Нетрадиционные источники получения электрической энергии. Нетрадиционные источники электроэнергии


Нетрадиционные источники получения электрической энергии

Поиск Лекций

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ

Потребности человечества в энергии

Использование многих природных ресурсов связано с производством энергии. Главным образом это ископаемое топливо, радиоактивные элементы и потенциальная энергия воды. Рост потребностей в электроэнергии приводит к необходимости расширения масштабов ее производства. Однако современные способы получения электроэнергии страдают существенными недостатками с точки зрения ущерба (прямого, косвенного или потенциального), наносимого окружающей среде.

Всего в 1988 г. всеми электростанциями мира было произведено 10 513 млрд. кВт/ч электроэнергии, а на территории бывшего СССР — 1 705 млрд. кВт/ч. В 1989 г. в СССР было произведено около 1 750 млрд. кВт/ч: 65% - ТЭС, 24% - ГЭС, 11 % - АЭС.

Рассмотрим основные виды электростанций и их экологическое воздействие на окружающую среду.

Тепловые электростанции.

Львиная доля мирового производства электроэнергии принадлежит тепловым электростанциям (ТЭС), работающим на ископаемом органическом углероде. Топливо (уголь, мазут, газ, сланцы) сжигается в топках паровых козлов, где его химическая энергия превращается в тепловую энергию пара.

В паровой турбине энергия пара переходит в механическую, которая в турбогенераторе превращается в электрическую. Тепловой коэффициент полезного действия обычной ТЭС (типа ГРЭС) составляет 37-39%. Около 2/3 тепловой энергии и остатков топлива в буквальном смысле слова вылетают в трубу, нанося огромный вред обширному региону (смотреть ниже рисунок).

ТЭС ежесуточно потребляют огромное количество топлива, зачастую привозимого издалека. Так, ГРЭС мощностью 2 млн. кВт ежесуточно сжигает 17 800 т угля, что соответствует 6-7 большегрузным составам, и, кроме того. 2500 т мазута. Весь уголь перемалывается в угольную пыль и непрерывно подается в топки котлов, туда же в больших количествах (150 тыс. м3) непрерывно поступает вода, к чистоте которой предъявляют весьма высокие требования.

Пар, отработавший в паровых турбинах, охлаждаясь, превращается в воду и затем снова отправляется в котлы. На охлаждение ежесуточно расходуется более 7 млн. м3 воды и при этом происходит тепловое загрязнение водоема-охладителя.

При работе ТЭС в атмосферу выбрасывается огромная масса золы и различных вредных химических веществ. Та же ГРЭС за год выбрасывает в атмосферу около 43 тыс. т золы, 220 тыс. т S02, 36-40 тыс. т оксидов азота.

Тепловые электростанции, работающие на природном газе, экологически существенно чище угольных, мазутных и сланцевых.

В последние годы было обнаружено, что радиационное загрязнение вокруг тепловой станции, работающей на угле, в среднем в 100 раз выше фона естественной радиации. Это связано с тем, что обычный уголь всегда содержит микропримеси урана-238. тория-232 и радиоактивный изотоп углерода. При работе ТЭС эти радионуклиды вместе с золой и другими продуктами сгорания поступают в атмосферу, почву, водоемы.

Гидроэлектростанции.

Гидроэлектростанции (ГЭС) представляют собой наиболее простые устройства для получения электроэнергии. Энергоноситель — вода — поступает в турбину ГЭС из верхнего бьефа реки (водохранилища, созданного плотиной) и уходит в нижний бьеф. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ГЭС, в среднем в четыре раза ниже, чем у тепловых электростанций, а ее самоокупаемость во столько же раз быстрее. Полные расчетные гидроресурсы рек планеты оцениваются в 1000 трлн. кВт/ч. Гидроресурсов, которые можно реализовать с помощью ГЭС, примерно в 30 раз меньше. По оценкам специалистов, даже при полном использовании потенциала всех рек планеты гидроэнергетика может обеспечить человечество электроэнергией не более чем на 25%.

На территории бывшего СССР находилось 12% мировых гидроресурсов. Использование этого потенциала составляло в среднем 20%, в том числе в европейской части — 39%, в Сибири — 20%, на Дальнем Востоке — менее 5%.

В промышленно развитых странах эффективность использования имеющихся гидроресурсов намного выше: в Канаде — около 50%, в Японии — 62%, в Швеции и Италии — 74%, во Франции и Швейцарии — более 90%, в США — около 44%.

Существенное отличие ГЭС от ТЭС и вместе с тем их огромное преимущество — высокая маневренность, т.е. возможность практически мгновенного автоматического запуска или отключения любого числа агрегатов. Это позволяет использовать мощные ГЭС в качестве «пиковых» электростанций, т.е. для обеспечения суточного графика нагрузки энергосистемы и компенсации потерь электроэнергии в сети при аварийном отключении мощностей ТЭС.

Если говорить о большой энергетике, то ГЭС можно разделить на две основные группы: построенные на крупных равнинных и горных реках. В обоих случаях требуется строительство плотин, создающих необходимый напор воды и запас сс в водохранилище для обеспечения равномерной работы ГЭС в течение года.

При строительстве крупных ГЭС на равнинных реках возникает множество экологических проблем, связанных с нарушением естественной миграции рыб и их нерестилищ, с затоплением плодородных пойменных земель, с развитием в застойных речных водах сине-зеленых водорослей и т.д.

Особенно противоречивая ситуация сложилась на Волге, перегороженной целым каскадом плотин, в результате чего было затоплено 1,78 млн. га прекрасных пойменных земель и 0.7 млн. га лесов. Зарегулирование стока Волги помимо чисто энергетических решало и комплекс других народнохозяйственных задач, о чем зачастую умалчивается, когда речь идет об ущербе, нанесенном плотинами экологии Волжского бассейна. Плотины обеспечили задержание и аккумулирование в водохранилищах паводковых вод, сделали возможным судоходство на всей Волге, смягчили климат региона, позволили развивать орошаемое земледелие. До создания на Волге водохранилищ на обширных просторах Среднего и Нижнего Поволжья свирепствовали катастрофические суховеи («черная мгла»), ежегодно происходили опустошительные наводнения, уносящие 2/3 годового стока реки, а в летнюю жару надолго нарушалось водное сообщение, резко уменьшался объем водопотребления.

Сейчас воды великой русской реки вращают десятки турбин волжских ГЭС обшей мощностью более 11 млн. кВт. Река обеспечивает водой население Москвы и других приволжских городов — в общей сложности более 60 млн. человек.

В Волгу ежегодно попадает около 7 млрд. м3 загрязненных сточных вод, в том числе более 1 млрд. м3 без всякой очистки, около 400 тыс. т различных органических загрязнений, более 45 тыс. т нефтепродуктов, огромное количество азотных удобрений, стоков животноводческих комплексов и т.д. Предприятия только одного Волгограда ежегодно сбрасывают в реку более 230 млн. м3 хозяйственно-бытовых и промышленных стоков. Плюс к этому — более 700 тыс. т в год атмосферных выбросов загрязняющих веществ, большая часть которых с осадками также стекает в Волгу. В этом, видимо, и кроется одна из главных причин экологического бедствия на Волге (впрочем, как и на других зарегулированных реках).

В развитых странах, имеющих сходные с нашими природные условия, также сооружаются большие водохранилища, объем которых составляет значительную часть речного стока: в Канаде — 28%, в США — 41%, в России — 27%. Из 10 имеющихся в мире крупнейших по площади затопления водохранилищ только три находятся на территории нашей страны; на третьем и четвертом месте — Куйбышевское и Братское водохранилища, на шестом — Рыбинское.

Из 25 самых мощных в мире гидроэлектростанций 7 находятся в странах СНГ, а из 25 самых высоких плотин — 5. Круппейшая в нашей стране ГЭС — Саяно-Шушенская (мощностью 6,4 млн. кВт) — занимает 5-е место в мире. Братская ГЭС (4,5 млн. кВт) — 13-е. Наиболее крупная ГЭС находится в Венесуэле и имеет мощность 10,3 млн. кВт. В Бразилии завершается строительство ГЭС мощностью 13,32 млн. кВт.

Атомные электростанции.

В реакторе атомной электростанции (АЭС) тепловая энергия выделяется за счет высвобождения энергии связи нейтронов и протонов при делении ядер урана-235 под воздействием нейтронов. Если при химическом сжигании 1 г угля выделяется 7 ккал теплоты, то при «сжигании» 1 г ядерного топлива — 20 млн. ккал, т.е. почти в 3 • 106 раз больше. Для агрегата ТЭС мощностью 1 млн. кВт ежесуточно требуется около 10 тыс. т угля, а в течение трех лет — 300 тыс. вагонов угля. А для АЭС той же мощности за три года (продолжительность непрерывной работы реактора АЭС без смены «горючего») потребуется всего 80 т ядерного топлива (2 вагона). Вследствие этого установка АЭС возможна в любом месте, где имеется достаточно много воды для охлаждения реактора, где нет серьезной сейсмической опасности, отсутствует осаждение грунта и нет угрозы разрушения здания АЭС в результате каких-либо внешних причин.

Типичная АЭС мощностью 1 млн. кВт за год подготавливает для захоронения не более 2 м3 радиоактивных отходов. Общее количество отходов, образуемых на всех АЭС бывшего СССР, составляло ежегодно всего около 30 т.

