Альтернативные источники энергии: преимущества, недостатки и особенности. Достоинства и недостатки различных способов получения энергии

59. Традиционные и нетрадиционные источники энергии. Их преимущества и недостатки.

Широкое практическое использование электроэнергии в сравнении с другими видами энергии объясняется относительной легкостью ее получения и возможностью передачи на большие расстояния.Традиционные источники электрической энергии: тепловая ТЭС, энергия потока воды - ГЭС, атомная энергия - АЭС.

Тепловые электростанции (ТЭС) вырабатывают электроэнергию в результате преобразования тепловой энергии, которая выделяется при сжигании органического топлива (угля, нефти, газа). Невосполнимость этих природных ресурсов заставляет задуматься о рациональном их применении и замене более дешевыми способами получения электроэнергии.Гидроэлектростанция (ГЭС) — комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. При их сооружении также наносится вред окружающей среде: перегораживаются реки, меняется их русло, затопляются долины рек.Важнейшая особенность гидротехнических ресурсов в сравнении с топливно-энергетическими — их непрерывная возобновляемость.Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия используется для получения электрической. Генератором энергии здесь является атомный реактор. Тепло, выделяемое в нем в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжелых элементов, преобразуется в электроэнергию. АЭС работают на ядерном горючем (уран, плутоний и др.), мировые запасы которого значительно превышают запасы органического топлива.Нетрадиционные источники электрической энергии,где невосполняемые энергоресурсы практически не тратятся:ветроэнергетика, приливная энергетика, солнечная энергетика.

Ветроэнергетическая установка способна превращать энергию ветра в электроэнергию. Запасы ветровой энергии на территории нашей страны огромны, так как во многих районах среднегодовая скорость ветра составляет б м/с. Устройство ветроэнергетической установки достаточно простое: вал ветряного колеса, способного вращаться под действием ветра, передает вращение ротору генератора электрической энергии. Стоимость производства электроэнергии на ветровых электростанциях ниже, чем на любых других. Кроме того, ветроэнергетика экономит богатства недр. Недостатки ветроэнергетических установок — низкий коэффициент полезного действия, небольшая мощность. Они применяются там, где нет стабильного обеспечения электроэнергией — на нефтяных разработках, горных пастбищах, в пустынях и т. п.Приливная энергетика использует для производства электроэнергии энергию прилива и отлива Мирового океана. Два раза в сутки уровень океана то поднимается, то опускается. Это происходит под действием гравитационных сил Солнца и Луны, которые притягивают к себе массы океанской воды. У берега моря разности уровней воды во время прилива и отлива могут достигать более 10 м. Если в заливе на берегу моря в устье реки сделать плотину, то в таком водохранилище во время прилива можно создать запас воды, которая при отливе будет спускаться в море и вращать гидротурбины. В нашей стране уже созданы и работают приливные электростанции. Основными недостатками такого способа производства электроэнергии являются неравномерность выработки электроэнергии во времени и необходимость сооружения дорогостоящих плотин и резервуаров для воды.Гелиоэнергетика (энергия Солнца). В настоящее время получение электроэнергии от гелиоустановок осуществляется с помощью солнечных батарей. Основу таких батарей составляют фотоэлементы — кристаллы кремния, покрытые тончайшим, прозрачным для света слоем металла. Поток фотонов — частиц света, проходя сквозь слой металла, выбивает электроны из кристалла. Электроны при этом начинают концентрироваться в слое металла, поэтому между слоем металла и кристаллом возникает разность потенциалов. Если тысячи таких фотоэлементов соединить параллельно, то получается солнечная батарея, способная питать электроэнергией электронную аппаратуру на космических кораблях, спутниках. В южных районах, где много солнечных дней в году, размещение на крышах домов солнечных батарей может частично обеспечить потребность в необходимой электроэнергии. Такие батареи используют и для питания электронных часов, калькуляторов и других устройств.МГД-генераторы. Основу современной электроэнергетики, как было уже отмечено, составляют теплоэлектростанции и гидроэлектростанции, в которых очень велики потери при преобразовании тепловой энергии (от сжигания топлива на ТЭС) или механической энергии (на ГЭС) в электрическую. Те

studfiles.net

Альтернативные источники энергии: преимущества, недостатки и особенности

Все источники энергии, использующиеся человеческой цивилизацией, подразделяются на традиционные и альтернативные. В настоящее время использовать альтернативные источники энергии человечество стремится как можно больше, поскольку такие источники имеют ряд неоспоримых преимуществ перед привычными. Вместе с тем, имеют они и определенные недостатки.

