Нетрадиционные виды электростанций: Нетрадиционные источники энергии

Содержание

нетрадиционные виды питания для дома

Количество добываемых ископаемых для производства энергоресурсов неуклонно растёт и недалёк тот день, когда они иссякнут. При их переработке в тепло и электричество загрязнение окружающей среды происходит всё интенсивнее, несмотря на внедрение экологических мероприятий. На этом фоне развитие известных и поиск новых альтернативных источников энергии может стать выходом из создавшейся ситуации.

  • Невосполняемые ресурсы
  • Источники альтернативной энергетики
    • Солнечная активность
    • Ветровые потоки
    • Сила воды
    • Естественное тепло земли
    • Биологическое топливо
  • Новаторские идеи

Невосполняемые ресурсы

С давних пор для обогрева и освещения жилья человек использует невосполняемые ресурсы.

Сначала это были разные виды угля, а с развитием геологии и открытием месторождений появились технологии, позволяющие применять для этого нефтяные и газовые ресурсы.

Поначалу никто не задумывался об их количестве и запасах. Но с ростом промышленного производства и увеличением потребления в быту эти резервы сильно истощились, а разведка и добыча их в труднодоступных местностях себя очень часто не окупает. Уже сейчас расходы среднестатистической семьи наполовину составляют траты на отопление, освещение и заправку автомобиля. В дальнейшем эта сумма будет только увеличиваться.

В современных условиях человечество пытается осуществить превращение в энергию любых явлений природы, будь то движения воды или ветра, солнечный свет или тепло земли. Многие государства разрабатывают соответствующие законы, регламентирующие их использование в целях предотвращения конфликтов на приграничных территориях.

Источники альтернативной энергетики

Количество наиболее значимых видов альтернативной энергии повторяет число земных стихий — огонь, вода, земля и воздух. Именно их человек пытается использовать для замены традиционных ресурсов в тепловой и электроэнергетике. Поиском новых, более эффективных и наименее затратных методов заняты учёные и инженеры многих стран.

Солнечная активность

Трансформация энергии, выделяемой светилом в тепло и электричество для бытовых и промышленных нужд является самым первым энергоресурсом, который начали исследовать. Его использование связано с физическими свойствами солнечного света и полупроводников для получения электрической энергии.

Для её выработки существуют специальные электростанции, укомплектованные большим количеством кремниевых солнечных панелей. Производство тепла из энергии солнца основано на законах термодинамики жидких и газообразных веществ. Для этого монтируются станции, состоящие из коллекторов, которые генерируют тепло.

Работа солнечной панели основана на явлении фотоэффекта. Модификаций таких батарей сейчас достаточно много и работы по их модернизации не прекращаются.

Есть умельцы, использующие такой способ для питания энергией дома. Источником служат солнечные батареи, установленные чаще всего на крыше. Для этого необходимо купить специальные элементы, состоящие из однокристальных и многокристальных фоточастиц, так как сделать их самостоятельно нельзя.

Срок службы моночастиц меньше, но коэффициент полезного действия выше — примерно тринадцать процентов. Поликристаллические имеют долгий срок применения с КПД менее девяти процентов, но могут работать даже в пасмурную погоду, в отличие от монокристаллических.

Для самостоятельного изготовления солнечной батареи нужно:

  • Сделать прозрачный корпус из органики или другого материала.
  • Изготовить прочный каркас.
  • Подойдёт любой металл или дерево.
  • Собрать фотоэлементы в схему и разместить в корпусе.

Обращаться с кристаллами нужно очень аккуратно из-за их хрупкости. Полностью смонтировать установку. Электроэнергия, полученная таким способом, расходуется на хозяйственно-бытовые нужды.

Преимущества использования солнечной энергии:

  • Солнечная энергия бесконечна.
  • Производство электричества в такой установке бесшумно.
  • Оборудование имеет невысокую цену и частично может быть изготовлено самостоятельно.
  • Не требует вмешательства человека.

Безусловно, есть и определенные минусы, к которым можно отнести следующие:

  • Сами кристаллы и работы по подключению дороги.
  • Несущественные токсические выбросы при работе.
  • Высокая стоимость устройств для хранения электроэнергии.
  • Маленький КПД требует использования большого числу батарей для полноценного электроснабжения объекта.

Ветровые потоки

Такой способ сохранения ресурсов основан на превращении движущей силы воздушного потока в электроэнергию. Для этого придумали ветряные электростанции. Эти установки можно устанавливать на любой точке опоры: на земле, на море, в горах. Был бы ветер. Их главной частью являются генераторы разных модификаций (горизонтальных, вертикальных). Ветряки с расположением оси по горизонтали занимают большую площадь чем вертикальные. Все они имеют разную мощность, оснащены различным типом и числом лопаток, но призваны выполнять одну функцию — добывать дешёвое электричество.

В работе гидрогенератора нет ничего сложного. Вращение лопастей происходит за счёт порывов ветра и через трансмиссионный блок поступают на генератор переменного тока. Оба этих устройства помещают в поворотную гондолу на определённой высоте. Её перемещение по плоскости зависит от направления ветра. С помощью повышающего трансформатора и устройств автоматики электроэнергия вливается в единую энергосистему.

Достоинства ветряных электростанций заключаются в следующем:

  • Они не производят вредных выбросов и отходов.
  • Полностью автономны.
  • Энергия ветра практически бесконечна.

К недостаткам можно отнести:

  • Требуют непрекращающегося воздушного потока.
  • Оборудование для станций стоит дорого.
  • Из-за высокого уровня шума и электромагнитного поля требуют размещения в удалённых местностях.
  • Большая занимаемая территория.

Сила воды

С исследований этой природной структуры начала развиваться целая отрасль — гидроэнергетика. Она также преобразует течение воды в электрическую энергию на гидроэлектростанциях. Например, в России большинство крупных рек перегорожены несколькими ГЭС.

Основой их тоже является генератор с лопастями, который приводится в движение течением реки. Затем с него при помощи преобразователей снимается электричество. Это один из самых дешёвых видов энергии, но он также имеет свои недостатки:

  • Затапливаются прибрежные территории.
  • Уменьшается популяция речных обитателей.
  • Вокруг таких сооружений стоит постоянный гул.

За последние годы ученые смогли получать энергоресурсы из движения морской воды во время приливов и отливов. На участках береговой полосы, где наиболее ярко выражено это явление, строят приливные электростанции. Принцип работы такой станции состоит в следующем: впускные отверстия при начале прилива открываются и вращают вал генератора. Через шесть часов они закрываются, открывая выходные, и происходит обратный процесс.

Достоинства, присущие таким объектам, заключаются в следующем:

  • Дешевизна эксплуатации.
  • Подобные станции привлекают туристов, что выгодно в отношении финансов.

К недостаткам принято относить:

  • Строительство таких сооружений очень затратно.
  • Неблагоприятное воздействие на морскую фауну.
  • Ошибочное проектирование может спровоцировать подтопление окружающей местности.

Существует ещё один широкомасштабный проект по перекрытию крупных проливов гидростанциями наподобие ветряных. Однако из-за дороговизны, а также сложностей с технической и политической сторон дальше бумажных чертежей такие планы не распространяются.

Естественное тепло земли

Использование этого вида альтернативной электроэнергетики началось относительно недавно. Геотермальные установки применяются в местах выхода на поверхность подобных источников и в районах с высокой тепловой активностью. Примером такой местности в России может служить Камчатка с её многочисленными гейзерам.