Гораздо большую проблему представляет захоронение различных радиоактивных веществ, накопившихся в ходе многолетней наработки плутония для ядерного оружия. Этих отходов в сотни раз больше, чем при производстве ядерного топлива для всех АЭС.

К концу 1989 г. в мире в эксплуатации находилось уже 434 ядерных энергоблоков, суммарная установленная мощность АЭС возросла на 7 млн. кВт. На территории бывшего СССР в начале 1990 г. эксплуатировалось 46 энергоблоков обшей мощностью около 37 млн. кВт. В конце января 1991 г. приостановлены, законсервированы или перепрофилированы пусковые стройки Ростовской, Крымской, Татарской, Башкирской АЭС, а также отдельные энергоблоки на Смоленской, Хмельницкой, Запорожской, Калининской и других АЭС. Прекращено проектирование и строительство 60 АЭС общей мощностью 160 млн. кВт.

Такая ситуация возникла в результате кардинального изменения общественного мнения в отношении атомной энергетики после аварии на Чернобыльской АЭС. После взрыва, выбросившего в атмосферу огромное количество ядерного топлива, ценная реакция деления ядер в реакторе прекратилась — реактор у тратил «критичность», однако температура в нем оставалась высокой еще долгое время за счет радиоактивных превращений. В течение месяца в атмосферу продолжали выделяться летучие радиоактивные нуклиды инертных газов, йода-131, теллура, цезия и др.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС пострадали согни тысяч людей (особенно дети) не только вблизи Чернобыля, но и далеко за его пределами — на Украине, в Белоруссии, в России. Образовались радиоактивные «следы» и «пятна» — места выпадения радиоактивного дождя. Выпадение радионуклидов обнаружено также на территории Австрии, ФРГ, Италии, Норвегии, Швеции, Польши, Румынии, Финляндии.

Авария на ЧАЭС стимулировала проведение комплексных научно-исследовательских и конструкторских работ по созданию новых поколений АЭС с предельно достижимой безопасностью. Атомная энергетика уже располагает проектами установок, способных к самоподавлению процессов, ведущих к тяжелым авариям, причем практически независимо от действий персонала. После Чернобыля специалистам во всем мире стало ясно, что только тесные контакты друг с другом и своевременное информирование общественности о всех нововведениях могут гарантировать дальнейшее бесконфликтное развитие атомной энергетики. В октябре 1989 г. Генеральная Ассамблея ООН призвала все государства стремиться к эффективному и гармоничному сотрудничеству «в использовании ядерной энергетики и применении необходимых мер в целях дальнейшего повышения безопасности ядерных установок».

Чернобыльская трагедия заставила пересмотреть и принципы размещения АЭС. В этом вопросе необходимо учитывать множество факторов: потребность региона в электроэнергии, природные условия, наличие достаточного количества воды, плотность населения, вероятность возникновения землетрясений, наводнений, характеристику верхних и нижних слоев грунта, грунтовых вод и т.д.

У северо-западной границы Республики Беларусь в 18 километрах от города Островец Гродненской области строится атомная электростанция.Согласно планам, первый блок АЭС должен быть введён в 2019 году, второй — в 2020 году (проект АЭС в РБ смотреть на рисунке).

 

Нетрадиционные источники получения электрической энергии

Наряду с традиционными источниками электроэнергии в мире ведется поиск иных путей удовлетворения все возрастающих энергетических потребностей человечества. Это использование энергии Солнца, тепла Земли, энергии ветра, энергии приливов-отливов, энергии термоядерного синтеза.

poisk-ru.ru

Нетрадиционные источники энергии.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде. Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Ветроэнергетика:

В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Автономные ветрогенераторы. Ветрогенераторы, работающие параллельно с сетью

Биотопливо

Жидкое: Биодизель, биоэтанол.

Твёрдое: древесные отходы и биомасса (щепа, гранулы (топливные пеллеты) из древесины, лузги, соломы и т. п., топливные брикеты)

Газообразное: биогаз, синтез-газ.

Гелиоэнергетика

Солнечные электростанции(СЭС) работают более чем в 80 странах.

Солнечный коллектор, в том числе Солнечный водонагреватель, используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии.

Фотоэлектрические элементы

Альтернативная гидроэнергетика

Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах — Франции,Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае.

Волновые электростанции

Мини и микро ГЭС (устанавливаются в основном на малых реках)

Водопадные электростанции

Аэро ГЭС (конденсация/сбор водяного пара из атмосферы и гидравлический напор 2-3 км)

Геотермальная энергетика

Используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии. На геотермальных электростанциях вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления.

Тепловые электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)

Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта посредством теплообмена)

Мускульная сила человека

Хотя мускульная сила является самым древним источником энергии, и человек всегда стремился заменить её чем-то другим, в настоящее время её значение растёт вместе с ростом использования велосипеда.

Грозовая энергетика

Грозовая энергетика — это способ использования энергии путём поимки и перенаправления энергии молний в электросеть. Компания Alternative Energy Holdings 11 октября 2006 года объявила о создании прототипа модели, которая может использовать энергию молнии. Предполагалось, что эта энергия окажется значительно дешевле энергии, полученной с помощью современных источников, окупаться такая установка будет за 4—7 лет.

Управляемый термоядерный синтез

Синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который носит управляемый характер. До сих пор не применяется.

Направления альтернативной энергетики помимо использования нетрадиционных источников энергии

Распределённое производство энергии

Новая тенденция в энергетике, связанная с производством тепловой и электрической энергии.

Водородная энергетика

На сегодняшний день для производства водорода требуется больше энергии, чем возможно получить при его использовании, поэтому считать его источником энергии нельзя. Он является лишь средством хранения и доставки энергии.

Водородные двигатели (для получения механической энергии)

Топливные элементы (для получения электричества)

Биоводород

Космическая энергетика

Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на околоземной орбите или на Луне. Электроэнергия будет передаваться на Землю в форме микроволнового излучения. Может способствовать глобальному потеплению. До сих пор не применяется.

Перспективы

Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.

 

Выключатели нагрузки.

Выключатель нагрузки — высоковольтный коммутационный аппарат, занимающий по уровню допускаемых коммутационных токов промежуточное положение между разъединителем (коммутации под нагрузкой запрещены (как исключение допускается включение на холостой ход трансформаторов и линий — см. подробнее Разъединитель) и выключателем (масляным,вакуумным, воздушным, электромагнитным, элегазовым) который способен отключать без повреждения как номинальные нагрузочные токи так и сверхтоки при аварийных режимах. Выключатель нагрузки допускает коммутацию номинального тока, но не рассчитан на разрыв токов при к.з. Отключение сверхтоков в таких выключателях осуществляется специальными предохранителями. Выключатели нагрузки устанавливаются в распредустройствах и подстанциях 6-10 кВ и допускают коммутацию до нескольких МВА, в зависимости от конструкции и номинального тока.

Разновидности выключателей нагрузок

• Автогазовые

• Вакуумные

• Элегазовые

• Воздушные

• Электромагнитные

Поскольку они не рассчитаны на отключение тока короткого замыкания, функции автоматического отключения трансформаторов в случае их повреждения возлагают на плавкие предохранители либо на выключатели, принадлежащие предшествующим звеньям системы, например на линейные выключатели, расположенные ближе к источнику энергии.

 

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА

Газовая защита- Принцип действия и область применения. Газовая защита предназначена для защиты силовых трансформаторов с масляным заполнением, снабженных расширителями, от всех видов внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газа, ускоренным перетеканием масла из бака в расширитель, а также от утечки масла из бака трансформатора.

Измерительным органом газовой защиты является газовое реле. Газовое реле представляет собой металлический сосуд с двумя поплавками (элементами), который врезается в наклонный трубопровод, связывающий бак трансформатора с расширителем. При нормальной работе трансформатора газовое реле заполнено трансформаторным маслом, поплавки находятся в поднятом положении и связанные с ними элек-трические контакты разомкнуты. При незначительном повреждении в трансформаторе (например, витковое замыкание) под воздействием местного нагрева из масла выделяются газы, которые поднимаются вверх, к крышке бака, а затем скапливаются в верхней части газового реле, вытесняя из него масло. При этом верхний из двух поплавков (элементов) опускается вместе с уровнем масла, что вызывает замыкание его контакта, а следовательно, предупредительный сиг-нал. При серьезном повреждении внутри трансформатора происходит бурное газообразование и под воз-действием выделившихся газов масло быстро вытесняется из бака в расширитель. Поток масла проходит через газовое реле и заставляет сработать нижний поплавок (элемент), который дает команду на отклю-чение поврежденного трансформатора. Этот элемент срабатывает также и в том случае, если в баке транс-форматора сильно понизился уровень масла, например при повреждении бака и утечке масла.

На панелях защит, выполненных на электромагнитных реле, установлены специальные указательные реле – «блинкеры», которые указывают на срабатывание той или иной защиты трансформатора. То есть при срабатывании газовой защиты «на сигнал», выпадает сигнал на соответствующем указательном реле

Короткозамыкатели

Короткозамыкатель — электрический аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания на землю в сетях электроснабжения.

Короткозамыкатели совместно с отделителями применяются в упрощённых схемах подстанций вместо более дорогих силовых выключателей. Подобная замена позволяет экономить значительные денежные средства, так как стоимость силовых выключателей довольно высока. Устанавливаются короткозамыкатели: в сетях с заземлённой нейтралью — на одну фазу, в сетях с изолированной нейтралью — на две. Включение короткозамыкателя происходит автоматически, отключение производят вручную.

