1 - Phtf.spb.ru

Перечень вопросов по курсу «Физико - технические основы современной
энергетики»
(Осенний семестр 2009 г.)
В билете будет 2 вопроса и 1 задача. При подготовке можно пользоваться лекциями, но не
помощью коллег. В случаях неуверенного ответа, помощи коллег возможны доп. вопросы
по курсу.
Вопросы ниже:
1. Разновидности энергии
2. Единицы измерения энергии. Бытовая оценка соотношения Калорий и Джоулей.
3. Единицы измерения энергии. Сколько излучает человек?
4. Трансформация форм энергии.
5. Первичные и вторичные источники энергии.
6. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.
7. Основные современные способы получения энергии. Основные особенности
географии получения и потребления энергии в современном мире.
8. Классификация ТЭС.
9. Конденсационные электростанции (КЭС), устройство и принцип действия.
10. Оборудование КЭС, парогенератор, турбины.
11. ТЭЦ, устройство и принцип действия.
12. Устройство и принцип действия газотурбинных установок.
13. Устройство и принцип действия парогазовых установок.
14. Дизельные электростанции. Достоинства и недостатки.
15. Источники поступление энергии в океан. Океанские источники энергии.
16. Основы теории преобразования энергии волн.
17. Виды преобразователей энергии волны.
18. Приливы, их характерные параметры.
19. Основная схема установок приливной энергетики.
20. Использование энергии течений. Оценка запаса тепловой энергии океана.
21. Схемы ОТЭС, работающих по замкнутому и открытому циклу.
22. Ядерные силы и дефект масс. Зависимость дефекта масс от атомного номера.
23. Понятие цепной реакции. Быстрые и медленные нейтроны.
24. Коэффициент размножения нейтронов. Критическая масса.
25. Ядерное топливо и его получение. Методы обогащения ядерного топлива.
26. Неуправляемая ядерная реакция.
27. Упрощенная конструкция реактора АЭС и ее основные элементы. Система
управления и защиты ядерного реактора.
28. Классификация ядерных реакторов.
29. Сравнение ВВЭР и РМБК. Достоинства и недостатки.
30. Экологические аспекты ядерной энергетики. Утилизация ядерных отходов.
31. Причины ветра. Его виды. Характерные значения скорости ветра в мире, в России,
в Ленинградской области.
32. Классификация ветродвигателей
33. Стоимость ветряной электроэнергии. Проблемы и перспективы ветроэнерегетики.
34. Тепловой режим земной коры. Гидротермы. Происхождение и распространение
термальных вод.
35. Прямое использование геотермальной энергии.
36. ГеоТЭС с бинарным циклом. Циркуляционная геотермальная система.
37. Виды биотоплива. Биореактор. Основной тип биореактора и его устройство.
38. Энергетическая ферма. Пиролиз. Газификация.
39. Методы получения спирта. Использование.
1
40. Интенсивность солнечного излучения. Классификация солнечных электростанций.
41. Солнечные тепловые электростанции. Типы концентрирующих гелиоприемников.
42. Прямое использование тепловой солнечной энергии.
43. Фотоэлектрические свойства p-n перехода. ВАХ солнечного элемента.
44. Проекты фотоэлектрических солнечных электростанций.
45. Достоинства и недостатки солнечных станций. Перспективы развития.
46. Проблема аккумуляции энергии, получаемой от Солнца.
47. Сравнение МГД и турбогенератора. История изобретения – опыты Фарадея и
Волластона. Принцип действия МГД генератора.
48. Физические принципы фарадеевского генератора
49. Секционирование в Фарадеевском МГД-генераторе. Конструкция и принцип
действия.
50. Учет эффекта Холла. Холловский МГД-генератор. Конструкция и принцип
действия. Конструкция дискового Холловского генератора.
51. Сериесный МГД-генератор. Конструкция и принцип действия.
52. Проблемы и перспективы применения МГД-генераторов.
53. Проблема эффективного использования тепловой энергии.
54. Эффект Зеебека. ТермоЭДС. Характерные значения коэффициента термоЭДС.
55. Три причины возникновения термоЭДС.
56. Проблема ограничения КПД термопар.
57. Тонкопленочная термопарная поверхность. Многослойная тонкопленочная
термопара.
58. Применение термоэлектрических преобразователей. ТЭГ на ядерном топливе.
Радиоизотопный ТЭГ.