Эта энергия вырабатывается с помощью специальных насосов, дающих возможность использовать тепло недр для отопления и освещения объектов инфраструктуры. Термопомпы имеют разную мощность и конструкцию. Определяющим в способе постройки насоса является первоисточник теплоэнергии, поэтому существуют такие виды установок: грунт — вода и вода — вода, воздух — вода и грунт — воздух, вода — воздух и воздух — воздух, фреон — вода и фреон — воздух.

Биологическое топливо

Всё биотопливо создаётся на основе природных органических материалов. В зависимости от агрегатного состояния оно может быть:

  • Твёрдым (топливные древесные брикеты и пеллеты).
  • Жидким (биодизель, биоэтанол и прочие виды).
  • Газообразным (биогаз и биоводород).

Биологический газ получается в результате переработки органического сырья или побочных продуктов производства. Он состоит из смеси, в состав которой входят метан, сероводород и углекислота.

Основными деталями такой установки являются:

  • Ёмкость герметичной конструкции.
  • Для смешивания содержимого нужна мешалка или шнековое устройство.
  • Подающий коллектор для сырья и воды.
  • Газоотвод для выработанного биогаза.
  • Трубопровод для удаления отработанного мусора.

Очень часто это оборудование находится под землёй в герметичном бункере. Для предотвращения разрушения контроль внутреннего давления должен быть постоянным, откачка газа своевременной. Побочным продуктом является удобрение для почвы, применение которого благотворно сказывается на урожае.

Использование таких установок связано с повышенной взрывоопасностью из-за получаемых газообразных продуктов. К тому же биогаз опасен для человека при вдыхании.

Продукты производства с применением биотехнологий широко используются для отопления частных и промышленных помещений, заменяют природный газ на кухне, могут применяться в качества топлива на ТЭЦ. Это возобновляемый и доступный природный ресурс.

Недостатками этого метода являются:

  • Токсичность продукты сгорания.
  • Высокая стоимость установки для получения биогаза.

Новаторские идеи

Сколько существует в мире природных явлений и живых организмов, столько можно придумать нетрадиционных источников электроэнергии. В полном смысле живым примером является использование такой водоросли, как хлорелла. Основное своё применение она нашла в качестве источника белка для морских обитателей.

Сейчас космонавты берут её с собой в космос для экспериментов по выращиванию в условиях невесомости и в качестве источника кислорода.

Первоочередной задачей ближайшего будущего является изобретение способа сохранения и накопления солнечной энергии в клетках водоросли в промышленных масштабах. Живая клетка в процессе фотосинтеза сама по себе вырабатывает кислород, поглощая углекислый газ. Именно эксперименты по переводу этого процесса в энергетическую плоскость и являются заданием номер один в настоящий момент. На многих площадях, пригодных для выращивания таких культур, идут подобные эксперименты.

Ещё одним кладезем для нетрадиционной энергетики являются электрические явления в атмосфере. На всех зданиях устанавливаются молниеотводы для предотвращения разрушительного воздействия молний. Трудности в покорении этой стихии состоят в огромной силе тока и напряжения в момент вспышки. Это требует создания мощных систем защиты и аккумуляции энергии этого атмосферного явления. Также известны попытки использования статического напряжения атмосферы.

Несмотря на все сложности, возникающие при исследовании и практическом применении, внедрение альтернативных технологий не стоит на месте. Находятся способы удешевления установок и преобразователей, испытываются новые методики сбора и сохранения энергии. С каждым годом доля электроэнергии, полученной из возобновляемого сырья становится больше.

Нетрадиционные виды энергетики






Навигация:
Главная → Все категории → Строительная экология

Нетрадиционные виды энергетики

Нетрадиционные виды энергетики




Исходя из общественного состояния окружающей природной -среды, можно заключить, что основной путь ее сохранения лежит через достижения научно-технического прогресса. К ним следует отнести новые методы добычи сырья (угля, нефти, газа и прочих; ресурсов), освоение новых видов энергии.

Это, прежде всего, атомная энергетика и наиболее «мягкие» источники энергии, не приводящие к загрязнению окружающей среды:
— геотермальный вид энергии;
— энергия ветра;
— солнца;
— топливного элемента;
— морских приливов и отливов;
— гидротермальных станций;
— использование водорода;
— новые технологии в гидроэнергетике.

Еще далеко не полностью изучены все возможности получения термальных вод. Если учесть воды, залегающие на глубине более 3 тыс. км, и воды с повышенной минерализацией, то их запасы можно было бы существенно увеличить. Известны ресурсы высокотемпературного пара и пароводяных смесей, выведенные на поверхность, например на Камчатке, Курильских островах и в Дагестане. На рис. 19.1 в схематичной форме приведены виды возобновляемых источников энергии.



Рис. 19.1. Виды возобновляемых источников энергии (по Б. Небелю, 1995)

Геотермальная энергия. В 1990-х гг. Правительством РФ был утвержден ряд документов, направленных на развитие нетрадиционной энергетики в России. Одним из последних стало постановление № 1093 от 28 августа 1997 г. (с изм. на 27 августа 1999 г.) «О программе энергообеспечения районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий, а также проживания коренных малочисленных народов Севера, Сибири и Дальнего Востока за счет использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и местных видов топлива на 1997 — 2000 гг. ». Программа была включена в Федеральную программу «Топливо и энергия» на 1996 — 2000 гг., утверждена Постановлением Правительства РФ № 263 от 6 марта 1996 г.

Тепло недр перестает быть экзотикой и экспериментом. Потенциал получения электроэнергии на ГеоЭС (Геотермальных электрических станциях) оценивается примерно в 2% (4000 МВт) от общей установленной электрической мощности России. Особенно значительные запасы геотермального тепла имеются в Западной Сибири, на Северном Кавказе, на Камчатке и Курильских островах, т. е. в районах, удаленных от развитых регионов в энергообеспечении.

О наличии геотермальной энергии давно известно в Дагестане, где при бурении скважин на нефть и газ были обнаружены пароводяные смеси с температурой до 200 °С. Термальные воды есть и в Краснодарском крае, которые используются для отопления теплиц, животноводческих комплексов, промышленных предприятий. Тепловой энергией обладают земли других регионов Северного Кавказа. Источниками геотермальной энергии служат химические процессы, радиоактивные процессы, горные породы, содержащие сульфидные руды и концентраты. Температура воды на глубинах 2…3 тыс. м превышает 100°С, которая может быть выведена на поверхность по буровым скважинам.

Отметим, что Россия имеет достаточный опыт исследования геотермальных полей, проектирования, строительства и эксплуатации ГеоЭС. Так например, Паужетская ГеоЭС мощностью 11 МВт уже более 30 лет обеспечивает электроэнергией поселок Озерный на юге Камчатки. По запасам геотермального тепла наиболее перспективным на Камчатке является Мутновское геотермальное месторождение в Елизовском районе для обеспечения теплоносителем ГеоЭС мощностью 200…300 МВт.

На рис. 19.2 показано Мутновское геотермальное поле и расположение на нем ГеоЭС. На Мутновском поле пробурено более 90 различных скважин.

Геотермальный теплоноситель — пароводяная смесь с давлением 0,7… 1,0 МПа, при этом вода составляет 60… 70% от общего массового расхода теплоносителя. При проектировании и строительстве была применена экологически безопасная схема использования геотермального теплоносителя с воздушными конденсаторами (ВК), что позволяет отобрать энергию пара в турбинах, а конденсат направить в скважины для закачки обратно под землю. В этом случае теплоноситель не попадает в атмосферу.