 

Читайте также:

lektsia.com

Нетрадиционные источники электроэнергии

                        Нетрадиционные источники  электроэнергии. 

     Введение. О важности использования нетрадиционных  возобновляемых источников энергии в 21 веке вряд ли кого-то надо убеждать. Известно, что основные невозобновляемые   энергоресурсы, раньше или позже, исчерпаются. По прогнозам нефть должна закончиться лет через 40, газ через 80, уран через 80 – 100 лет, угля может хватить еще лет на 400.

     И что еще чрезвычайно важно , у  возобновляемых источников энергии  неоспоримые  преимущества в области  экологии. Некоторые возобновляемые виды энергии уже сегодня стоят не дороже энергии, получаемой за счет использования ископаемого топлива, и практически все они дешевле ядерной энергии.

     «Чистая»  становиться еще более приемлемой в сравнении с энергией, получаемой на базе ископаемого топлива, если в его стоимость включить цену ущерба, наносимого окружающей среде и здоровью людей при его добычи и использовании.

     К возобновляемым источникам энергии, как  известно, относятся: солнечное излучение,  энергия ветра, рек, водотоков, приливов и волн, биомассы, геотермальная энергия, рассеянная тепловая энергия воздуха и воды. Экономический потенциал возобновляемых источников энергии в мире оценивается примерно в 20 миллиардов тон условного топлива в год, т. е. в 2 раза превышает годовой объем добычи всех видов органического топлива.

     В настоящее время по данным Международного Энергетического Агентства производство электроэнергии за счет нетрадиционных возобновляемых источников энергии  оценивается более чем в 200 млрд. кВт * ч, что составляет около 5% общего её производства, к 2020 году оно достигнет 13% , к 2060 – 33%.

     Причём, вопреки общепринятому мнению, энергии  солнца, ветра и малых гидростанций может хватить для удовлетворения потребностей всего мира. Каждый год земля получает от Солнца энергии в 100 раз больше, чем её содержится во всех запасах ископаемого топлива.

     Согласно  оценке Агентства по охране окружающей среды США через 20 лет возобновляемые источники энергии смогут удовлетворить 1/3 мировой потребности в энергии  по сравнению с 1/17 частью сегодня. Ещё через 20 лет 2/3 потребности в энергии. Но в этих целях процесс развития нетрадиционной энергетики должен быть существенно ускорен. А для этого нужна воля правительства и энергетиков всех стран и, в первую очередь индустриально развитых.

     В России экономический эффективный  потенциал возобновляемых источников энергии составляет свыше 270 млн. т. условного топлива в год. Причем значительными возобновляемыми  ресурсами располагают большинство  регионов страны, в том числе и  проблемные, с точки зрения энергоснабжения. В настоящее время в России действуют несколько экспериментальных и опытно – промышленных электростанций, использующих возобновляемые энергоресурсы, это около 300 малых ГЭС, десятки небольших ветровых и солнечных установок, вклад которых в энергобалансе страны не превышает 0,1%. Однако, сегодня, как никогда ранее, необходимо более активно развивать энергетику на базе нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Причин к тому много:

     1) это возможность решения проблем обеспечения отдалённых и труднодоступных регионов меньшими силами и средствами;

     2) это необходимость сокращения  объемов дорогостоящего строительства  линий электропередачи, особенно  в труднодоступных и отдаленных  регионах;

     3) это использование электростанций на базе нетрадиционных возобновляемых источников энергии для оптимизации графиков загрузки оборудования на других электростанциях;

     4) это необходимость снижения вредных  выбросов от энергетики в экологически  напряженных регионах. Кроме того, это позволяет финансировать строительство электростанций на базе нетрадиционных возобновляемых источников энергии за счет использования оплаты «квот за выбросы»;

     5) это необходимость увеличения  объемов использования органических  энергоресурсов как сырья в  химической и других отраслях промышленности за счёт снижения их доли на выработку электроэнергии;

     6) это сохранение невозобновляемых  энергоресурсов для наших будущих поколений;

     7) это обеспечение энергетической  безопасности нашей страны.

     Более 70% территории нашей страны, это зона децентрализованного энергоснабжения, на которой постоянно проживает более 10 млн. человек, и туда мы вынуждены завозить топливо с большими трудностями, тратить на его доставку огромные средства, крайне неэффективно использовать его и при этом постоянно иметь проблемы с электроснабжением. Нужда в завозе значительной части топлива в эти районы может отпасть за счёт более широкого использования в этих регионах нетрадиционных энергоустановок.

     Поэтому ускоренное развитее нетрадиционной энергетики на базе возобновляемых источников в этих регионах может стать важным не только экономическим, но и социально-политическим, стабилизирующим фактором.

          

      

       Солнечная энергетика. Солнце-источник жизни на нашей планете и основной источник всех видов получаемой на ней энергии. В настоящее время большое внимание уделяется прямому использованию солнечной энергии. Несмотря на то, что самые южные районы России расположены севернее 42 – й параллели.

     В области солнечной энергетики наиболее перспективными признаны фотоэлектрические установки и электростанции с прямым преобразованием солнечного излучения в электроэнергию с помощью солнечных фотобатарей  из моно- (поли-) кристаллического или аморфного кремния.

     Сам фотоэффект был открыт Герцем в 1887г. и детально исследован  А. Г. Столетовым в 1888г. Несмотря на то, что фотоэффект известен уже давно, его практическое использование стало возможным только с применением полупроводников. При соприкосновении полупроводников, имеющих электронную (n- типа) и дырочную (р – типа) проводимости, на границе образуется контактная разность потенциалов вследствие диффузии электронов. Если полупроводник с дырочной проводимостью освещается, то его электроны, поглощая кванты света, переходят на полупроводник с электронной проводимостью. В замкнутой цепи при этом образуется электрический ток.

     Хотелось  бы отметить, что на кремневые фотоэлементы действуют как направленные, так и рассеянные солнечные лучи, и они могут успешно работать зимой и летом. Зимой снижение светового потока компенсируется увеличением КПД за счет понижение температуры.

     В настоящее время в мире наблюдается  настоящий бум производства фотоэлементов  для прямого преобразования солнечной  энергии в электрическую. Ежегодные  темпы их роста в последние 5 лет  составили 30%. В США годовое производство их в 2000г. достигло 60 МВт, в Японии – 80 МВт, в Германии 50 МВт. В Германии успешно реализуется вторая «Программа создания «Солнечных крыш».

     С помощью солнечных фотобатарей  можно создавать установки и  электростанции различной мощности, изменять их мощность путем добавления или снятия модулей. Такие установки отличаются малым расходом  энергии на собственные нужды, просто автоматизируются, безопасны в эксплуатации, надежны и ремонтопригодны. Солнечные фотоэнергетические установки могут работать как автономно, так и на сеть и состоят из солнечной батареи, инвертора, накопителя и системы автоматического управления.

     В НПО «Астрофизика» в 90-х годах  были изготовлены и испытаны в  ОАО «Ставропольэнерго» автономные гелиоэнергетические установки и блочные модульные электростанции мощностью 2.5 и 5 кВт на основе параболических концентратов с металлическими зеркалами диаметром 5 и 7 м и различными преобразователями, оснащенными автоматическими системами слежения за солнцем.

     Так же нужно отметить вниманием башенные солнечные электростанции разработки которых начались еще в СССР. Эти электростанции целесообразно строить в районах с большим числом солнечных дней в году . Схематический этот проект выглядит так:(рис.94 «Мир ищет энергию» Ю. Тёльдеши Ю. Лесны; рис. 12 «Малая энергетика России») размещенные на большой площади регулируемые плоские зеркала улавливают солнечные лучи и концентрируют их, направляя на паровой котел, установленный на вершине башни. При высоте башни 200-300 метров мощность такой электростанции может достигать 100 МВт. Но нужно так же отметить, что у таких установках есть существенные недостатки, например большая занимаемая площадь и сильная зависимость от погодных условий, что определяет возможное расположение этих установок только в местах с подходящим климатом и пространством.

     Солнечные коллекторы, производство которых в стране составляет в настоящее время 10-20 тыс. м^2 в год, применяются для автономного теплоснабжения в южных регионах России – в Краснодарском и Ставропольском краях, Республике Дагестан, Ростовской области. В Краснодарском крае эксплуатируются гелиоустановки горячего водоснабжения: в санатории им. Фрунзе(г.Сочи) установлено 92 коллектора площадью 198,7 м^2 (92/198,7), на котельной в г.Тимашевске-340/326, на городском рынке в г.Краснодаре-102/220, в локомотивном депо в г.Тихорецке-120/96, в издательстве «Советская Кубань»-432/260 соответственно.