Традиционная энергетика и ее недостатки

Для развития цивилизации необходима дополнительная энергия, причем чем дальше, тем больше. В процессе своего существования человечество постепенно осваивало дополнительные источники энергии, и с развитием науки и техники таких источников требовалось и находилось все больше и больше. К настоящему времени к традиционным источникам энергии относят следующие:

• Основанные на сжигании топлива (дрова, уголь, нефть) – наиболее старые из освоенных человеком;
• Основанные на преобразовании движения воды (гидроэлектростанции) – применяются в течение последних ста лет;
• Основанные на ядерных преобразованиях, то есть атомные электростанции – применяются в течение последних пятидесяти лет.

На использовании этих источников энергии основана практически вся деятельность человека. Можно смело сказать, что традиционная энергетика – это опора цивилизации, важнейшая часть мира. Однако каждый из этих источников энергии обладает существенными недостатками, все более и более затрудняющими их дальнейшее использование. Главными из этих недостатков является ограниченность этих ресурсов и негативные продукты их использования.

Запасы ископаемых видов топлива, то есть угля и нефти, ограничены, да еще и невозобновляемы, а за счет их истощения вследствие длительного использования добыча становится все дороже. А в процессе сжигания такого топлива образуется гигантское количество различных отходов, загрязняющих среду обитания.

 

В случае атомной энергетики с запасами топлива, которое представляет собой обогащенный уран, ситуация проще, хотя это тоже ископаемый ресурс и его запасы так же конечны.

 

Но вот радиоактивные отходы, получающиеся в процессе вырабатывания необходимой энергии, представляют собой очень серьезную проблему. Кроме того, атомные станции – это всегда источник опасности, поскольку в случае аварии может произойти катастрофа, которая так или иначе затронет весь мир: самые яркие примеры таких катастроф – это Чернобыль и Фукусима.

В использовании гидроэнергии тоже есть проблемы, так как, во-первых, не везде есть подходящие для использования реки, а во-вторых, использование такой энергии предполагает строительство водохранилищ, в результате чего затапливаются наиболее плодородные земли и места проживания большого количества людей.

Вместе с тем, традиционная энергетика имеет очень важное преимущество перед нетрадиционной – непрерывность работы и получения энергии. Эта особенность лежит в основе всего мирового хозяйства. Кроме того, нельзя упускать из виду тот факт, что полученная традиционными способами энергия довольно дешева.

Что такое альтернативный источник энергии?

Альтернативная энергетика, как уже понятно из названия, призвана получать энергию нетрадиционными методами. Таких методов, которые получили развитие в настоящее время, известно несколько:

• использование энергии Солнца;
• использование энергии ветра;
• использование геотермальной энергии;
• использование энергии приливов и волн;
• использование возобновляемого (растительного) топлива.

При первом же взгляде на этот список заметно, что в основе альтернативной энергетики лежит стремление использовать природные энергетические процессы, происходящие естественным путем. Альтернативная энергетика должна быть лишена двух основных недостатков энергетики традиционной: невозобновляемости сырья и удорожания энергии, с этим связанной, а также большого количества отходов, которые возникают в процессе традиционного получения энергии. Поэтому для получения энергии используются природные явления. Ученые пытаются поставить стихии на службу человеку и научиться извлекать энергию из естественных процессов.

Альтернативная энергетика возникла совсем недавно и находится в самом начале своего развития. Пока еще стоимость энергии, полученной альтернативными способами, значительно выше стоимости энергии из традиционных источников. Кроме того, как выяснилось, имеющаяся сейчас альтернативная энергетика обладает и другими существенными недостатками.