Рис. 19.2. Мутновское геотермальное поле и расположение на нем ГеоЭС:
1 — площадка В. Мутновской ГеоЭС; 2 — площадка Мугаовской ГеоЭС 40… 50 МВт; 3 — временная электроподстанция; 4 — строительный двор и административные здания; 5 — продуктивные скважины; 6 — неиспытанные скважины; 7 — скважины низкого давления; 8 — дороги; 9 — высота над уровнем моря

Пароводяная смесь (ПВС) от трех буровых скважин выводится на поверхность и направляется по трубопроводам в сепарацион-ные устройства, где пар отделяется от воды. Далее, после двухступенчатой системы разделения фаз (сепарации) пар поступает к трем энергоблокам мощностью 4 МВт, а вода при температуре ПО °С применяется для теплофикации поселка.

Себестоимость тепловой энергии на геотермальной станции в 2…2,5 раза ниже, чем себестоимость тепловой энергии, получаемой от котельной. Эти показатели могут быть значительно улучшены при условии более полного освоения геотермальной энергии.

Необходимость развития нетрадиционной энергетики в России определяется рядом факторов, к которым можно отнести: уменьшение запасов природных ресурсов (угля, нефти, газа), их постоянное удорожание; наличие отдаленных районов, в которых проживает около 20 млн человек и где энергоснабжение обеспечивается за счет выработки энергии в основном на устаревших, экологически опасных котельных или автономных дизельных энергетических установках, работающих на трудно завозимом и дорогостоящем твердом или жидком топливе.

Энергия ветра. Ученые пришли к выводу, что есть несколько путей преодоления противоречия между экологией и энергетикой. Один из них — это создание нетрадиционной экологически безопасной энергетики, использующей возобновляемые (ветер, солнце) источники энергии. Следует отметить, что, двигаясь по этому пути, США, Дания и другие страны в конце XX в. сумели ввести в опытно-промышленную эксплуатацию более 100 тыс. ветровых, более 10 солнечных тепловых и сотни тысяч солнечных фотоэлектрических установок.

Удельная стоимость мощности ветрогенератора составляет от 800 до 1000 долл. за 1 кВт. Аналогичный показатель для газотурбинных станций — 500…800; угольных — 1200… 1700; атомных — 1700…2900 долл. за 1 кВт. Себестоимость отпускаемой электроэнергии для ветроустановок составляет 4…5 центов за 1 кВт, для газотурбинных — около 4; для угольных — 5,5…8,0; для атомных — 3,6… 8,0. Как видим, по экономичности ветроуста-новки вполне конкурентоспособны с традиционными станциями. И это без учета влияния загрязняющих веществ в атмосферу.



Рис. 19.3. Проект Крымской ветро-электростанции на Ай-Петри, 1932 г.

Обратимся к истории создания ветряных электростанций в России. В начале 1930-х г. в СССР Г.К.Орджоникидзе, вернувшись из Крыма с отдыха, через прессу объявил о всесоюзном конкурсе на проект ветряной электростанции для берегов Крыма. Согласно условиям конкурса, два малоизвестных в то время инженера — Ю.В.Кондратюк (1897-1941), Н.В.Никитин (1907 — 1973) — направили проект «Икар» в жюри. Первый еще в 1920-х г. рассчитал трассу, по которой американцы в 1969 г. высадили космонавта на Луну, второй поставил высочайшее для своего времени техническое сооружение на Земле — Останкинскую телевизионную башню (1967 г.).

Проект Крымской ветроэлектростанции «Икар» на Ай-Петри (рис. 19.3) представлял собой бетонную вращающуюся башню высотой 165 м, которая удерживалась в вертикальном положении с помощью трех стальных растяжек. На башне крепились два трехлопастных ветроколеса диаметром 80 м, суммарная мощность двух электроагрегатов — 12 тыс. кВт. (Для сравнения: мощность существовавших ветроэлектростанции составляла лишь десятки киловатт.) Внутри трубчатой башни были предусмотрены лестница и два лифта — грузовой и пассажирский на четырех человек. Станция могла выдержать ураган со скоростью ветра до 60 м/с и порывы ветра до 75 м/с.

Проект был признан экспертной комиссией, которую возглавлял академик Б.Г.Галёркин (1871 — 1945), крупнейший специалист в строительной индустрии, одним из лучших и защищен в Центроэнергострое Главэнерго в мае 1932 г. В СССР существовала довольно разветвленная структура проектных организаций, занимавшихся этой проблемой. Головным учреждением был Центральный ветроэнергетический институт в Москве. В Харьков в Институт промэнергетики проект «Икар» был направлен для завершения. В 1934 г. было принято распоряжение о создании в Москве проектно-строительной конторы «Крым-ВЭС» в системе треста «Центроэнергострой» Главэнерго Наркомтяжпрома.

Проект в рабочем порядке консультировали крупнейшие специалисты в области бетонных конструкций и теории сооружений, в том числе В.М.Келдыш (1878 — 1965) — отец будущего президента АН СССР М. В. Келдыша (1911 -1978). В 1936 г. было начато строительство. Для сооружения «Крым-ВЭС» было выбрано место на холме в урочище Беден-Кыр. Высота над уровнем моря 1324 м, на 91 м выше гор Ай-Петри. Средняя годовая скорость ветра на плато 8…9 м/с.
До конца 1936 г. строители сумели организовать стройбазу, провести дорогу к стройплощадке, приступить к сооружению основания станции и выполнить бетонную чашу под «стакан» башни. Работы по дальнейшему строительству «Крым-ВЭС» были приостановлены, предана забвению на многие годы сама ветроэнергетика.

Солнечная энергия. В 1994 г. Международное энергетическое агентство опубликовало Программу по солнечной энергетике. Приведем некоторые сведения по этой проблеме в ряде стран.

В США, в Национальной лаборатории Сандиа в Албукерке (штат Нью-Мексика) расположена энергетическая система башенного типа высотой 60 м и система с параболическим зеркалом на 25 кВт энергии. Другая установка мощностью 10 МВт Solar One расположена в Барстоу, штат Калифорния. Национальная лаборатория в Гольдене, штат Колорадо, является центром экспериментального исследования в области солнечной химии. Там была создана высокопоточная солнечная печь мощностью 10 кВт.

В Испании в 1980—1985 гг. были созданы две установки мощностью 500 кВт. В их состав входят натриевая башенная система и распределительная коллекторная система, состоящая из трех полей параболических желобов. Сейчас в США, в штате Калифорния, работает солнечная станция мощностью 300 тыс. кВт. Дальнейшее ее совершенствование с использованием двигателя Стерлинга и газовых турбин позволит снизить стоимость 1 кВт/ч.

Что же сдерживает внедрение в жизнь нетрадиционной энергетики? Прежде всего — большая стоимость солнечных элементов и поиск новых материалов для их изготовления. В этом направлении работают многие фирмы за рубежом и одна из них «Мессерш-мидт» — Бельков-Блюм (МББ). Фирма использует солнечный материал — аморфный кремний — и строит под Мюнхеном установку по производству аморфного кремния мощностью 1 МгВт. Тонкая пленка из аморфного кремния, нанесенная на стекло, превращает окно в компактную солнечную электростанцию. Дочерняя фирма «АЭГ» концерна «Доймлер-Бенц», опираясь на опыт в астронавтике, организовала производство монокристаллических солнечных элементов с КПД 14… 16% из мультикристаллическо-го кремния размером 10×10 см2.