     На  юге Франции, в департаменте Восточные  Пиренеи, есть пустынная возвышенность  Сердань. Там, лишь изредка встречаются человеческие постройки, но возле селения Одейо, всего в нескольких метрах от старинной деревенской церкви взору открывается блистающий объект поистине фантастической красоты – это крупнейшая в мире «солнечная печь», построенная под руководством физикохимика Феликса Тромба. Параболическое зеркало высотой 50 метров, составляющее северную стену установки, различные зеркальные элементы, отражающиеся солнечные лучи и сверкание вокруг, как и само гигантское сооружение в виде амфитеатра на высоте 1800 метров над уровнем моря, производят сказочное впечатление на любого, кому доведется побывать в этих местах. Большое вогнутое зеркало имеет площадь 2500 м^2, а общая поверхность рефлекторов составляет 3000 м^2.Система из 63 подвижных плоских зеркал площадью 45 м^2 каждое, размещенных на склоне и повернутых к солнцу, направляет солнечные лучи на большое параболическое зеркало. Лучи собираются в фокусе зеркала, в здании, отстоящем на 18 м. Горячая фокальная зона имеет диаметр около 40 см, и максимальная мощность здесь достигает 1100 кВт, а температура 3800 С. Никакой метал или минералы неспособны выдержать такой температуры; сила концентрированной солнечной энергии достаточна, чтобы расплавить любое вещество. А совсем рядом с фокусом температура практический не изменяется. (рис.89-91 «Мир ищет энергию» Ю. Тёльдеши, Ю. Лесны).

     Сегодня наиболее перспективным является создание солнечных комплексных установок  теплоснабжения и горячего водоснабжения для индивидуальных потребителей, так как даже в средней полосе России 1 м^2 солнечного коллектора экономит до 100-150 кг условного топлива в год. (Такие солнечные установки показаны на рис.10-11 «Малая энергетика России» А. Ф. Дьяков).

     В ближайшие годы намечается построить 391 гелиоустановку горячего водоснабжения  общей мощностью свыше 10 Гкал/ч для жилых домов и четыре солнечные станции с дублирующими котлами на соломе общей мощностью 1,5 Гкал/ч для крупных посёлков Ростовской обл. В Республике Дагестан будут сооружены три солнечные водонагревательные установки для больниц и установка солнечно – теплонасосного теплоснабжения поселка.

       Хотелось бы отметить, что для  ускорения развития солнечной  энергетики было бы целесообразно  объединить усилие заинтересованных  предприятий  и организаций  и разработать программу производства  эффективных  солнечных элементов, например из монокристаллического кремния с КПД 18-20% и из аморфного кремния с КПД 13- 15%.   

     Ветроэнергетика. Мы живем на дне воздушного океана, в мире ветров. Люди давно это поняли, они постоянно ощущали на себе воздействие ветра, хотя долгое время не могли объяснить многие явления. Наблюдением за ветрами занимались ещё в Древней Греции. Уже в III в. до н. э. было известно, что ветер приносит ту или иную погоду. В Афинах около 100 л. до н.э. построили так называемую башню ветров с укрепленной на ней «розой ветров» (В современной метеорологии «розой ветров» называют график, который показывает распределение направлений или скоростей ветра в данной местности). Мы никогда бы не знали ветра, если температура и давление атмосферного воздуха всегда бы были одинаковы во всех точках земли, так как именно из–за перепада давления воздуха возникает такое природное явление, как ветер. Что бы его охарактеризовать, нужно указать его направление и скорость (силу), которая по шкале Бофорта (стр.157 «Мир ищет энергию») измеряется в баллах.

     Люди  давно задумывались над тем, как  использовать эту силу – нередко  разрушительную – для своих нужд, как сделать её источником полезной энергии. Ведь ветропотенциал только России оценивается в 40 млрд. кВт * ч электроэнергии в год, т. е. около 20000 МВт ( рис. 13 «Малая энергетика России» ).

     Энергию горизонтально перемещающихся воздушных  масс люди научились использовать «в промышленных масштабах» еще в древние времена: они заставили ветер двигать лодки и корабли, переправлять по морю людей и грузы и не захотели на этом остановиться. Прогресс брал свое, и с каждым годом рождались новые идеи и изобретения, где основным источником энергии был ветер.

stud24.ru

96. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

К категории нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ), которые также часто называют альтернативными, принято относить несколько не получивших пока широкого распространения источников, обеспечивающих постоянное возобновление энергии за счет естественных процессов. Это источники, связанные с естественными процессами в литосфере (геотермальная энергия), в гидросфере (разные виды энергии Мирового океана), в атмосфере (энергия ветра), в биосфере (энергия биомассы) и в космическом пространстве (солнечная энергия).

Среди несомненных достоинств всех видов альтернативных источников энергии обычно отмечают их практическую неисчерпаемость и отсутствие каких-либо вредных воздействий на окружающую среду. Хотя второй из этих тезисов ныне оспаривают не только отдельные географы и экологи, но и эксперты ООН, никто не отрицает, что они могли бы сыграть определенную роль в укреплении энергетической и экологической безопасности многих стран. Действительно, использование НВИЭ способствовало бы сбережению органических видов топлива и соответственно уменьшению поступления продуктов их сгорания в атмосферу, снижению объемов перевозок этих видов топлива (а следовательно, и транспортных расходов), рационализации топливно-энергетических балансов и др.

Однако на пути широкого использования НВИЭ существует и немало серьезных препятствий, прежде всего технико-экономического характера. Это крайнее непостоянство большинства таких источников энергии во времени и в пространстве, малая плотность потоков энергии, с чем непосредственно связаны высокая капиталоемкость строительства и себестоимость энергии, длительные сроки строительства, значительная степень разного рода рисков.

В целом баланс положительных и отрицательных факторов использования НВИЭ пока можно охарактеризовать как складывающийся с перевесом факторов второй группы. Показательно, что наибольший интерес к ним стали проявлять в период мирового энергетического кризиса 1970-х гг., когда цены на традиционные энергоносители резко поднялись. В 1981 г. в Найроби (Кения) состоялась специальная конференция ООН, на которой была принята мировая «Программа действий по использованию новых и возобновляемых источников энергии». Однако после того, как традиционные энергоносители снова подешевели, интерес к альтернативным значительно снизился. В настоящее время их доля в мировом топливно-энергетическом балансе не превышает 1 %. Только в очень немногих странах и регионах, где отсутствуют запасы органического топлива и ресурсы гидроэнергии, но имеются благоприятные условия для использования альтернативных источников энергии, доля их в таких балансах оказывается значительной. В остальных же странах и регионах они имеют сугубо местное значение, снабжая энергией мелких и территориально рассредоточенных потребителей.

Однако нельзя не учитывать и того, что за последние два десятилетия в мире был достигнут значительный прогресс в повышении экономичности использования нетрадиционных источников энергии. Так, существенно снизились затраты на строительство ветровых и солнечных электростанций, что повысило их конкурентоспособность даже в сравнении с обычными ТЭС, работающими на органическом топливе. В свою очередь, это стало возможным в результате разработки принципиально новых технологий использования альтернативных источников энергии. Большое значение имеет также проводимая в США, Японии, Китае, Индии, во многих странах Западной Европы политика стимулирования их использования. Она обычно предусматривает налоговые льготы на разработку оборудования, предоставление кредитов – государственных и частных, принятие специальных законодательных актов. Исходя из этого и прогнозы дальнейшего использования этих источников энергии относительно оптимистичны. Так, по оценке Мирового энергетического совета (МИРЭС), в 2020 г. даже при минимальном варианте прогноза они могут обеспечить выработку 540 млн тут (в нефтяном эквиваленте) и составить 3–4 % мирового потребления топлива и энергии. А при максимальном варианте эти показатели возрастут предположительно до 1350 млн тут и8—12 %.

Источники геотермальной энергии отличаются не только неисчерпаемостью, но и довольно широким распространением: ныне они известны более чем в 60 странах мира. Но сам характер использования этих источников во многом зависит от их природных особенностей.

Низко– и среднетемпературные «подземные котлы» (с температурой до 150 °C) используют в основном для обогрева и теплоснабжения: природную горячую воду по трубам подают к жилым, производственным и общественным зданиям, теплицам, оранжереям, плавательным бассейнам, водолечебницам и т. д. Термальные воды используют для прямого обогрева во многих странах зарубежной Европы (Франция, Италия, Венгрия, Румыния), Азии, (Япония, Китай), Америки (США, страны Центральной Америки), Океании (Новая Зеландия). Но, пожалуй, наиболее ярким примером такого рода может служить Исландия.

В этой стране, практически лишенной других источников энергии, пресные термальные воды начали осваивать еще в конце 1920-х гг., но первая в мире крупная система геотермального водоснабжения вступила тут в строй только в конце 1950-х гг. Горячую воду из почти ста глубоких скважин по специальной теплотрассе подают в столицу страны – Рейкьявик и соседние поселения. Ею отапливают жилые и общественные здания, промышленные предприятия, оранжереи и в особенности теплицы, полностью обеспечивающие потребности жителей в огурцах и помидорах и снабжающие их яблоками, дынями и даже бананами.

Высокотемпературные (более 150 °C) термальные источники, содержащие сухой или влажный пар, выгоднее всего использовать для приведения в движение турбин геотермальных электростанций (ГеоТЭС).

Первая промышленная ГеоТЭС была построена в итальянской провинции Тоскана, в местечке Лардерелло около Пизы, в 1913 г. Затем в Италии стали работать и другие небольшие ГеоТЭС. В 1920-х гг. начали строить ГеоТЭС в Японии, в 1950-х – в Новой Зеландии и Мексике, в 1960-х – в США, в 1970-х – в Китае, Индонезии, Турции, Кении, Сальвадоре, на Филиппинах, в 1980-х – в ряде стран Центральной Америки, в 1990-х – в Австралии. Соответственно и суммарная мощность ГеоТЭС стран мира возрастала следующим образом (в тыс. кВт): в 1950 г. – 240, в 1960 г. – 370, в 1970 г. – 715, в 1980 г. – 2400, в 1990 г. – 8770. Число стран, имеющих ГеоТЭС, уже превышает 20.

