Proiectarea, Modelarea și Simularea Generatoarelor Sincrone în Sisteme de Congelare

INTRODUCERE

Istoria conceptului de Energie

Istoria dezvoltării conceptului de energie până la forma actuală este lungă şi plină de nuanţări semantice.

În 1665, G.W. Leibnitz a introdus termenul de „vis viva“ (forţa vie) pentru a desemna cantitatea mv2 care apărea în calculele lui mecanice. Deşi Leibnitz a dat această denumire prin analogie cu termenul de „forţă“, folosit de I. Newton pentru produsul ma, alegerea sa nu a fost prea inspirată.

În 1673, C. Huygens observă că în timpul ciocnirii a două sfere perfect elastice, suma produselor dintre masa şi pătratul vitezei acestora, înainte şi după ciocnire, rămâne constantă.

În 1807, Th. Young a făcut trecerea de la forţa vie la energie. Mai târziu, W. Thomson (viitorul lord Kelvin) introduce termenul de „energie cinetică“, iar Rankine pe cel de „energie potenţială“.

În 1826, J.V. Poncelet introduce termenul de „lucru mecanic“, contribuind astfel la crearea premiselor pentru descoperirea legii conservării energiei.

În 1853, W. Thomson nota: „Numim energie a unui sistem material aflat într-o stare determinată, contribuţia măsurată în unităţi de lucru a tuturor acţiunilor produse în exteriorul sistemului, dacă acesta trece (indiferent în ce mod) din starea sa într-o stare fixată arbitrar“.

În 1897, M. Planck clarifică conceptul de energie, considerând că „energia este aptitudinea unui sistem de a produce efecte exterioare“. Pentru Planck, energia este o funcţie de stare, prin energia unui corp (sau a unui sistem de corpuri) înţelegându-se o mărime care depinde de starea fizică instantanee în care se găseşte sistemul.

Planck subliniază de asemenea faptul că variaţia energiei depinde doar de starea iniţială şi de cea finală. În acest fel s-au curmat toate discuţiile asupra naturii energiei:

Materia este caracterizată prin două mărimi fundamentale: masa şi energia. Masa este măsura inerţiei şi gravitaţiei, iar energia este măsura mişcării materiei.

CAP. 1. MODURI DE GENERARE A ENERGIEI ELECTRICE

1.1. Producerea energiei electrice în centrale termoelectrice.

O centrală electrică reprezintă un complex de instalaţii care transformă o formă primară de energie, în energie electrică. O centrală termoelectrică reprezintă o uzină unde combustibilul fosil (cărbune, gaze naturale, păcură) este ars într-un echipament special denumit cazan sau cameră de ardere, în vederea obţinerii unei cantităţi de energie termică (sub formă de abur sau gaze de ardere) care este apoi transformată în energie electrică.

Ca tehnologie folosită, centralele termoelectrice pot fi după cum urmează:

• centrale termoelectrice cu turbine cu abur (de termoficare sau de condensaţie);

• centrale termoelectrice cu turbine cu gaze;

• centrale termoelectrice cu motoare termice;

1.2. Producerea energiei electrice prin destinderea aburului într-o turbină cu abur, care antrenează un generator

Componentele unei centrale termoelectrice sunt variate şi cuprind aproape toate specialităţile tehnice din domeniile: mecanic, electric şi automatizări, instalaţii hidrotehnice. La centralele termoelectrice au o importanţă deosebită instalaţiile mecanice (valoric 70%) şi instalaţiile electrice.

Schema simplificată a unei centrale termoelectrice cu abur este prezentată în figura 1.1:

Fig. 1.1. Schema simplificată a unei centrale termoelectrice cu abur

Combustibilul (gaze naturale, păcură, deşeuri lemnoase etc.) este ars în cazanul de abur cu ajutorul aerului de ardere, energia chimică a combustibilului transformându-se astfel în căldură. Căldura este preluată sub formă de abur care iese din cazan, la presiune şi temperatură ridicate (ex.: 330 bar, 600ºC).

Aburul având aceşti parametrii, şi care urmează a fi destins în turbină, se numeşte abur viu. În turbină aburul se destinde, imprimând în acelaşi timp o mişcare de rotaţie rotorului turbinei. După cum reiese din figură, rotorul turbinei este în legătură directă cu rotorul generatorului, imprimându-i şi acestuia mişcarea de rotaţie. În acest fel, căldura este transformată în lucru mecanic. La rândul sau, lucrul mecanic este transformat de către generator în energie electrică.

La ieşirea din turbină aburul este apoi trecut printr-un condensator care, prin procedeul de răcire, preia căldura latentă a aburului, acesta redevenind lichid (condensat), respectiv apă. Apa este apoi preluată de pompa de condensat şi trimisă către cazan, unde ciclul se reia.