НПО «Гранат» в России в течение ряда лет ведет разработки экологически чистых установок на основе использования ветровой и других видов энергии. Примерами разработок являются фотоэлектрические станции (в стационарном и переносном исполнении). Принцип действия — в прямом преобразовании энергии солнечного излучения в электрическую с помощью фотоэлементов. Назначение таких станций — децентрализованное энергоснабжение маломощных потребителей электроэнергии: бытовых и служебных систем освещения, систем электроподогрева, установок водоподъема и т.д. Кроме того, новыми разработками являются:
солнечные адсорбционные холодильники. Они используют солнечную энергию для нагрева воды в испарителе, где она вскипает при температуре -3 °С, отбирая тепло из холодильной камеры;
солнечные электростанции с турбомашинным преобразователем мощностью 1 МВт. Такие станции предназначены для энергоснабжения территорий и других мест. Принцип их действия заключается в фокусировке солнечных лучей на теплоприемники, в которых нагревается воздух газотурбинного контура. Тепловая энергия в турбоэлектрогенераторе преобразуется в электрическую энергию.

Имеются другие установки и идеи создания экологически чистых устройств, эффективно использующих возобновляемые источники энергии (солнце, ветер, волны).

Здесь необходимо отметить, что вне атмосферы Земли мощность солнечного света достигает 1,4 кВт/м2. При безоблачной погоде и вертикальном облучении поверхности земли мощность солнечного света достигает около 1 кВт/м2. В оптимальных условиях при обычной степени преобразования в 10% из солнечного облучения можно получить электромощность 100 кВт/м2. КПД, естественно, снижается в местностях с менее солнечным климатом.

Если говорить об устойчивом развитии окружающей среды, то использование топлива и ядерной энергии противоречит этому принципу. Солнечная энергия относится к возобновляемым источникам, образующимся в результате термоядерных реакций в недрах Солнца. Поскольку запасы энергии Солнца практически неистощимы, ее относят к возобновляемым энергоресурсам. Менее 1% солнечной энергии поглощается хлорофиллом, содержащимся в листьях растений, и используется для фотосинтеза, т. е. для образования органического вещества из углекислого газа и воды. За счет разложения органических веществ удовлетворяются энергетические потребности всех остальных компонентов экосистем. По данным американских исследователей, такого же проекта солнечной энергии вполне достаточно для обеспечения всех нужд транспорта, промышленности и нашего быта не только сейчас в начале XXI в., но и в обозримом будущем. Вне зависимости от того, будем мы ее использовать или нет, на энергетическом балансе Земли и состоянии биосферы это никак не отразится. Главное использовать солнечную энергию так, чтобы ее стоимость была минимальна или вообще равнялась нулю.

Световое излучение можно улавливать и использовать тогда, когда оно достигает Земли. Это называют прямым использованием солнечной энергии. Кроме того, солнечная энергия обеспечивает круговорот воды, циркуляцию воздуха, существование экосистем и накопление органического вещества в биосфере. Значит, обращаясь к этим энергоресурсам, мы, по сути дела, занимаемся непрямым использованием солнечной энергии.

Что же относится к прямому использованию солнечной энергии? Идеально она может быть использована при отоплении зданий, горячем водоснабжении. С помощью фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей) ее можно использовать для выработки электроэнергии, а в будущем и для получения водорода — потенциального заменителя природного газа и жидкого топлива. Непрямое использование солнечной энергии включает в себя энергию ветра, воды, биомассы. Энергетическое использование биомассы (любой органики, образующейся за счет фотосинтеза) — это непосредственное применение ее в виде топлива или переработка в различные его виды. Биомассу можно сжигать, а также превращать в метан (природный газ) или спирт, которые используются как топливо.

Использование солнечной энергии экономически выгодно в районах при достаточном количестве излучения Солнца. Например, в южных районах России (на Северном Кавказе, в Нижнем Поволжье и других районах страны), где время солнечной радиации составляет 2200… 3000 ч, солнечные тепловые установки наиболее эффективны.

Солнечное излучение можно превратить в электроэнергию путем получения тепловой энергии с последующим использованием ее для приведения в действие генераторов электрической энергии. Известны опытные разработки термодинамических солнечных электростанций с паровыми турбинами.

Топливный элемент. Некоторое время назад в Минатоме России была разработана комплексная целевая программа «Топливный элемент» как химический источник тока, его простейший бытовой аналог — батарейка.

Принципиальным отличием топливного элемента является то, что электрическая энергия генерируется в нем до тех пор, пока на анод поступает топливо, а на катод — окислитель. Основные побочные продукты топливного элемента — тепло и вода. На базе топливных элементов можно создавать энергоустановки различной мощности и различного назначения — от нескольких ватт до десятков мегаватт.

Топливный элемент, разработанный в Российском ядерном центре Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (ВНИИЭФ), г. Саров, работает при поступлении на анод любого водородсодержащего топлива (после соответствующей обработки) — природного газа, биогаза, метанола, дизельного топлива, продуктов газификации угля. У топливных элементов есть два преимущества, благодаря которым уже сейчас можно представить энергетику XXI века.

Первое — эффективность, чрезвычайно высокий коэффициент полезного действия (у лучших современных энергоустановок КПД может достигать 34… 36%). Использование технологии топливных элементов позволит повысить КПД до 75% по электроэнергии. Прибавим к этому, что топливный элемент одновременно вырабатывает еще и тепло, которое может быть утилизировано или использовано при запуске турбины для получения дополнительного количества электроэнергии. Тогда суммарный КПД системы может достигать 90… 95%. Более эффективной энергетической системы человечество пока не знает.

Второе — экологическая чистота. Все существующие энергоустановки уступают установкам на топливных элементах по экологической чистоте в десятки и сотни раз. Энергоустановки на топливных элементах наряду с АЭС нового поколения, возобновляемыми источниками энергии (ветер, вода, солнце), будут определять облик энергетики первой половины XXI в. Япония, например, уже в 2010 г. планирует 13% всей энергии вырабатывать за счет топливных элементов.

Энергия морских приливов и отливов. К новым источникам энергии относится энергия морских приливов и отливов. Для их использования сооружают плотины — бассейн приливной электростанции — и при достаточной высоте прилива создается напор воды. Сила падения воды, проходящей через гидротурбины, вращает их и приводит в движение генераторы электрического тока. На однобассейновой приливной станции двойного действия, работающей как во время прилива, так и во время отлива, можно вырабатывать электроэнергию четыре раза в сутки в течение 4… 5 ч во время наполнения и опорожнения бассейна. Агрегаты такой станции должны быть приспособлены к работе в прямом и обратном режимах и служить как для производства электроэнергии, так и для перекачки воды.

Крупная приливная электростанция мощностью 240 МВт работает во Франции на берегу Ла-Манша, в устье р. Ране. Она действует в сочетании с другими электростанциями в качестве пиковой, т. е. покрывающей потребность в электроэнергии в часы пик. В России в 1968 г. вступила в строй небольшая приливная электростанция на побережье Баренцева моря в губе Кислой. Разработаны проекты Мезенской приливной станции на берегу Белого моря, а также Пенжинской и Тугурской приливных станций на берегах Охотского моря.

Энергия гидротермальных станций. В США и Японии разработаны проекты гидротермальных электростанций (плавучих и береговых) для обеспечения электроэнергией предприятий по добыче сырья со дна океана, обслуживания рыболовецких и торговых судов и т.д. Принцип действия таких электростанций заключается в следующем. Теплая океанская вода направляется в теплообменник, в котором испаряется аммиак. Пары аммиака вращают турбину электрогенератора и поступают затем в следующий теплообменник, где они охлаждаются холодной водой, поданной с больших глубин — до 1000 м.

