Рекуперация

О ПРИНЦИПАХ РЕКУПЕРАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Сегодня как некогда ранее остро стоит вопрос об энергетической обеспеченности человечества не только в глобальном масштабе, но что не менее важно в индивидуальном потреблении. Надеяться на то, что люди перед угрозой энергетического голода и экологических катастроф снизят индивидуальное энергетическое потребление не более чем утопия. Поэтому размышляя о перспективах развития человечества в первую очередь надо исходить из условия все возрастающих потребностей с одной стороны и перехода с деструктивной энергетики, основанной на разрушении, на рекуперативную энергетику, которая по своему определению ни чего не разрушает, с другой стороны.

Для того чтобы не искушаться сказками о вечном двигателе надо понимать, что рекуперативная энергетика функционирует в условиях закона сохранения энергии, который выражается следующим уравнением:

Е(2) = Е(1) - Ф
где:
Е(1) – энергия системы до начала её преобразования
Е(2) – энергия системы после завершения преобразования
Ф – энергия (фанергия) затраченная на преобразование.

Иными словами энергетическое состояние любой системы (механической, электрической, химической и т.д.) всегда связано с расходованием энергии на преобразование из начального состояния в конечное, следовательно, КПД системы всегда, при любых условиях, будет меньше 1. Это непреложный закон, который ни что и ни кто не может нарушить, в том числе и рекуперативная энергетика.

Для преодоления этого фундаментального ограничения необходимо рассмотреть закон сохранения энергии в другом ракурсе.

Энергия системы до преобразования может быть представлена как энергия между энергией зависимого источника и энергией инициации:

E(1) = E(зи) - E(ин)
где:
E(зи) – энергия зависимого источника;
E(ин) – энергия инициации преобразования.

Например энергия бензина это Е(зи), а энергия искры, которая запускает процесс преобразования это Е(ин). Или энергия пороха в патроне это Е(зи), а энергия капсюля соответственно Е(ин) и т.д. и т.п.
Таким образом, после преобразования в соответствии с законом сохранения энергии система перейдет в состояние Е(2):

Е(2) = E(зи) - E(ин) - Ф

Если измерять энергетическую эффективность такого преобразования относительно энергии инициации Е(ин), то коэффициент эффективности можно представить выражением:

К(эф) = E(2) / E(ин)

Если энергия зависимого источника будет во много раз превышать энергию инициации (как например, в рассмотренных выше примерах), то коэффициент энергетической эффективности будет больше единицы во столько раз во сколько раз энергия зависимого источника будет больше энергии инициации за минусом потерь на преобразование.

В общем виде рекуперативный энергетический баланс системы определяется из выражения:

E(зи) = E(2) + Ф + E(ин)

Таким образом, чтобы система находилась неограниченно долго в рабочем состоянии необходимо, чтобы энергетическая емкость зависимого источника во много раз превосходила все затраты системы во время преобразования, в том числе и расходы на внешнее потребление. При этом после процесса преобразования зависимый источник должен восстановить свою способность к дальнейшему преобразованию.

В качестве примера рассмотрим цикл преобразования воды, представленный на рисунке.

Из накопителя вода поступает в котёл, в котором нагревается в условиях замкнутого объёма до температуры 500 гр.С при этом расходуется энергия на её нагрев значительно меньшая чем энергия полученного пара в соотношении 1 : 77. При КПД системы 3% (при условии использования современных технологий преобразования пара) на электрогенераторе будет производится 2,3 электроэнергии относительно энергии инициации процесса. При преобразовании пара снова в воду и доставку её в паровой котёл будет расходоваться ещё 0,3 энергии. После чего вода вновь попадает в накопитель, и процесс начинается заново до бесконечности.
Таким образом, мы имеем:
Е(ин) = 1;
Е(зи) = 77;
Ф = 74,7 + 0,3 = 75.

E(2) =  E(зи) - Ф - E(ин)
E(2) =  77 – 75 – 1 = 1

Следовательно, на потребление будет использовано энергии равной затраченной на преобразования воды в пар. Но, при этом, не используется ни каких внешних источников энергии, а полученная энергия абсолютно экологична, так как система работает по абсолютно замкнутому циклу.

Как видно из приведенного примера эффективность рекуперативной энергетики в первую очередь зависит от эффективности преобразования энергии зависимого источника в электрическую энергию. Повышение КПД с современных трех процентов до девяноста откроет совершенно безграничные возможности рекуперативной энергетики.
Хочется надеяться, что это произойдет уже в этом веке.