До недавнего времени внеконкурентное первое место по количеству (около 20) и мощности (более 3,2 млн кВт) ГеоТЭС занимали США. В этой стране геотермальные электростанции работают в штатах Юта, Гавайи, но большинство их находится в северной части Калифорнии, в Долине гейзеров. Однако с начала 1990-х гг. разработки геотермальных источников в США явно замедлились, почти прекратилась практика предоставления разного рода льгот производителям и потребителям геотермальной энергии. К тому же ГеоТЭС в Долине гейзеров пострадали от падения внутреннего давления и уменьшения поступления горячего пара. Так что в последнее время строительство новых ГеоТЭС в стране не происходило.

Вторым мировым лидером в области геотермальной электроэнергетики стали Филиппины, которые уже в 1995 г. имели несколько ГеоТЭС мощностью 2,2 млн кВт и ныне, по-видимому, по этому показателю уже обогнали США. Первая ГеоТЭС была сооружена здесь в 1977 г. (с помощью иностранного капитала). Согласно расчетам, к 2000 г. геотермальные электростанции этой страны должны были удовлетворять до 30 % ее потребности в электроэнергии. Далее по размерам производства электроэнергии на ГеоТЭС следуют Мексика, Италия и Япония.

Среди ученых нет единого мнения о перспективах развития геотермальной электроэнергетики. Одни считают эти перспективы довольно ограниченными, исходя из того, что на Земле (в том числе и при помощи космических снимков) разведано лишь около ста «горячих точек» конвективного выхода глубинного тепла Земли. Другие, напротив, оценивают эти перспективы весьма высоко. Можно добавить, что главным координатором работ в этой области служит Международная геотермальная ассоциация, периодически созывающая свои симпозиумы.

Использование энергии ветра началось, можно сказать, на самом раннем этапе человеческой истории.

«Ветер служил человечеству с той поры, – пишут американские экологи супруги Ревелль, – как первобытные люди впервые подняли парус над хрупким челноком, выдолбленным из цельного бревна. Преобладающие западные ветры были той силой, которая обеспечила открытие Нового Света и несла испанскую армаду от победы к победе. Пассаты надували паруса больших клиперов и помогли открыть Индию и Китай для торговли с Западом».[58] Они же упоминают о том, что древние персы использовали силу ветра для размола зерна, и о том, что в средневековой Голландии ветряные мельницы служили не только для размола зерна, но и для откачки воды с польдеров. В середине XIX в. в США был изобретен многолопастной ветряк, использовавшийся для подъема воды из колодцев. Но получать при помощи ветра электроэнергию первыми научились датчане в 1890 г.

Технологические основы современной ветроэнергетики разработаны уже достаточно хорошо.

Пока наибольшее распространение получили малые и средние ветроэнергетические установки (ВЭУ) мощностью от 100 до 500 кВт. Но уже началось серийное производство ветротурбин мощностью от 500 до 1000 кВт. Их ротор имеет диаметр от 35 до 80 м, а высота башни достигает 90 м. Малые ветроустановки обычно используют для автономной работы (например, на отдельной ферме), а более крупные чаще концентрируют на одной площадке, создавая так называемую ветровую ферму. Самым крупным производителем ветродвигателей была и остается Дания, за которой следуют Германия, США, Япония, Великобритания, Нидерланды.

В последние два десятилетия ветроэнергетика развивалась более высокими темпами, чем энергетика, использующая остальные виды НВИЭ. Отсюда и значительный рост мощностей ветроустановок в мире. В 1981 г., когда началось их применение в американском штате Калифорния, общая их мощность составляла всего 15 тыс. кВт. К 1985 г. она возросла до 1,1 млн, к 1990 г. – до 2 млн, к 1995 г. – до 5 млн (все такие установки давали тогда 8 млрд кВт ч электроэнергии), а к 2000 г. – до 13 млн кВт. Согласно некоторым прогнозам, в 2006 г. она может достигнуть 36 млн кВт.

География мировой ветроэнергетики претерпела довольно существенные изменения. До середины 1990-х гг. по суммарной мощности ВЭУ (или ветроэлектростанций – ВЭС) первое место занимали США: в 1985 г. на эту страну приходилось 95 %, да и в 1994 г. – 48 % всех мировых мощностей. Почти все они сконцентрированы здесь в штате Калифорния, где находятся и самые крупные в стране отдельные ветро-электростанции и самые большие «ветровые фермы» (на одной из них размещено около 1000 ВЭУ, так что ее суммарная мощность превышает 100 тыс. кВт). Кроме того, такие установки работают в штатах Нью-Мексико, Гавайи, Род-Айленд, ведется или намечается их сооружение и в нескольких других штатах.

Однако во второй половине 1990-х гг. мировое лидерство в ветроэнергетике перешло к Западной Европе, где уже в 1996 г. было сосредоточено 55 % мировых мощностей ветроэнергетических установок. Ветроэлектростанции уже работают в 14 странах Западной Европы, причем в первую их пятерку входят Германия, Дания, Нидерланды, Великобритания и Испания, но определяющая роль принадлежит двум первым из них.

До начала 1990-х гг. европейское первенство удерживала страна – родоначальник ветроэнергетики– Дания. Тем не менее во второй половине 1990-х гг. Дания уступила его Германии, мощности ветроустановок которой в 1999 г. достигли 4 млн кВт, а выработка электроэнергии на них – б млрд кВт ч. К тому же в отличие от Дании, где преобладают мелкие автономно работающие установки, для Германии более характерны крупные «ветровые фермы». Больше всего их на самом «продуваемом» участке ее территории – побережье Северного моря в пределах земли Шлезвиг-Гольштейн. В 2005 г. здесь была введена в строй крупнейшая в мире ВЭУ, которая ежегодно производит 17 млн квт-ч электроэнергии.

В целом еще в середине 1990-х гг. ветроэнергетические установки Западной Европы обеспечивали бытовые потребности в электроэнергии примерно 3 млн человек. В рамках ЕС была поставлена задача к 2005 г. увеличить долю ветроэнергетики в производстве электроэнергии до 2 % (это позволит закрыть угольные ТЭС мощностью 7 млн кВт), а к 2030 г. – до 30 %.

Из других стран мира, имеющих перспективы для развития ветроэнергетики, можно назвать Индию, Китай и Японию в Азии, Канаду в Северной Америке, Мексику, Бразилию, Аргентину, Коста-Рику в Латинской Америке, Австралию. Но настоящий рывок в этой сфере в 1990-е гг. предприняла только Индия, которая, с одной стороны, испытывает дефицит традиционных видов топлива, а с другой – обладает значительным потенциалом ветроэнергетических ресурсов, обусловленным муссонной циркуляцией воздушных масс в сочетании с особенностями строения рельефа страны. В результате осуществления большой государственной программы строительства ВЭУ, рассчитанной на привлечение иностранного капитала, Индия по их суммарной мощности уже обогнала Данию и вышла на третье место в мире после США и Германии.

Хотя солнечную энергию использовали для обогрева домов еще в Древней Греции, зарождение современной гелиоэнергетики произошло только в XIX в., когда был сконструирован солнечный коллектор для подогрева воды, а становление ее – уже в XX в. Наиболее благоприятные условия для широкого использования солнечной энергии существуют на территориях, расположенных южнее 50-й параллели. Что же касается самого ее преобразования в тепловую или электрическую энергию, то его можно осуществлять при помощи трех технико-технологических способов.

Первый способ, который получил наиболее широкое распространение, – это теплоснабжение с использованием солнечных коллекторов-водонагревателей, которые неподвижно устанавливают на крышах домов под определенным углом к горизонту. Они обеспечивают нагрев теплоносителя (вода, воздух, антифриз) на 40–50 °C по сравнению с температурой окружающей среды. Их применяют также для кондиционирования воздуха, сушки сельскохозяйственных продуктов, опреснения морской воды и др. Больше всего таких установок теплоснабжения имеют США и Япония, но самая высокая плотность их из расчета на душу населения достигнута в Израиле и на Кипре. Так, в Израиле 800 тыс. солнечных коллекторов обеспечивают горячей водой 70 % жителей этой страны. Солнечные коллекторы применяются также в Китае, Индии, ряде стран Африки (преимущественно для привода в действие насосных установок) и Латинской Америки.

Второй способ заключается в преобразовании солнечной энергии уже не в тепловую, а в электрическую, причем «напрямую» – при помощи фотоэлектрических установок (солнечных батарей) на кремниевой основе – наподобие тех, которые устанавливают на космических аппаратах. Первая такая электростанция была сооружена в Калифорнии в 1981 г., а затем они появились и в других регионах США, и в других странах. Хотя получаемая при их помощи электроэнергия продолжает оставаться еще весьма дорогой (30 центов за 1 кВт ч), наиболее богатые страны уже развернули широкую кампанию за установку солнечных батарей на крышах и фасадах домов. Лидерство в этом деле захватила Япония, которая контролирует также около 1/3 мирового рынка фотоэлектрических элементов. Но и Германия уже приступила к осуществлению программы под названием «1000 крыш и фасадов», а в США в 1997 г. тогдашний президент страны Клинтон провозгласил программу «Миллион крыш».

