Стадии производства энергии. Материалы, применяемые в современной энергетике
Энергетика - область хозяйственно-экономической деятельности человека, представляющая собой совокупность искусственных и естественных подсистем, которые осуществляют производство, распределение, преобразование и использование энергетических ресурсов всех видов.
Цель современной энергетики заключается в обеспечении производства энергии посредством преобразования первичной природной энергии во вторичную. Сам процесс производства энергии можно разделить на следующие стадии:
- Получение и концентрация энергоресурсов, например, добыча, переработка и обогащение ядерного топлива.
- Передача ресурсов к энергетическим установкам, например, доставка природного газа, угля, мазута на тепловую станцию.
- Преобразование первичной энергии во вторичную, например, химической энергии угля в тепловую или электрическую энергию.
- Передача вторичной энергии потребителям, например, по линиям электропередач.
Достижения современной энергетики требуют нового поколения материалов, в том числе для изволения элементов аккумуляторных батарей, солнечных элементов, деталей силовых турбин, распределительных сетей и т. п. Специфической частью современной энергетики являются вещества, которые используются для мгновенного высвобождения существенного количества лучистой и тепловой энергии.
Использование взрывчатых веществ в энергетике
Существует большое количество химических реакций, в результате которых выделяется энергия, - это экзотермические реакции. В том случае, когда такие реакции протекают медленно, высвобождаемая энергия рассеивается, и кроме увеличения температуры, другие эффекты практически незаметны. Когда такая реакция протекает быстро, энергия не успевает рассеиваться, таким образом большое количество энергии, которое вложено в относительно небольшой объем, проявляется в виде быстрого расширения газов, что способствует созданию ударной волны. К основным типам веществ, в результате взаимодействия которых возникают взрывные химические реакции, относятся следующие смеси:
- водород + азот + кислород (при условии избытка последнего);
- металл + оксид металла + кислород;
- угарный газ + кислород + двуокись кислорода;
- углерод + угарный газ + кислород;
- двуокись кислорода + угарный газ + кислород;
- водород + вода + кислород.
Чтобы накопить большое количество энергии в небольшом объеме, важна скорость реакции. Материалы энергетики с медленно протекающими реакциями позволяют рассеивать энергию. Взрывом же или создается ударная волна, или выбрасываются осколки во всех направлениях. В том случае, когда выделение энергии происходит медленно, ударная волна будет растянутой и постепенной, а скорость фрагментов низкой. Бурная реакция характеризуется большими скоростями осколков и резкой ударной волной. Данная скорость реакции называется бризантностью - разрушительной способностью взрыва. Бризантность является основным свойством взрывчатого материала, которая различается степенью удержания. По скорости реакции взрывчатые вещества классифицируются следующим образом:
- Инициирующие, к которым относятся тетразен, гремучая ртуть, азид свинца. Данные вещества используются в капсюлях - воспламенителях, капсюлях - детонаторах.
- Дробящие, к которым относятся гексоген, тротил и мелинит. Данные вещества используются при проведении взрывных работ.
- Метательные, к которым относятся бездымный и дымный порох.
- Пиротехнические, к которым относятся трассирующие и зажигательные составы. Данные вещества используются в гранатах, снарядах, осветительных ракетах, трассирующих пулях.
В мирных целях применяются слабые взрывчатые, например, порох. Такие вещества выделяют большой объем энергии, используемой в качестве топлива, в том случае, когда расширение газов применяется для быстрого перемещения объектов.
Пиротехнические материалы широко используются в современной энергетике. Основные пиротехнические устройства достаточно просты. Данные устройства состоят из картонной оболочки, удерживающей компонент взрыва, и подъемного заряда, который подбрасывает компонент взрыва. Этот заряд воспламеняется через предохранитель, а второй предохранитель воспламеняется от подъемного заряда. В настоящее время широкое распространение получили композиционные составы, где окислители сочетаются с топливом, используемым в аэрокосмической промышленности. С энергетическими материалами, например, полибутадиеном с концевыми гидроксильными группами, могут комбинироваться нитрат аммония, триметилентринитроамин и т. п.