59. Высокоэффективный
термоэлектрический
преобразователь
на
основе
редкоземельных полупроводников SmS.
60. Термоэмиссия. Принцип действия термоэмиссионного преобразователя энергии.
61. Примеры термоэмиссионных преобразователей.
62. Гидроэлектростанции. Их основные сооружения.
63. Плюсы и минусы ГЭС.
64. Понятие энергии связи, его приложение к энергетике.
65. Зависимость энергии взаимодействия двух ядер от расстояния между ними.
Основные реакции синтеза для дейтерия и трития.
66. Отличие реакций УТС от синтеза на Солнце и в водородной бомбе.
67. Необходимые условия реализации УТС. Баланс энергии. Критерий Лоусона.
68. Критерий Лоусона и типы реакторов.
69. Квазинейтральность плазмы. Дебаевский радиус. Величина для Ne= 1013 см-3. Тe=
10 кэВ.
70. Определение плазмы. Дебаевский радиус. Величина для Ne= 1013 см-3. Тe= 1 кэВ.
71. Плазменная частота. Величина для Ne= 1013 см-3 и для Ne= 1023 см-3.
72. Циклотронные частота и радиус для В = 2 Т, Тe= 1 кэВ и для В = 0.5 Т, Тe= 10 кэВ.
73. Магнитное и плазменное давление. Параметр .
74. Дрейфы и вращательное преобразование.
75. Токамак. Определение. Магнитная конфигурация. Характерные параметры плазмы.
76. ITER, его основные задачи и параметры.
77. Стелларатор. Магнитная система. Параметры плазмы. Преимущества и недостатки
стеллараторов.
78. Понятия инерциального УТС. Особенности инерциального УТС.
79. Параметры мишени и драйвера. Достигнутые и планируемые параметры ИУТС
80. Параметр nτET. Динамика увеличения параметра nτET за последние 50 лет.
2
Примеры задач ниже:
1. При КПД ТЭС 30%, сколько вагонов торфа надо сжечь в течение часа, чтобы
получить электрическую мощность 1 ГВт? Удельная теплота сгорания торфа –
1.5*107 Дж/кг, вместимость вагона – 70 тонн. Ответ – 800 тонн, 11.4 вагона.
2. Мощность, переносимая в направлении распространения волны, на метр волнового
фронта, определяется формулой P=ρa2g2T/8π. Параметры волн – период Т=10 с,
амплитуда а=0.5 м. Рассчитать, какой длины надо построить преобразователь
энергии прибоя для Калининграда, если годовое потребление энергии там
составляет 2.6 млрд кВтч. КПД преобразователя энергии волн положить 70%.
Ответ: 43 км.
3. Какую площадь надо засадить кукурузой, чтобы получить выход топлива, равный
эффективности КиришиНефтеОргСинтез? Выход КиришиНефтеОргСинтез – 33
млн литров топлива в сутки. Из 1 тонны кукурузы можно получить 370 л спирта,
средняя урожайность кукурузы на юге России – 30 ц/га. Ответ: 110 тыс км2
(площадь Волгоградской области).
4. Определить энергию, выделяемую в реакции 23592U + 10n -> 14556Ba + 8836Kr + 310n.
Дефекты масс элементов: 23592U – 40.9МэВ, 10n – 8.1МэВ, 14556Ba – -67.8МэВ, 8836Kr
- -79.7 МэВ. Кинетической энергией замедленного нейтрона можно пренебречь.
Ответ:= 172.2 МэВ.
5. Какую площадь должны занимать солнечные батареи (здесь и далее – 2 кВт с 1 м2),
чтобы обеспечить потребности Санкт-Петербурга в электроэнергии (6300 МВт)?
Ответ – 3.15 км2.
Примерный перечень дополнительных вопросов:
Назовите известные 4 вида взаимодействий и их примеры
Назовите возобновляемые источники энергии
Назовите невозобновляемые источники энергии
Приведите примеры первичных источников энергии
Приведите примеры вторичных источников энергии
Сколько в среднем тратиться в мире энергии в – промышленности, офис-дом,
транспорт?
7. Какие страны обгоняют в темпах прироста потребления энергии весь мир?
8. Резкие отличия по потреблению угля в каких странах?
9. Резкие отличия по потреблению природного газа в каких странах?
10. Резкие отличия по потреблению гидроэнергии в каких странах?
11. Соотношение источников энергии в мировом потреблении?