Наконец, третий способ, также обеспечивающий превращение солнечной энергии в электрическую, реализуется при помощи сооружения собственно солнечных электростанций (СЭС), которые подразделяются на два типа – башенные и параболические.

В 1970-х – начале 1980-х гг. башенные СЭС были построены в США, Японии, Испании, Италии, во Франции, в СССР, но затем они были остановлены из-за неконкурентоспособности. Однако опыт, накопленный при их эксплуатации, позволил начать проектирование нового поколения таких СЭС. На мировом «солнечном саммите», проведенном в середине 1990-х гг., была разработана Мировая солнечная программа на 1996–2005 гг., имеющая глобальные, региональные и национальные разделы.

Биомасса также представляет собой особый класс энергоресурсов, включающий в себя древесину, отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности, растениеводства и животноводства. Когда биомассу относят к НВИЭ, то имеют в виду не прямое ее сжигание, например в виде дров или навоза, а газификацию и пиролиз, биологическую переработку с целью получения спиртов или биогаза. Для этой цели в зависимости от сельскохозяйственной специализации той или иной страны обычно используют отходы сахарного тростника, рисовую шелуху, стебли кукурузы, хлопчатника, скорлупу кокосовых, земляных и других орехов, а также навоз. Производство биогаза, хотя и полукустарными способами, получило наибольшее развитие в Китае, где насчитывают миллионы биогазовых установок, рассчитанных на одну семью. Быстро растет число таких установок в Индии. Есть они также в странах Юго-Восточной Азии, Центральной Америки, СНГ.

Крупнейший в мире производитель этилового спирта – Бразилия. С целью замены импортной нефти здесь в 1970-х гг. была разработана, а затем осуществлена в широких масштабах специальная программа «Этанол», предусматривавшая создание специальных плантаций сахарного тростника, из которого получают этиловый спирт, сооружение в сельской местности 280 дистилляционных заводов. Теперь значительная часть автопарка страны работает либо на чистом этаноле, либо на спирто-бензиновых смесях.

К альтернативным источникам энергии можно отнести также синтетическое горючее. В качестве сырья для его получения обычно рассматривают каменный и бурый уголь, горючие сланцы, битуминозные песчаники и биомассу.

Опыт получения синтетической нефти при помощи гидрогенизации угля имелся еще в Германии 1930-х гг. После начала энергетического кризиса многие страны Запада разработали обширные программы получения синтетического горючего из угля при помощи этого способа. То же относится и к газификации угля. Только в США, согласно энергетической программе президента Форда, намечалось построить 35–40 заводов по переработке угля в горючий газ. Но большинству этих программ не суждено было сбыться. Когда нефть снова подешевела, они потеряли актуальность. Жидкое горючее из угля в промышленных масштабах получает только ЮАР, где в 1980-х гг. оно наполовину удовлетворяло потребности страны в автомобильном топливе.

Крупнейшими ресурсами горючих (битуминозных) сланцев обладают страны СНГ, Эстония, США, Бразилия, Китай. По данным МИРЭК, из уже разведанных и доступных для извлечения запасов этих сланцев можно получить 40–50 млрд т нефти, что сравнимо с запасами зоны Персидского залива! Но в промышленных масштабах получение «сланцевой» нефти пока не практикуется.

То же можно сказать и об использовании битуминозных песчаников, запасы которых особенно велики в Канаде, Венесуэле и Колумбии. В Канаде они залегают на площади 75 тыс. км2 в бассейне р. Атабаска (провинция Альберта). Подсчитано, что они содержат до 130 млрд т нефти, из которых доступны для извлечения 30–40 млрд т. В начале 1970-х гг. здесь были созданы мощности, позволявшие получать несколько миллионов тонн нефти. Но этот эксперимент не был продолжительным. Помимо высокой себестоимости такой нефти, сказалась и угроза состоянию окружающей среды. В Венесуэле, в так называемом поясе Ориноко, запасы тяжелой нефти, содержащейся в песчаниках, оцениваются в 185 млрд т, извлекаемые – в 40 млрд т. Их используют для получения смеси битума и воды, которую применяют как топливо.

Россия обладает большими ресурсами практически всех видов нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Их экономически оправданный потенциал, предназначенный для первоочередного освоения, составляет в общей сложности 275 млн т условного топлива в год, т. е. примерно 1/4 годового потребления энергетических ресурсов в стране (в том числе геотермальная энергия – 115 млн тут, энергия биомассы – 35 млн, энергия ветра– 10 млн, солнечная энергия – 13 млн тут). Однако доля используемых НВИЭ в стране незначительна – всего 1 %, а ежегодное замещение органического топлива всеми их видами составляет 1,5 млн тут. В России как в стране очень богатой органическим топливом и гидроэнергией в течение длительного времени основное внимание традиционно уделялось крупнейшим и крупным энергетическим объектам. В условиях же хронического дефицита материально-финансового обеспечения трудно предвидеть их развитие в ближайшем будущем. Исключение составляет обширная зона Севера России, где более 70 % территории с населением в 20 млн человек образуют особый регион децентрализованного энергоснабжения. Вот почему федеральная программа «Энергообеспечение северных территорий в 1996–2000 гг.» предусматривала частичную замену доставляемого сюда органического топлива местными альтернативными источниками энергии. Энергетическая стратегия России исходит из того, что в 2010 г. НВИЭ будут удовлетворять 1 % потребностей страны в энергии.

studfiles.net

Нетрадиционные способы и источники получения энергии

Введение

Энерговооруженность является основой технического прогресса. Энергетический кризис 1970-х годов существенно обострил проблему энергообеспечения общества. Стало ясно, что период дешевых и легко доступных источников энергии окончился. Энергетические проблемы неразрывно переплелись с экономическими, экологическими, социальными и политическими проблемами. Энергетика стала одним из главнейших факторов, определяющих развитие мировой экономики.

В этих условиях особую актуальность приобрела задача поиска новых, нетрадиционных способов и источников получения энергии, в особенности возобновляемых. К таким источникам относятся:

 Солнечное излучение.

 Гидравлическая энергия малых рек.

 Геотермальное тепло.

 Энергия ветра.

 Энергетические ресурсы мирового океана.

В настоящее время мировая потребность в первичной энергии оценивается величиной 12 млрд. тонн условного топлива. Энергопотребление в России составляет менее 1 млрд. тонн в год. Данныеозапасах топливно-энергетических ресурсов РФ приведены в табл. 1. (см. Приложение).

Если ориентироваться только на запасы органического топлива, то, несомненно, необходим возврат к увеличению доли каменных и бурых углей в топливном балансе страны. Нефть и газ являются высокоценным сырьем, а их запасы по сравнению с запасами угля примерно в 20 раз ниже. Однако уголь является экологически «грязным» топливом. Кроме того, его добыча связана с повышенными затратами и риском, так как запасы каменного угля в настоящее время сохранились в основном на большой глубине.

Поэтому настоятельно необходимо вовлечение в производство других видов первичной энергии, таких как:

гидравлическая энергия малых рек;

ветровая;

приливная;

геотермальная;

солнечная.

Современный вклад в мировое энергопроизводство на основе солнечной, ветровой, приливной энергии составляет 0,1%, а установленная мощность электростанций, использующих эти энергоресурсы достигает 36 ГВт. В то же время технически осуществимый потенциал этих энергоисточников в мире составляет (млрд. тонн):

солнечная энергия …………. 6,0;

энергия ветра ………………. 2,8;

геотермальная энергия ……. 1,0.

По самым осторожным оценкам, в условиях России только за счет солнца и ветра можно получать до 0,5 млрд. тонн топлива в год. Это составляет 20–25% максимально возможного потребления энергии в РФ на достаточно отдаленную перспективу. Данные о потенциале нетрадиционных источников энергии в РФ приведены в табл. 2.

Малые гидроэлектростанции

Технически возможный гидроэнергетический потенциал составляет примерно 10% от полных запасов разведанного органического топлива. В настоящее время выработка на гидроэлектростанциях (ГЭС) РФ составляет 6% от общего производства электроэнергии. Опыт строительства гидроэлектростанций в бывшем СССР показал, что сооружение крупных ГЭС возможно только в экономически развитых странах из-за огромных затрат как на строительство, так и на природоохранные мероприятия. Кроме того, необходимы крупные капиталовложения на поддержку в работоспособном состоянии всего комплекса гидротехнических сооружений.

Поэтому использование гидроэнергетического потенциала на современном этапе возможно лишь на основе широкого применения гидроустановок (ГЭУ) малой мощности. Установки мощностью менее 0,1 МВт относится к категории микро-ГЭС. Станции мощностью менее 30 МВт могут быть построены как на малых и средних реках, так, в отдельных случаях, и на реках крупных (при низконапорных гидроузлах или при неполном использовании стока). В Российской Федерации находятся в эксплуатации малые ГЭС (МГЭС) суммарной мощностью 545 МВт. Они вырабатывают 1940 млн. кВт×ч электроэнергии в год. Практически все эти МГЭС расположены на Европейской территории РФ, При этом, основные суммарные мощности МГЭС (более 2/3) приходятся на районы Северо-Запада и Северного Кавказа.

ГЭУ малой мощности могут строиться на основе плотинной и деривационной схем, а также на базе использования энергии свободного потока воды.

Для увеличения мощности ГЭС, использующей энергию свободного потока, необходимо увеличивать скорость воды за счет применения сопл на входе и выходе установки.