Недостатки альтернативной энергетики

Главным недостатком нетрадиционной энергетики, использующей энергию природных явлений, является непостоянство этих природных явлений. Ветер может в любой момент стихнуть, солнце закрыться тучами, высота приливов уменьшиться, а геотермальные источники иссякнуть. Из-за этого возникает необходимость в избыточном накоплении энергии, чтобы была возможность эти «моменты простоя» преодолеть за счет запасов. Но любых запасов может не хватить, если вдруг такой период бездействия продлится дольше обычного. Это приводит, в свою очередь, к необходимости дублировать альтернативный источник энергии своим традиционным собратом (например, дизель-генератором) или подводить к потребителям линию обычного электричества «для подстраховки», что в значительной степени обесценивает усилия по выработке энергии альтернативным способом.

Необходимость создания запасов энергии приводит к необходимости оснащения таких энергоисточников мощными аккумуляторами, накапливающими меньшую или даже большую часть вырабатываемой энергии (например, в случае солнечных электростанций, когда больше всего энергии вырабатывается днем, а используется вечером и ночью). Это еще сильнее увеличивает затраты на оборудование для выработки альтернативной энергии.

Статьи по теме

www.chuchotezvous.ru

Ядерная энергия: достоинства и недостатки

Поиск Лекций Введение   Энергетика - важнейшая отрасль народного хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Это основа экономики государства. В мире идет процесс индустриализации, который требует дополнительного расхода материалов, что увеличивает энергозатраты. С ростом населения становится больше энергозатрат на обработку почвы, уборку урожая, производство удобрений и т.д. В настоящее время многие природные легкодоступные ресурсы планеты исчерпываются. Добывать сырье приходится на большой глубине или на морских шельфах. Ограниченные мировые запасы нефти и газа, казалось бы, ставят человечество перед перспективой энергетического кризиса. Вдобавок, человечество стоит на пороге экологического кризиса, который связан с глобальным потеплением. Единственный выход – развитие атомной энегретики. АЭС не выбрасывают в атмосферу практически ничего кроме пара. Это единственная отрасль энергетики, которая может остановить применение органического топлива и способствовать решению экологических проблем. Количество выбросов в атмосферу от деятельности АЭС в сотни тысяч раз меньше, чем от сжигания традиционных видов топлива. О том, что АЭС наносят значительно меньший вред окружающей среде, чем теплоэлектростанции, свидетельствует пример Франции - лидера в использовании атомной энергии и самого крупного ее экспортера. В этой стране показатель выбросов в атмосферу связанных с энергетикой парниковых газов - один из самых низких среди развитых стран: 1,68 т на жителя Франции против 2,4 т в Великобритании, 2,8 т - в Германии, 5,6 т - в США. В России за счет использования атомной энергии выбросы в атмосферу сокращаются на 100 МЛН. тонн оксидов углерода, азота и серы, экономится 100 млн. тонн кислорода. Таким образом, развитие атомной энергетики становится необходимостью для дальнейшего развития человечества и экономики.     1.История развития ядерной энергетики   Приблизительно до 1800 года основным топливом было дерево. Энергия древесины получена из солнечной энергии, запасенной в растениях в течение их жизни. Начиная с Индустриальной революции, люди зависели от полезных ископаемых – угля и нефти, энергия которых также происходила из запасенной солнечной энергии. Когда топливо типа угля сжигается, атомы водорода и углерода, содержащиеся в угле, объединяются с атомами кислорода воздуха. При возникновении водного или углеродистого диоксида происходит выделение высокой температуры, эквивалентной приблизительно 1.6 киловатт-час на килограмм или приблизительно 10 электрон-вольт на атом углерода. Это количество энергии типично для химических реакций, приводящих к изменению электронной структуры атомов. Части энергии, выделенной в виде высокой температуры, достаточно для поддержания продолжения реакции. Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью 5 МВт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась преимущественно в военных целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике. В 1958 была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт. В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а 26 апреля 1964 генератор 1-й очереди выдал ток в Свердловскую энергосистему, 2-й блок мощностью 200 МВт сдан в эксплуатацию в октябре 1967. Отличительная особенность Белоярской АЭС – перегрев пара непосредственно в ядерном реакторе, что позволило применить на ней обычные современные турбины почти без всяких переделок. За рубежом первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Англия). Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США).   2.Основы ядерной энергии Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, массой М, спином J, магнитным и электрическим квадрупольным моментом Q, определенным радиусом R, изотопическим спином Т и состоит из нуклонов – протонов и нейтронов. Все атомные ядра разделяются на стабильные и нестабильные. Свойства стабильных ядер остаются неизменными неограниченно долго. Нестабильные же ядра испытывают различного рода превращения. Явление радиоактивности, или спонтанного распада ядер, была открыта французским физиком А. Беккерелем в 1896 г. Он обнаружил, что уран и его соединения испускают лучи или частицы, проникающие сквозь непрозрачные тела и способные засвечивать фотопластинку, Беккерель установил, что интенсивность излучения пропорциональна только концентрации урана и не зависит от внешних условий (температура, давление) и от того, находится ли уран в каких-либо химических соединениях. Альфа-распад Энергия связи ядра характеризует его устойчивость к распаду на составные части. Если энергия связи ядра меньше энергии связи продуктов его распада, то это означает, что ядро может самопроизвольно (спонтанно) распадаться. При альфа-распаде альфа-частицы уносят почти всю энергию, и только 2% ее приходится на вторичное ядро. При альфа-распаде массовое число изменяется на 4 единицы, а атомный номер на две единицы. Начальная энергия альфа-частицы составляет 4–10 МэВ. Поскольку альфа-частицы имеют большую массу и заряд, длина их свободного пробега в воздухе невелика. Так, например, длина свободного пробега в воздухе альфа-частиц, испускаемых ядром урана, равна 2,7 см, а испускаемых радием, – 3,3 см.   Бета-распад Это процесс превращения атомного ядра в другое ядро с изменением порядкового номера без изменения массового числа. Различают три типа бета – распада: электронный, позитронный и захват орбитального электрона атомным ядром. Последний тип распада принято также называть К-захватом, поскольку при этом наиболее вероятно поглощение электрона с ближайшей к ядру К оболочки. Поглощение электронов с L и М оболочек также возможно, но менее вероятно. Период полураспада b – активных ядер изменяется в очень широких пределах. Число бета-активных ядер, известных в настоящее время, составляет около полутора тысяч, но только 20 из них являются естественными бета-радиоактивными изотопами. Все остальные получены искусственным путем. Непрерывное распределение по кинетической энергии испускаемых при распаде электронов объясняется тем обстоятельством, что наряду с электроном испускается и антинейтрино. Если бы не было антинейтрино, то электроны имели бы строго определенный импульс, равный импульсу остаточного ядра. Резкий обрыв спектра наблюдается при значении кинетической энергии, равной энергии бета-распада. При этом кинетические энергии ядра и антинейтрино равны нулю и электрон уносит всю энергию, выделяющихся при реакции. При электронном распаде остаточное ядро имеет порядковый номер на единицу больше исходного при сохранении массового числа. Это означает, что в остаточном ядре число протонов увеличилось на единицу, а число нейтронов, наоборот, стало меньше: N=A – (Z+1).   2.3.Гамма-распад Стабильные ядра находятся в состоянии, отвечающем наименьшей энергии. Это состояние называется основным. Однако путем облучения атомных ядер различными частицами или высокоэнергетическими протонами им можно передать определенную энергию и, следовательно, перевести в состояния, отвечающие большей энергии. Переходя через некоторое время из возбужденного состояния в основное, атомное ядро может испустить или частицу, если энергия возбуждения достаточно высока, или высокоэнергетическое электромагнитное излучение – гамма-квант. Поскольку возбужденное ядро находится в дискретных энергетических состояниях, то и гамма-излучение характеризуется линейчатым спектром. Замечательным и чрезвычайно важным свойством реакции деления является то, что в результате деления образуется несколько нейтронов. Это обстоятельство позволяет создать условия для поддержания стационарной или развивающейся во времени цепной реакции деления ядер. Действительно, если в среде, содержащей делящиеся ядра, один нейтрон вызывают реакцию деления, то образующиеся в результате реакции нейтроны могут с определенной вероятностью вызвать деление ядер, что может привести при соответствующих условиях к развитию неконтролируемого процесса деления.     