Возможность создания подобных электростанций изучается и в России.

Использование водорода. Вполне реальна перспектива использования водорода в качестве топлива. Уже имеются попытки его применения в качестве топлива для автомобильного транспорта. Замена бензина водородом позволила бы снять проблему загрязнения атмосферы отработанными газами автомобильных двигателей. Отработанным веществом двигателя, работающего на водороде, является вода. Водород можно применять и для авиационных двигателей.

Однако на пути использования водорода в качестве топлива еще много нерешенных проблем. Применение жидкого водорода затрудняется необходимостью сооружения специальных контейнеров для обеспечения сверхнизких температур и предохранения его от быстрого испарения. Поскольку цена водорода намного больше бензина, его производство методом электролиза воды возможно при наличии дешевых источников энергии. Большой расход электроэнергии при электролизе делает применение водорода невыгодным (так как эффективнее прямое использование электроэнергии в электродвигателях). Вместе с тем при дальнейшем снижении его стоимости при массовом производстве водород в качестве топлива может стать относительно эффективным.

Близка перспектива применения в городах электромобилей. По данным компании «Дженерал моторе», лучшие электромобили при скорости 80 км/ч могут пройти около 400 км. Батареи никель-цинковые, вдвое более мощные, чем обычные свинцовые, могут быть заряжены в течение ночи через 110-вольтную сеть без ухудшения или потери мощности. Общий КПД электротранспорта, получающего электроэнергию через контактную сеть, составляет 6…7%, автотранспорта (начиная с добычи нефти и переработки ее в бензин) — 4,2, а электромобиля (если считать затраты, начиная с добычи каменного угля, сжигаемого на электростанции, и кончая зарядкой аккумуляторов и работой самого электромобиля) всего 2%. Безусловно, электромобиль пока еще не в состоянии конкурировать с обычным автомобилем — двигателем внутреннего сгорания, но достаточно перспективен.

Новое в гидроэнергетике. Представляет интерес гидроэлектростанция, построенная в Швеции, под названием «Ури Сивил». Гидроэлектростанция должна вырабатывать 320 ГВт • ч электроэнергии в год при расчетной мощности 480 МВт. Руководитель проекта — швед Стиг Холмквист. Гидроэлектростанция работает на проточной воде, текущей со скоростью 240, высота падения воды 250 м. Гидростанция построена таким образом, что само водохранилище отсутствует, а уровень воды в реке поднят только на 2 м. Максимальный поток воды составляет более 1000 м3/с, а минимальный поток воды в соответствии с произведенными измерениями составляет менее 80 м3/с.

Гидроэлектростанция не наносит вреда окружающей среде, так как она построена полностью внутри скалы. Только осветитель и конструкция дамбы, с помощью которых можно регулировать поток воды, построены на поверхности скалы. Для этого проекта были проложены туннели общей протяженностью приблизительно 22 км.

Впечатляют объемы вложенных строительных материалов. Только одного бетона потребовалось 760 тыс. м3, из которого 410 тыс. м3 — на подземное бетонирование и 350 тыс. м3 — на наземные конструкции.

Проект оценивается в 5,3 млрд шведских крон, из них на долю иностранного финансирования приходится 4,7 млрд крон. Проект осуществлялся шведскими компаниями «Сканска» и «НСС», которые выступали в качестве главных застройщиков, а также фирмами «АББ» и «Кварнер» из Англии.
Отметим еще раз, что гидроэлектростанция не имеет водохранилища, она сохраняет благодатные поймы и леса, которые не попадают под затопление, и исключает другие отрицательные воздействия на природу.

Похожие статьи:
Перечень правовых и нормативных документов по экологии строительства

Навигация:
Главная → Все категории → Строительная экология

  • Перечень правовых и нормативных документов по экологии строительства
  • Экологическая безопасность России
  • Использование альтернативных видов топлива
  • Экономика предпринимательства
  • Экологизация отходов производства и потребления

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Традиционные средства управления против возобновляемых источников энергии

Много было написано о традиционных и возобновляемых источниках энергии с точки зрения нашей окружающей среды, надежности сети и экономики. Но как сравнить традиционную и возобновляемую энергию, когда речь идет об управлении электростанцией?

 

Роберт «Боб» Лопес, основатель Nor-Cal Controls, имеет более чем 35-летний опыт работы в отрасли производства электроэнергии, как традиционной, так и возобновляемой. В качестве инженера старшего уровня он работал в области управления угольными, газовыми, геотермальными, гидроэлектростанциями и фотоэлектрическими солнечными электростанциями. Мы взяли интервью у Боба о различиях между традиционными и возобновляемыми средствами контроля.

 

В чем разница между традиционной и возобновляемой энергией?

Традиционное производство энергии включает сжигание ископаемого топлива на основе углерода. Три основных типа — нефть, природный газ и уголь. Традиционные электростанции поддерживали энергосистему США вплоть до последних 10 лет или около того, наряду с атомной энергетикой. У США был довольно большой парк атомных электростанций, которые были выведены из эксплуатации.

Традиционная энергия конечна, то есть ее запасы ограничены. Нефти, природного газа и угля, доступных для добычи и сжигания для получения энергии, не так много, поскольку эти ресурсы ограничены.

 

Производство возобновляемой энергии происходит за счет использования природных, повторяющихся, неуглеродных источников энергии. К ним относятся солнечные фотоэлектрические (работающие от солнца), гидроэлектростанции (возобновляемые из-за дождя и таяния снега), ветряные турбины, геотермальный пар и потоки энергии приливов. Эти источники возобновляемы и бесконечны — в нашей жизни всегда будут солнце, ветер, падающая вода и приливы.

 

Какие типы традиционных электростанций существуют?

Традиционные электростанции в основном работают одинаково; они основаны на вращающемся оборудовании. Они сжигают свое топливо, чтобы создать тепловую энергию, которая затем вращает турбину. Это может быть паровая турбина, работающая от угольного котла, или газовая турбина, работающая на природном газе. Турбина соединена с генератором, который преобразует тепловую энергию турбины в электрическую энергию.

 

 

Какие типы электростанций на возобновляемых источниках энергии существуют?

Электростанции на возобновляемых источниках энергии работают по-разному. Гидроэлектростанции используют энергию падающей воды в водохранилищах и реках для вращения генератора. Ветряные турбины улавливают кинетическую энергию и используют ее для привода генератора, производящего электричество. Солнечные электростанции используют панели с фотогальваническими (PV) ячейками для захвата энергии солнца и преобразования ее в электричество. Затем инверторы преобразуют мощность постоянного тока в переменный ток, чтобы ее можно было использовать напрямую или подавать в сеть.

 

Есть ли преимущества у традиционных электростанций? Почему до сих пор существует потребность в традиционных генераторах энергии?

В нашей текущей инфраструктуре в США традиционная энергия обеспечивает так называемую инерцию сети. Вращающееся оборудование, используемое на традиционных заводах, содержит большое количество энергии, которая вращается с той же частотой, что и сеть. Когда происходит всплеск спроса, частота сети снижается. Наличие такого большого количества вращающейся массы на сетке действует как своего рода буфер, поглощающий и замедляющий изменения. Он обеспечивает отклик по частоте и напряжению на основе накопленной энергии.