ГЭУ на основе энергии свободного потока могут монтироваться на сваях или располагаться на плотах (так называемые наплавные ГЭС).

Ветроэнергетические установки

В мировой практике широко используются ветроэнергетические установки (ВЭУ). Некоторые из них достигают предельной для ветроагрегатов мощности в 3–4 Мвт (табл. 3). (см. Приложение)

ВЭУ применяются для привода насосных станций, опреснения минерализованных вод, мелиорации земельных угодий. В настоящее время применяют ВЭУ двух конструктивных типов:

с горизонтальной осью вращения, параллельной воздушному потоку;

с вертикальной осью вращения, перпендикулярной воздушному потоку.

Для ВЭУ первого типа применяют двухлопастное ветроколесо, которое обеспечивает более высокую энергоемкость, чем многолопастное. Защита от разрушения лопастей при чрезмерной силе ветра осуществляется поворотным механизмом, который при предельной скорости ветра разворачивает лопасти во флюгерное положение. Недостаток ветродвигателей с горизонтальной осью вращения состоит в необходимости установки их на достаточно высокой башне. Это связано, во-первых, с обеспечением свободного пространства для вращения лопастей, и, во-вторых, с тем, что скорость ветра растет с увеличением высоты.

Рабочий момент на ветроколесе создается за счет аэродинамических сил, возникающих на лопастях, которые имеют специальный профиль. Процесс возникновения сил на лопастях подчиняется тем же законам, что и процесс появления подъемной силы крыла самолета. При этом под крылом создается область повышенного давления, а над ним – пониженного.

Ветродвигатели с вертикальной осью вращения имеет несколько важных преимуществ по сравнению с крыльчатыми ВЭУ с горизонтальной осью:

отпадает необходимость в устройствах для ориентации на направление ветра;

упрощается конструкция и монтаж, более удобным становится расположение генератора и редуктора;

снижаются дополнительные механические напряжения в лопастях, системе передач, вызванные гироскопическими нагрузками.

Имеется несколько типов ветродвигателей с вертикальной осью вращения, примером которых является ротор Савониуса. Этот ротор изготавливается из цилиндрической трубы, разрезанной вдоль и закрепленной между нижними и верхними фланцами. Обе лопасти несколько раздвинуты, причем зазор между ними может меняться.

К ветроприемным устройствам с вертикальной осью вращения относится ротор Дарье. Он оснащается двумя или тремя тонкими лопастями и вращается со скоростью в три-четыре раза превышающей скорость ветра. Для запуска ротора Дарье необходим вспомогательный двигатель, разгоняющий его до номинальной скорости.

Применяются более сложные конструкции ветроагрегатов с вертикальной осью вращения. К ним относятся:

ветроагрегат с двухъярусными вертикальными лопастями на общем валу

ветроагрегат с двумя лопастями, расположенными на тележках (ВЛ-2)

многолопастной ветроагрегат, с лопастями расположенными на тележках

В качестве лопастей для агрегатов ВЛ-2 и ВЛ-МЛП используются крылья самолетов.

Развитие промышленной ветроэнергетики началось в начале 70-х годов. Наибольшего развития в настоящее время ветроустановки достигли в США, где эксплуатируются ВЭУ суммарной мощностью 1700МВт, в Германии – 630МВт, Дании – 539МВт, Индии – 200МВт, Великобритании – 170МВт, Нидерландах – 16 МВт. Еще в четырех странах (Швеции, Греции, Китае и Италии) мощность ВЭУ достигла 20…40 МВт, и, как минимум, в восьми странах – от нескольких мегаватт до 10 МВт.

В странах Северной и Южной Америки, вместе взятых, и в странах Европы суммарная мощность эксплуатируемых ВЭУ составляет по 1725 МВт, в странах остальных континентов мощность ВЭУ – всего 280 МВт.

Средняя единичная мощность эксплуатируемых в мире ВЭУ составляет ~ 140 кВт. Примерно до середины 80-х годов ветроэлектростанции создавались на базе ВЭУ единичной мощностью менее 100 кВт. С середины 80-х годов стали внедряться ВЭУ мощностью 100–300 кВт, а к концу 80-х – и ВЭУ 600…700 кВт. Создаются для серийного производства новые модели ВЭУ мощностью 500…1500 кВт. Переход в настоящее время к ВЭУ предельной мощности (3…4 МВт) оценивается в мире как преждевременный. Практически весь мировой парк ВЭУ состоит из крыльчатых установок. Работы по другим типам ВЭУ, а также по крыльчатым ВЭУ предельной мощности проводятся, однако широкого развития они не получили.

Таким образом, к настоящему времени мировая ветроэнергетика превратилась в отрасль, вносящую в отдельных странах ощутимую долю в производстве электроэнергии.

Наиболее перспективные зоны для использования ветровой энергии в России находятся на прибрежной полосе шириной 50…100 км вдоль морей Северного Ледовитого океана, в отдельных прибрежных районах Дальнего Востока, в районах Балтийского, Черного и Каспийского морей. В этих районах среднегодовая скорость ветра равна 5…6 м/с и более.

Практическое освоение ветроэнергетики в РФ только начинается. Разрабатываются и создаются несколько моделей крыльчатых ВЭУ мощностью 250…300 кВт, одна модель крыльчатой ВЭУ мощностью 1000 кВт и модель ВЭУ с вертикальной осью вращения мощностью 1250 кВт. В 1991–1992 годах смонтированы две ВЭУ типа АВЭ-250 на полигонах в поселке Дубки (Чиркейская ГЭС, Дагестан) и в Иван-городе (Ленинградская обл.) и одна – на полигоне НПО «Ветроэн» в Геленджике. В 1993 г. смонтирован агрегат АВЭ-250 в г. Воркуте.

В 1993 г. в г. Новороссийске построена опытно-экспериментальная ВЭУ типа ГП-250. Однако после первых испытаний установка отправлена на завод для доработки и дополнительных стендовых испытаний. В 1994 г. на опытно-экспериментальной Калмыцкой ВЭУ смонтирована первая ветроустановка типа «Р-1» мощностью 1000 кВт.

mirznanii.com

Нетрадиционные источники энергии

Что такое энергия?

В нашем индустриальном обществе от энергии зависит все. С ее помощью движутся автомобили, улетают в космос ракеты. С ее помощью можно поджарить хлеб, обогреть жилище и привести в действие кондиционеры, осветить улицы, вывести в море корабли.

Могут сказать, что энергией являются нефть и природный газ. Однако это не так. Чтобы освободить заключенную в них энергию, их необходимо жечь, так же как бензин, уголь или дрова.

Ученые могут сказать, что энергия - способность к совершению работы, а работа совершается, когда на объект действует физическая сила (такая, как давление или гравитация). Согласно формуле A=F*S , работа равна произведению силы на расстояние, на которое переместился объект. Попросту говоря, работа - это энергия в действии.

Вы не раз видели, как подпрыгивает крышка закипающего кофейника, как несутся санки по склону горы, как набегающая волна приподнимает плот. Все это примеры работы, энергии в действии, действующей на предметы.

Подпрыгивание крышки кофейника было вызвано давлением пара, возникшем при нагревании жидкости. Санки ехали потому, что существуют гравитационные силы. Энергия волн двигала плот.

В нашем работающем мире основой всего является энергия, без нее и не будет совершаться работа. Когда энергия имеется в наличии и может быть использована, любой объект будет совершать работу - иногда созидательную, иногда разрушительную. Даже музыкальный инструмент - рояль - способен совершать работу.

Представьте себе, что вдоль внешней стены многоквартирного дома поднимают рояль. Пока люди тянут за веревки, они прилагают силу, заставляющую рояль двигаться. В этом случае работу совершают люди, а не рояль. Он лишь накапливает потенциальную энергию по мере того, как все выше и выше поднимается над землей. Когда, наконец, рояль достигает пятого этажа, он сможет висеть на этом уровне до тех пор, пока люди внизу поддерживают его с помощью веревок и блоков. Однако представьте, что веревки обрываются. Немедленно проявится сила гравитации, и потенциальная энергия, накопленная роялем, начнет высвобождаться. Рояль рухнет вниз. Он расплющит все, что попадается на его пути, удариться о тротуар и разобьется вдребезги. Вся ситуация, разумеется, случайна, и, тем не менее, служит примером того, что и рояль может совершать работу. В данном случае - разрушительную, но все же работу.

Мир наполнен энергией, которая может быть использована для совершения работы разного характера. Энергия может находиться в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах. Однако самыми большими резервуарами накопленной энергии являются океаны - огромные пространства беспрерывно перемещающихся водных потоков, покрывающих около 71 % всей земной поверхности.

Энергия солнца.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно.

Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Заметим, что использование всего лишь 0.0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5 % - полностью покрыть потребности на перспективу.

К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м . Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км !

Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км , требует примерно 10 тонн алюминия. Доказанные на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1.17 10 тонн.

Из написанного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготовления коллекторов станет возможным применять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что на отдельной фазе развития энергетики (после 2100 года) все мировые потребности в энергии будут удовлетворяться за счет солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от 1 10 до 3 10 км . В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет сегодня 13 10 км .

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетике на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов.

Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Ветровая энергия.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры - от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории - от наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима мужественным людям, обживающим эти богатейшие края. Почему же столь обильный, доступный, да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Техника 20 века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой - получение электроэнергии. В начале века Н.Е.Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

В наши дни к созданию конструкций ветроколеса - сердца любой ветроэнергетической установки - привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Энергия рек

Многие тысячелетия, верно, служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода - ведь около трех четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.