12. Объясните, в чем состоит парниковый эффект?
13. Расскажите, что Вы знаете о Киотском протоколе?
14. Как работает (что делает) тепловая электростанция?
15. Назовите типы тепловых электростанций
16. Характерные вырабатываемые мощности на КЭС (ГРЭС)?
17. Основные тепловые потери КЭС?
18. Максимальные КПД КЭС?
19. Характерные вырабатываемые мощности на ТЭЦ?
20. Основные потери ГТУ?
21. Максимальные КПД ГТУ?
22. Максимальные КПД ПГУ?
23. Максимальные КПД дизельных ЭУ?
24. Максимальные мощности на ДЭУ?
25. Перечислите основные устройства и сооружения ГЭС.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
3
26. Назовите методы получения необходимого для ГЭС напора воды.
27. Назовите характерные мощности крупнейших ГЭС в России и в мире.
28. Перечислите основные проблемы строительства и использования ГЭС.
29. Назовите виды биотоплива?
30. Какой рабочий газ у биореактора?
31. Какой наиболее распространенный тип биореактора?
32. Что является наиболее распространенным сырьем для биореактора?
33. Что такое энергетическая ферма?
34. Назовите 3 основных процесса обработки биотоплива?
35. Что такое гидротерм?
36. Характерные мощности ГеоТЭС?
37. Недостатки ГеоТЭС?
38. Идея нового направления в использовании геотермальной энергии?
39. Назовите причину и факторы влияющие на скорость ветра?
40. Характерные значения скорости ветра?
41. В Ленинградской области где зона наибольших ветров?
42. Что такое в лопасти ветряка угол ее заклинения?
43. В лопасти ветряка как изменяется угол ее заклинения и почему?
44. Какой теоретический КПД у оптимизированных ветряков?
45. Назовите потери ветряных двигателей?
46. Какой реальный КПД у оптимизированных ветряков?
47. Какие характерные КПД и мощности турбин приливной энергетики?
48. Характерные значения себестоимости разных видов электроэнергии в цент/кВт·ч?
ГЭС, АЭС , ТЭС , Мировой океан., Ветер
49. Что такое энергия связи?
50. Как дефект масс зависит от атомного номера?
51. Что такое цепная реакция разветвленная и неразветвленная?
52. Как отличается скорость деления урана от энергии падающего нейтрона?
53. Для чего нужен замедлитель и из чего его делают?
54. Что такое коэффициент размножения k в ядерной реакции?
55. Что такое критическая масса, размер и объем ядерного устройства?
56. Для чистого (без замедлителя) 235U, имеющего форму шара, чему равна
критическая масса? И радиус шара?
57. Какая теоретически наименьшая критическая масса?
58. Какие принципы обогащения урана Вы знаете?
59. Какие типы ядерных реакторов Вы знаете по энергии нейторов?
60. Какие типы ядерных реакторов Вы знаете по размещению топлива?
61. Какие типы ядерных реакторов Вы знаете по виду теплоносителя?
62. Есть ли в мире природные ядерные реакторы?
63. В чем состоял опыт Фарадея?
64. Какие основные схемы соединений МГД генераторов Вы знаете?
65. Зачем нужно секционирование электродов в Фарадеевском МГД-генераторе?
66. В чем состоят основные преимущества МГД-генераторов?
67. Что Вы знаете про установку У-25?
68. Назовите основные причины того, что МГД-генераторы не получили широкого
применения?
69. Для чего нужны Термоэлектрические и термоэмиссионные преобразователи
энергии?
70. В чем состоит эффект Зеебека?
71. Причины возникновения ТермоЭДС?
72. КПД выпускаемых термоэлектрических преобразователей?
73. КПД термоэлектрического преобразователя на основе SmS?
4
74. Что такое термоэмиссия?
75. Что такое дебаевский радиус?
76. Что такое плазменная частота?
77. Определение плазмы?
78. Что такое циклотронная частота?
79. Что такое ларморовский радиус?
80. Что такое плазменное бэтта?
81. Основные реакции синтеза?
82. Сравнить удельное выделение реакции синтеза на Солнце и в человеке?
83. Что такое критерий Лоусона?
84. Чему равен критерий Лоусона для D+T реакции?
85. Чем различаются два подхода УТС – стационарный и импульсный?
86. Что такое токамак?
87. Чем стелларатор отличается от токамака?
88. Что Вы знаете о проекте ИТЭР?
5