 

Солнечные фотоэлектрические системы не обеспечивают такую ​​вращающуюся массу. Ветряные турбины имеют вращающуюся массу, но они не подключены напрямую к сети — в них используется преобразователь частоты между турбиной и сетью. Это означает, что в нашей существующей инфраструктуре ни солнечная, ни ветровая энергия не могут обеспечить инерцию сети во время скачков спроса и соответствующих изменений частоты. Без инерции сетки она могла бы стать нестабильной и ненадежной.

 

По мере того, как в сеть поступает все больше возобновляемой энергии, может возникнуть необходимость оставить в системе некоторое вращающееся оборудование для поддержания надежности и стабильности, пока батареи или другое оборудование для хранения энергии не смогут имитировать эту функцию стабилизации сети.

 

Со временем мы также можем увидеть изменения в сетевой инфраструктуре США. Мы можем перейти к структуре микросетей с более короткими радиальными линиями, которые проходят через штаты, в отличие от длинных проводников, которые проходят через всю страну. В системе такого типа контроль над сетью будет регулироваться в более узких и небольших географических районах.

 

Чем отличаются требования к управлению для традиционной электростанции и электростанции, работающей на возобновляемых источниках энергии?

Традиционные электростанции имеют гораздо более сложные требования к управлению.

 

В качестве примера рассмотрим угольную электростанцию. Уголь поступает из поезда, он измельчается в порошок, а затем транспортируется из измельчителя в котел. Оказавшись там, он сгорает, образуя летучую золу и зольный остаток, которые необходимо удалять. Внутри котла есть вентиляторы с принудительной тягой, которые вдувают воздух в систему, и вентиляторы с принудительной тягой, которые вытягивают воздух, чтобы поддерживать давление в котле на заданном уровне.

 

Вся эта координация необходима для подачи топлива в систему, выработки источника тепла, подачи пара из котла в турбину и вывода побочных продуктов из системы. Температура может быть более тысячи градусов, а давление более тысячи фунтов. Это не технология ракетостроения, но существует множество критических контуров управления, неправильное управление которыми может привести к серьезным повреждениям, травмам и даже смерти.

 

Ветряные турбины, напротив, просто движутся по воздуху, как вертушка, и не беспокоят людей или оборудование на земле. При использовании солнечной фотоэлектрической энергии нет опасности, что инверторы вызовут большой взрыв или распылят перегретый пар. Элементы управления гораздо более простые. Вы можете использовать элементы управления, чтобы изменить шаг лопастей ветряной турбины, чтобы они сильнее вгрызались в воздух и производили немного больше энергии. Вы можете попросить инверторы на солнечной фотоэлектрической станции производить больше или меньше энергии. Эти процессы довольно просты по сравнению с управлением газовой или паровой турбиной.

 

 

Являются ли традиционные требования к управлению энергией более сложными, чем у инверторов?

Да. Это не значит, что инверторы сами по себе просты — это не так. Схемы в них умопомрачительные. Однако ими просто управлять по сравнению, например, с газовой турбиной. С газовой турбиной у вас есть топливные форсунки, работающие примерно при 2500 градусов по Фаренгейту. Наконечники лопаток турбины могли вращаться почти со сверхзвуковой скоростью в почти плавильных условиях. В результате регуляторы подачи топлива и воздуха на газовой турбине имеют сверхкритическое значение, чтобы не допустить выхода компонентов из строя.

 

При использовании фотоэлектрических солнечных батарей инверторы могут выйти из строя, если схема перегреется, или их номинальные характеристики могут снизиться, но они не расплавятся или не взорвутся, если только они не будут подключены неправильно или имеют неисправные электрические компоненты. И хотя схема инвертора сложна, его функция проста. Он преобразует постоянный ток в переменный. Если у вас нет отказа компонента или короткого замыкания, инверторы работают без проблем.

 

Существуют ли какие-либо проблемы с безопасностью при управлении традиционной электростанцией по сравнению с солнечной электростанцией?

Высокое напряжение является основной проблемой безопасности солнечных электростанций. У вас высокое постоянное напряжение с большим током, поступающим в цепочку постоянного тока в инвертор. После того, как инвертор преобразовал мощность постоянного тока в мощность переменного тока, вы можете получить 34,5 кВ, выходящих из трансформатора инвертора. Всегда есть элемент опасности с электрическим током и высоким напряжением.

 

У традиционных электростанций гораздо больше проблем с безопасностью. Аммиак обычно используется для очистки задней части угольной электростанции, поэтому существует вероятность опасных утечек аммиака. Генераторы водорода означают возможность взрыва водорода. Природный газ под давлением может взорваться. Как мы уже упоминали ранее, в сверхкритической установке процессы могут протекать при невероятно высоких температурах. Если у вас есть утечка через штифт в перегретой системе, вы можете ее услышать, но не увидеть. Если бы вы прошли через него, скорость и температура пара могли бы разрезать вас пополам.

 

Все это говорит о том, что на традиционной электростанции может произойти еще много вещей, которые могут выйти из строя, и гораздо больше опасностей.

 

Чем могут отличаться требования к конструкции SCADA для традиционной электростанции и солнечной электростанции?

Традиционные электростанции в большей степени используют распределенную систему управления (DCS), потому что необходимо сбалансировать и контролировать множество различных частей станции. Например, на угольном заводе у вас есть вентиляторы, измельчители, дробилки, конвейеры и все виды другого оборудования еще до того, как вы доберетесь до турбины и генератора.

 

Применение солнечной системы SCADA на традиционной электростанции не применяется. Вы можете взять традиционные DCS-системы и перенести их на солнечную энергию, и они будут работать нормально, но вам не захочется брать программируемый логический контроллер (ПЛК) и некоторое программное обеспечение SCADA с солнечной фотоэлектрической станции и пытаться перенести это на традиционную электроэнергию. завод. Это никогда не сработает.

 

Как опыт Nor-Cal в области управления традиционными электростанциями может помочь сегодня владельцам и операторам солнечных фотоэлектрических систем?

Наш опыт работы с традиционной энергетикой сделал нас «сильнейшими в управлении» из-за требуемой сложности и опыта. Кроме того, несмотря на то, что элементы управления для солнечной фотоэлектрической площадки проще, все же важно понимать все правила и требования, связанные с подключением к сети, и то, как их следует применять. Наш опыт дает нам эти рабочие знания.

 

Будучи управляющей компанией, мы в первую очередь можем помочь клиентам на рынке возобновляемых источников энергии не только обеспечить надежность управления на своей станции, но и внести свой вклад в создание стабильной и надежной сети. Работая вместе, мы можем сделать устойчивую энергию доступной для большего количества домов и предприятий.

 

Powering A Generation: Производство электроэнергии

Производство
Электроны

Есть много способов производить электричество. Электроны
может течь между некоторыми различными материалами, обеспечивая ток, как в
обычный аккумулятор. Хотя химические батареи надежны и портативны, они работают
вниз быстро. Чтобы обеспечить большое количество постоянной мощности, требуемой
современных обществах были построены большие электростанции. Большинство электростанций
производить электричество с помощью машины, называемой генератором.

Ротор турбины 1925 года для генератора Westinghouse, изображение № 21.035,
Коллекция исторических изображений научной службы, Национальный музей американской истории

Генераторы

состоят из двух важных частей:
ротор (который вращается) и статор (который остается неподвижным). Генераторы
использовать принцип электромагнитной индукции, который использует соотношение
между магнетизмом и электричеством. В больших генераторах переменного тока внешняя оболочка
с мощными магнитами вращается вокруг неподвижного «якоря»
который обмотан толстой проволокой. При движении магниты индуцируют электрический ток.
ток в проводе.