Но когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье - в виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году.

Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в начале XX века было построено всего несколько гидроэлектростанций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на горной реке Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с многозначительным названием "Белый уголь". Это было лишь началом.

mirznanii.com

Нетрадиционные источники электроэнергии.

Энергетика Нетрадиционные источники электроэнергии.

просмотров - 94

В первую очередь - ϶ᴛᴏ электростанции с магнитогидро -динамическими генераторами (МГД – генераторы). МГД – генераторы планируются сооружать в качестве надстройки к станциям типа КЭС. МГДГ используют температуры в 2500 – 3000˚К.

Принципиальная технологическая схема такой электростанции представлена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 Технологическая схема ЭС с МГД-генератором

Топливо, вместе с легкоионизируемой присадкой (К2СО3) вводится в камеру сгорания 1, куда подаётся воздух компрессором 6. Воздух подогревается в воздухонагревателœе 5. Продукты сгорания, представляющие ионизированный газ, направляются в МГД – канал 2, пронизываемый магнитным полем большой напряжённости, созданным магнитной системой 3. Ионы осаждаются на токосъёмниках, создающих напряжение постоянного тока, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ преобразуется инвертором 4 в переменное напряжение.

Выхлоп МГД – канала при температуре около 2000 градусов К направляется в котёл 8, используемый для нагревания воды. Пароводяной контур, состоящий из турбин 7, конденсатного насоса 10 приводит во вращение генератор G.

За счёт более полного срабатывания тепловой энергии продуктов сгорания КПД такого цикла может достигать 50 – 60 %, в то время как тепловая станция имеет КПД = 40%.

Учитывая, что такая установка должна работать длительно, основной проблемой в её создании является получение надёжных конструкционных материалов МГД – канала. Такая проблема ещё не решена.

Возможна реализация МГДГ на продуктах взрыва. Известно, что при взрыве образуется мощная ударная волна, за фронтом которой резко увеличивается температура. При введении щелочных добавок за фронтом ударной волны может быть получен слой газа с высокой удельной электрической проводимостью и высокой скоростью. При давлении в МГД -–канале такой высокопроводящий поршень обеспечивает импульсное генерирование значительной электрической мощности.

Наряду с разработкой электростанций на новых источниках энергии ведётся строительство станций на возобновляемых энергоресурсах экологически «чистого» типа, воздействие которых на окружающую среду невелико. Это станции, использующие энергию солнца, ветра, приливов.

В последние годы сделано много различных прогнозов по поводу нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в Украинœе. И хотя ни один из этих прогнозов пока не оправдывается, по разным причинам, исследования возможностей использования солнечной, геотермальной, ветровой и других нетрадиционных видов энергии продолжаются.

Одним из перспективных источников энергии для Украины считается геотермальная энергия, ресурсы которой обнаружены на территориях Крыма, Закарпатья, Львовской, Ивано-Франковской, Черниговской, Харьковской и других областей [ ]. Считается, что Крым является одним из наиболее перспективных районов для строительства Гео ТЭС. По самым скромным расчетам на основе неполных геофизических данных прогнозируется суммарная установленная мощность Крымских Гео ТЭС от 7 до 35 млн. кВт (На конец 1996 года в 26 странах мира действовали Гео ТЭС суммарной установленной мощностью15 млн. кВт).

Рассматриваются и анализируются разные принципиальные тепловые схемы преобразования тепловой энергии в электрическую. На рисунке 1.6 представлена открытая (одноконтурная) тепловая схема с использованием пара, полученного непосредственно из геотермального теплоносителя. Причем показана схема с использованием пара трех ступеней давления, полученных из разных заборных скважин 8. Основные элементы такой системы показаны на рисунке 1.6. Принцип работы этой технологической схемы заключается в следующем.

Рисунок 1.6 Одноконтурная технологическая схема ГеоТЭС:

1 – испарители, 2 - турбина, 3 - генератор, 4 – трансформатор, 5 – конденсатор, 6– гидротурбина, 7 – градирня, 8 – заборные скважины, 9 – деаэраторы,

10 - конденсатный насос, 11 – нагнетательная скважина, 12 – насосы.

Пар из заборных скважин 8 через деаэраторы 9 поступает на испарители 1 соответствующего давления, а из них на турбины 2 соответствующих ступеней давления. Турбина, вращаясь, преобразует энергию пара в механическую энергию, а генератор 3 связанный с ней муфтой или находящейся с ней на одном валу, преобразует эту механическую энергию в электрическую и передает её через повышающий трансформатор 4 в энергосистему. Отработавший пар сбрасывается в конденсатор 5, где конденсируется под действием охлажденной в градирне 7 воды, подаваемой гидротурбиной 6. Вода из бассейна градирен может закачиваться через нагнетательные скважины 11 обратно в зону теплоносителя или сбрасываться в ближайшие водоемы (река, море). Достоинством такой технологической схемы является её простота. При этом, практическая реализация её наталкивается на ряд трудностей, связанных с крайне важностью изготовления специального оборудования, борьбы с коррозией, солевыделœением на всœех элементах её и большой капиталоёмкостью всœех сооружений.

Несколько меньших капиталовложений и затрат на эксплуатацию требует технологическая схема Гео ТЭС, представленная на рисунке 1.7, где обозначены всœе её основные элементы.

Рисунок 1.7. Принципиальная технологическая схема двухконтурного

варианта Гео ТЭС:

1 – бассейн (коллектор) горячей воды; 2 – заглубленный насос забора геотермального теплоносителя; 3 – парогенератор, 4 – насос закачки охлажденного теплоносителя; 5 – зона закачки охлажденного геотермального теплоносителя; 6 – паровая турбина; 7 – генератор; 8 – повышающий трансформатор; 9 – конденсатор; 10 - градирня; 11 – гидротурбина; 12 – конденсатный насос; 13 – циркуляционный насос; 14 – водоем с охлаждающей водой.

Это двухконтурная энергоустановка, которая может выполняться в виде модулей или блоков. В первый контур входят: коллектор 1 геотермального теплоносителя, заглубленный насос 2 для откачки последнего, парогенератор 3, где тепло передается второму контуру, насос 4 закачивания отработавшего геотермального теплоносителя в пласт 5 (коллектор по существу). Остальные элементы технологической схемы рисунка 1.7 составляют второй контур.

Работа схемы: Пар из парогенератора 3 поступает на турбину 6, которая превращает энергию пара в механическую энергию вращения турбогенератора 7. Последний преобразует механическую энергию в электрическую и через повышающий трансформатор 8 отдает её в энергосистему. Отработавший пар из турбины сбрасывается в конденсатор 9, где он конденсируется под действием охлажденной в градирне 10 воды, подаваемой гидротурбиной 11. Из конденсатора вода забирается конденсатным насосом 12 и подается в парогенератор 3. Вода в бассейны градирен закачивается насосом 13 из водоема 14 (река, озеро) и самотеком (или насосом) возвращается в него.

Эта схема так же относительно проста по конструкции и в эксплуатации. Поскольку во втором контуре циркулирует очищенная вода проблем с коррозией и солевыделœением меньше. Устройства очистки здесь необходимы в основном для первого контура, что значительно проще и экономически выгоднее по сравнению с первой схемой [ ].

Энергию солнца можно использовать через фотоэлементы путем прямого преобразования в электрическую или путём использования теплового излучения солнца, сфокусированного зеркалами на парогенераторе, пар из которого вращает турбину с генератором. Первый вид электростанций пока используется ограниченно и лишь в специальных установках. Возможность широкого применения этого типа станций появится после снижения стоимости элементов. Второй тип гелиостанций проще в реализации.

Ветроэлектростанции на Украинœе не получили еще распространения для работы в энергосистемах. Οʜᴎ используются для сравнительно небольших автономных потребителœей. При этом, в пользу ВЭС говорят исследования по мощным электростанциям за рубежом (до нескольких мегаватт в единице с диаметром двухлопастного ветроколеса до 100 метров).

Успешно эксплуатируется в России приливная Кислогубская электростанция, высота приливов на ней 13 метров. Выявлен ещё ряд районов в странах содружества, где целœесообразно сооружение ПЭС мощностью от десятков до сотен мегаватт.

Достаточно широкое распространение получили и геотермальные электростанции, использующие энергию термальных подземных вод. Работоспособность таких станций доказана опытом их эксплуатации в США, Италии, Мексике и других странах.

Контрольные вопросы.

1. Места расположения, технологическая схема, достоинства и недостатки КЭС.

2. Места расположения, технологическая схема, достоинства и недостатки ТЭЦ.

3. Места расположения, технологическая схема, достоинства и недостатки ГЭС.

4. Места расположения, технологическая схема, достоинства и недостатки ПГУ на ЭС.

5. Места расположения, технологическая схема, достоинства недостатки ЭС с МГД - генераторами.

6. Особенности использования электростанций на новых источниках энергии.

Читайте также

  • - Нетрадиционные источники электроэнергии.

    В первую очередь – это электростанции с магнитогидро -динамическими генераторами (МГД – генераторы). МГД – генераторы планируются сооружать в качестве надстройки к станциям типа КЭС. МГДГ используют температуры в 2500 – 3000&... [читать подробенее]

  • oplib.ru