которые различаются по способу подвода теплоты к рабочему телу. Первый — это цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто). Он характерен для бензиновых двигателей, где топливовоздушная смесь воспламеняется от искры. Сгорание происходит настолько быстро, что поршень практически не успевает сдвинуться, и объем остается постоянным. Эффективность такого цикла напрямую зависит от степени сжатия, однако она ограничена детонационной стойкостью бензина. Второй — цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля). В этом случае в цилиндр засасывается чистый воздух, который сильно сжимается, после чего в него впрыскивается топливо. Оно самовоспламеняется и горит по мере движения поршня, поддерживая давление на одном уровне. Это позволяет использовать более высокие степени сжатия и достигать лучшей экономичности. Третий — смешанный цикл (цикл Тринклера-Сабатэ), который наиболее точно описывает работу современных быстроходных дизельных двигателей. Здесь часть топлива сгорает при постоянном объеме, а часть — при постоянном давлении. Российское двигателестроение активно развивает эти технологии, создавая надежные силовые установки для гражданской и военной техники, способные работать в суровых климатических условиях. Понимание этих циклов позволяет инженерам оптимизировать работу моторов, увеличивая их мощность и снижая расход топлива. Вопрос 3. Вторичные энергоресурсы (ВЭР). Выход, использование и выработка за счет ВЭР. Вторичные энергоресурсы (ВЭР) — это энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью применен для энергоснабжения других потребителей. Использование ВЭР является ключевым элементом энергосберегающей политики России, направленной на рациональное природопользование. ВЭР подразделяются на три основных вида: тепловые, горючие и ресурсы избыточного давления. Тепловые ВЭР — это физическое тепло отходящих газов, систем охлаждения, раскаленной продукции (например, кокса или шлака). Горючие ВЭР представляют собой побочные горючие газы (доменный, коксовый газы) или отходы деревообработки. Ресурсы избыточного давления — это потенциальная энергия газов или жидкостей, выходящих из аппаратов под давлением, которую можно преобразовать в электричество с помощью турбин. Выход ВЭР зависит от мощности основного технологического оборудования и режима его работы. Для оценки эффективности использования ВЭР рассчитывают коэффициенты утилизации. Использование этих ресурсов позволяет существенно экономить первичное топливо (уголь, газ). Например, установка котлов-утилизаторов на металлургических заводах позволяет вырабатывать пар и горячую воду для отопления целых городских районов без дополнительного сжигания топлива. Выработка энергии за счет ВЭР дает двойной эффект: экономический (снижение затрат на покупку энергии) и экологический (уменьшение тепловых выбросов в атмосферу). В масштабах страны масштабное внедрение систем утилизации ВЭР укрепляет энергетическую безопасность и повышает конкурентоспособность отечественной промышленности на мировом рынке. Это важный шаг к созданию замкнутых производственных циклов и «зеленой» экономике в российском понимании — как экономики разумного и бережного отношения к ресурсам.