Важно понимать, что электричество
не добывается и не собирается, его необходимо изготовить. И так как это не
легко хранить в больших количествах, он должен быть изготовлен в момент спроса. Электричество
является формой энергии, но не источником энергии. Различные электростанции
использовать различные источники энергии для производства электроэнергии. Два самых распространенных
типами являются «Тепловые установки» и «Кинетические установки».

 

Тепловой
Генерирующие установки

Тепловые электростанции используют энергию тепла для производства электроэнергии.
Вода нагревается в котле до тех пор, пока не станет высокотемпературным паром. Этот
затем пар направляется через турбину, к которой прикреплено множество лопастей вентилятора.
к валу. Когда пар проходит над лопастями, он заставляет вал вращаться.
вращение. Этот вращающийся вал соединен с ротором генератора, и
генератор производит электричество.

 

Схема теплового (масляного
сжигание) в системе Hydro-Québec
Copyright, Hydro-Québec

 

Работающие на ископаемом топливе
растения

Ископаемое топливо – остатки растений
и жизнь животных, которые жили давным-давно. Подвержены воздействию высоких температур и давлений
за миллионы лет под землей эти останки преобразились
на формы углерода: уголь, нефть и природный газ. В отличие от самого электричества,
ископаемое топливо может храниться в больших количествах. После 100 лет исследований
и развития, электростанции, работающие на ископаемом топливе, в целом надежны, а проблемы
которые действительно происходят, обычно ограничиваются локальной территорией. Многие электрические коммунальные услуги
эксплуатируют заводы, работающие на ископаемом топливе, на протяжении десятилетий, и эти заводы (сейчас полностью
оплачено) очень выгодно работать. Это не только увеличивает прибыль на
утилита, но снижает прямые затраты для пользователей.

Однако заводы, работающие на ископаемом топливе, могут создавать
серьезные экологические проблемы. При сжигании этих видов топлива образуется диоксид серы.
и загрязнение воздуха оксидом азота, требующее дорогих скрубберов. Сточные Воды
из использованного пара могут попадать загрязняющие вещества в водосборные бассейны. Даже при очень
хороший контроль загрязнения, все еще производятся отходы. Углекислый газ
газ и зола — текущие проблемы.

Кроме того, ископаемое топливо не является возобновляемым.
На их создание ушли миллионы лет, и в какой-то момент они закончатся.
Их извлечение и транспортировка для использования создали экологические проблемы.
Открытая добыча угля и разливы нефти в море могут привести к катастрофическим последствиям
на экосистемы.

 

Когенерация

Нефть стала слишком дорогой для большинства
электростанции. Уголь и природный газ в настоящее время в США дешевы.
используется чаще. Эти два вида топлива используются более эффективно
на «когенерационных» установках. Когенерация не новая идея, и
использует то, как работают многие крупные потребители электроэнергии. Многие фабрики
используют пар в своем производственном процессе. Коммунальные предприятия часто производят и продают пар
для этих клиентов, а также для запуска собственных генераторов.

Вместо простой конденсации и отвода
отработанный пар после прохождения через турбину, «верхний цикл»
когенераторы передают этот полезный товар ближайшим потребителям. «Нижний цикл»
Когенераторы работают в обратном направлении и используют отработанный пар промышленных предприятий.
обработки для привода турбин. За счет повторного использования пара тепловая эффективность при когенерации
растений может превышать 50%.

Недавно разработанные когенерационные установки
использовать новые материалы и конструкции для повышения надежности и контролировать как
тепловое и атмосферное загрязнение. Поскольку эти новые технологии разработаны
в заводы с самого начала, они дешевле в установке. Экономика
а возможность технологии когенерации позволяет многим заводам вернуться
на сжигание угля без превышения норм качества воздуха. «В обращении
Котлы с псевдоожиженным слоем, селективные каталитические (и некаталитические)
Системы очистки воды Reduction» и «Zero-Discharge».
являются примерами технологий, используемых для контроля различных экологических
проблемы.

 

Комбинированный цикл
и заводы по производству биомассы

Некоторые электростанции, работающие на природном газе, могут производить электроэнергию без
готовить на пару. Они используют турбины, очень похожие на реактивные самолеты. Вместо
сжигания реактивного топлива и создания тяги, однако эти агрегаты работают на естественном
газ и питание генератора. Газотурбинные генераторы были популярны для
много лет, потому что они могут быть быстро запущены в ответ на временные
скачки спроса на электроэнергию. Более новый поворот — «комбинированный цикл».
завод, который таким образом использует газовые турбины, но затем направляет
отработанный газ в котел, который заставляет пар вращать другой ротор. Этот
существенно повышает общий КПД электростанции.

В дополнение к этим нововведениям некоторые тепловые установки разрабатываются для
сжигать «биомассу». (Показан завод по производству биомассы во Флориде,
авторское право на изображение US Generation). Термин применяется к древесным отходам
или другой возобновляемый растительный материал. Например, Окиеланта Когенерация
Завод во Флориде сжигает отходы переработки сахарного тростника из багассы
работы в течение одной части года, и отходов древесины в период выращивания
время года.

 

Атомная
Растения

Хотя есть некоторые важные технические (и социальные)
различия, атомные электростанции — это тепловые электростанции, которые производят электроэнергию
почти так же, как заводы, работающие на ископаемом топливе. Разница в том, что они
генерировать пар, используя теплоту атомного деления, а не сжигая
уголь, нефть или газ. Затем пар вращает генератор, как и в других тепловых
растения.

Схема атомной электростанции в Гидро-Квебеке
система
авторское право, Hydro-Québec

Атомные станции не используют большое количество топлива и не часто перезагружаются, в отличие от угольной электростанции, которая должна иметь поезда с грузами.
топлива отгружается регулярно. Тот факт, что парниковые газы и взвешенные в воздухе частицы
минимальны при нормальной эксплуатации, что делает атомную энергетику привлекательной для многих, кто заботится о качестве воздуха. Сточные Воды
горячее, чем на ископаемом заводе, и большие градирни предназначены для решения этой проблемы.

Тем не менее, стремление к полевым ядерным
власть в США пошатнулась перед лицом беспокойства общественности по поводу безопасности, окружающей среды и экономики.
Поскольку было указано больше механизмов безопасности, затраты на строительство и систему
сложности выросли. Кроме того, заводы показали некоторые неожиданные особенности, такие как преждевременный износ котельных труб. Инженеры-ядерщики утверждают, что ранние проблемы с ядерной
заводы подлежат техническому ремонту, и работают над новыми «по своей сути
безопасные» проекты установок. Противники утверждают, что простое использование урана и
плутоний как топливо создает слишком много проблем и рисков, не стоящих никакой пользы технологии
должно быть.

Пока одна проблема, которая не
решена проблема утилизации отработавших топливных сердечников и загрязненной арматуры.
которые могут оставаться опасными в течение тысяч лет. Постоянное захоронение в
геологически стабильные местоположения — это план, который преследуется в настоящее время, хотя
это все еще очень спорно.

Громкие аварии на Трех милях
Остров в 1979 г. и Чернобыль в 1986 г.
атомная промышленность, общественные катастрофы. Продолжающиеся экономические проблемы сделали атомные станции гораздо менее привлекательными для инвестиций. Несмотря на то, что он производил 22% электроэнергии Америки
в 1996, будущее ядерной энергетики в этой стране неопределенно и горячо обсуждается.

 

Кинетический
Генерирующие установки

Гидроэлектростанции и ветряные мельницы
также преобразовывать энергию в электричество. Вместо тепловой энергии они используют
кинетическая энергия, или энергия движения. Движущийся ветер или вода (иногда
называемый «белым углем») вращает турбину, которая, в свою очередь, вращает
ротор генератора. Поскольку топливо не сжигается, воздух не загрязняется.
произведено. Ветер и вода являются возобновляемыми ресурсами и, хотя
было много последних технических инноваций, у нас есть долгая история использования
эти источники энергии. Однако проблемы существуют даже с этими технологиями.

 

Гидроэлектростанции
Растения

Два основных типа гидроэлектростанций находятся в эксплуатации.
Один тип, «русловая» установка, получает энергию от быстро движущегося
ток для вращения турбины. Расход воды в большинстве рек может меняться
во многом зависит от количества осадков. Значит, мало подходящих
площадки для русловых растений.

Мост гидроэлектростанция
растения используют резервуар для компенсации периодов засухи и для
повысить давление воды в турбинах. Эти искусственные озера занимают большие
территории, часто создавая живописные спортивные и рекреационные объекты. Массивные плотины
необходимы, также удобны для борьбы с наводнениями. Раньше мало кто задавался вопросом
распространенное мнение, что выгоды перевешивают затраты.

Эти расходы связаны с потерей земли
затоплен водохранилищем. Плотины вытеснили людей и уничтожили дикую природу
мест обитания и археологических раскопок. Прорыв плотины может иметь катастрофические последствия. Некоторые экологические
затрат можно избежать за счет продуманного дизайна; используя рыбные лестницы, чтобы позволить
хороший пример — рыба, путешествующая вокруг плотины. Однако остаются другие расходы,
и протесты против некоторых недавних гидроэнергетических проектов стали такими же гневными
как антиядерные протесты.

Особый вид гидроэнергетики называется
«Насосное хранилище». Некоторые негидроэлектростанции могут воспользоваться преимуществами
периоды низкого спроса (и низких затрат) путем закачки воды в водохранилище.
Когда спрос возрастает, часть этой воды направляется через гидротурбину.
для производства электроэнергии. Поскольку генераторные установки «пиковой нагрузки» (используемые
для удовлетворения временных всплесков спроса), как правило, обходятся дороже, чем
агрегаты с «базовой нагрузкой» (которые работают большую часть времени), гидроаккумулирующие
является одним из способов повышения эффективности системы.

 

Ветер
Мощность

Ветряным электростанциям не нужны резервуары и
не создают загрязнения воздуха. Небольшие ветряные мельницы могут обеспечить электроэнергией отдельные
дома. Воздух несет гораздо меньше энергии, чем вода, однако гораздо больше энергии.
он нужен для вращения роторов. Нужны либо несколько очень больших ветряков
или много маленьких, чтобы управлять коммерческой ветровой электростанцией. В любом случае строительство
затраты могут быть высокими.

Как и русловые гидростанции, есть
ограниченное количество подходящих мест, где ветер дует предсказуемо.
Даже на таких объектах турбины часто приходится проектировать со специальной передачей, чтобы ротор вращался с постоянной скоростью в
несмотря на переменную скорость ветра. Некоторые находят меньше технических проблем
с инсталляциями, способными превратить живописный хребет или перейти в уродливую стальную
лес, или это может нанести ущерб птицам.

 

Альтернатива
Поколение

Силовые установки других типов не
использовать традиционное оборудование для производства электроэнергии. Геотермальные установки заменяют
котлы с самой Землей. Фотогальваника («PV») и топливо
Ячейки идут дальше, полностью отказываясь от турбогенераторов. Они чередуются
энергетические технологии разрабатываются уже несколько десятилетий, и
сторонники считают, что техническая и политическая ситуация теперь принесет
их на рынок.

 

Геотермальная
Растения

Давление, радиоактивный распад и лежащие в его основе
расплавленная порода делает глубокие места в земной коре действительно горячими. яркий
пример тепла, доступного под землей, можно увидеть, когда извергаются гейзеры, отправляя
пар и горячая вода высоко в воздухе. Природные источники пара и горячей воды
привлекли внимание энергетиков с начала этого века.

Нажав на этот природный термальный
энергии, геотермальные установки обеспечивают электроэнергию с низким уровнем загрязнения.
Существует несколько различных сортов растений, и продукт из
Геотермальная площадка используется как для отопления, так и для производства электроэнергии.
Найти подходящие сайты может быть сложно, хотя технические новшества
происходят, больше сайтов становятся практичными. Использование геотермальных источников также может
имеют эффект «выключения» естественных гейзеров, и эта возможность
необходимо учитывать на этапе планирования.

 

Солнечная
Мощность

Солнечные элементы или «фотогальваника»
не используйте генератор; они генератор. Обычно располагаются панелями,
эти устройства используют способность света вызывать ток
течь в некоторых веществах. Ряд ячеек соединен проводами вместе, и
ток течет от панели, когда на нее падает солнечный свет. Они не производят
загрязнения при работе, и большинство ученых предсказывают, что подача топлива
продлится не менее 4 миллиардов лет.

Солнечные панели были относительно дорогими
сделать, и, конечно, они не будут работать ночью или в ненастье. Немного
Процессы, необходимые для их производства, недавно были поставлены под сомнение с экологической точки зрения. Не весь солнечный свет, падающий на солнечный элемент, преобразуется в
электричество, и повышение эффективности было медленной работой. Тем не менее, идея
использования всего этого бесплатного солнечного света остается мощным стимулом для солнечной энергетики.
сила.

 

Топливо
Ячейки

Ценятся за их полезность на космических кораблях,
топливные элементы химически объединяют вещества для выработки электроэнергии. Пока
это может звучать очень похоже на аккумулятор, топливные элементы питаются от
непрерывный поток топлива. В американских космических челноках, например, топливные элементы
соединить водород и кислород для производства воды и электричества.

Топливные элементы обычно были дорогими
сделать и не очень подходит для больших установок. Однако они представляют
«модульная» технология в этом качестве может быть добавлена ​​небольшими
приращения (5 — 20 МВт) по мере необходимости, что позволяет коммунальным предприятиям сократить капитальные
затраты и сроки строительства. Исследования, похоже, обнадеживают; одна испытательная установка в Йонкерсе, штат Нью-Йорк, может производить 200 кВт за счет использования газа, образующегося при работе станции очистки сточных вод. Кроме того, электростанции на топливных элементах используются для центрального электроснабжения в Японии.

 

Децентрализованная генерация

Максимальная полезность топливных элементов или фотогальваники
не может относиться к крупным центральным электростанциям. В эпоху до великого
сети проводов, охватывающей весь континент, небольшая электростанция на
помещения имели экономический смысл для многих деловых и промышленных пользователей.
Поскольку двигатели и оборудование были улучшены и разработаны, чтобы использовать преимущества
нового энергоснабжения, больше клиентов электрифицировали свой бизнес и
дома.

В начале 20 -го -го Века,
малые генерирующие компании консолидированы и независимые
растения постепенно исчезли. Просто стало выгоднее покупать
электроэнергию от централизованной коммунальной службы, а не генерировать ее на месте.
Крупные региональные энергетические пулы выросли, поскольку компании объединили свои передачи
системы и общие резервные мощности. «Экономия на масштабе» стала
сторожевые слова.

Это может измениться в 21 st
Века. По мере совершенствования технологии производства электроэнергии и экологических
растет, сама концепция крупных централизованных электростанций
ставится под вопрос.

Нетрадиционные виды электростанций: Нетрадиционные источники энергии