3.Ядерные реакторы Рисунок 1 - схема ядерного реактора: 1 - ядерное топливо, 2 - замедлитель, 3 - отражатель нейтронов, 4 - защита, 5 - регулирующие стержни. Ядерный реактор – установка, в которой осуществляется самоподдерживающаяся управляемая цепная ядерная реакция деления. Ядерные реакторы используются в атомной энергетике и в исследовательских целях. Основная часть реактора – его активная зона, где происходит деление ядер и выделяется ядерная энергия. Активная зона, имеющая обычно форму цилиндра объёмом от долей литра до многих кубометров, содержит делящееся вещество (ядерное топливо) в количестве, превышающем критическую массу. Ядерное топливо (уран, плутоний) размещается, как правило, внутри тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), количество которых в активной зоне может достигать десятков тысяч. ТВЭЛы сгруппированы в пакеты по несколько десятков или сотен штук. Активная зона в большинстве случаев представляет собой совокупность ТВЭЛов погружённых в замедляющую среду (замедлитель) – вещество, за счёт упругих соударений с атомами соударений с атомами которого энергия нейтронов, вызывающих и сопровождающих деление, снижается до энергий теплового равновесия со средой. Схема ядерного реактора изображена на Рисунке 1.   3.1.Особенности ядерного реактора как источника теплоты При работе реактора в тепловыводящих элементах (твэлах), а также во всех его конструктивных элементах в различных количествах выделяется теплота. Это связано, прежде всего, с торможением осколков деления, их бета – и гамма-излучениями, а также ядер, испытывающих взаимодействие с нейтронами, и, наконец, с замедлением быстрых нейтронов. Осколки при делении ядра топлива классифицируются по скоростям, соответствующим температуре в сотни миллиардов градусов. Особенность ядерного реактора состоит в том, что 94% энергии деления превращается в теплоту мгновенно, т.е. за время, в течение которого мощность реактора или плотность материалов в нем не успевает заметно измениться. Поэтому при изменении мощности реактора тепловыделение следует без запаздывания за процессом деления топлива. Однако при выключении реактора, когда скорость деления уменьшается более чем в десятки раз, в нем остаются источники запаздывающего тепловыделения, которые становятся преобладающими. Мощность ядерного реактора пропорциональна плотности потока нейронов в нем, поэтому теоретически достижима любая мощность. Практически же предельная мощность определяется скоростью отвода теплоты, выделяемой в реакторе. От реактора теплота отводится циркулирующим через него теплоносителем. Характерной особенностью реактора является остаточное тепловыделение после прекращения реакции деления, что требует отвода теплоты в течение длительного времени после остановки реактора. Хотя мощность остаточного тепловыделения значительно меньше номинальной, циркуляция теплоносителя через реактор должна обеспечиваться очень надежно, так как остаточное тепловыделение регулировать нельзя. Удаление теплоносителя из работавшего некоторое время реактора категорически запрещено во избежание перегрева и повреждения тепловыделяющих элементов. Ядерная энергия: достоинства и недостатки   Современная цивилизация немыслимабез электрической энергии. Выработка и использование электричества увеличивается с каждым годом, но перед человечеством уже маячит призрак грядущего энергетического голода из-за истощения месторождений горючих ископаемых и все больших экологических потерь при получении электроэнергии. Энергия, выделяющаяся в ядерных реакциях, в миллионы раз выше, чем та, которую дают обычные химические реакции (например, реакция горения), так что теплотворная способность ядерного топлива оказывается неизмеримо большей, чем обычного топлива. Использовать ядерное топливо для выработки электроэнергии – чрезвычайно заманчивая идея.Преимущества атомных электростанций (АЭС) перед тепловыми (ТЭЦ) и гидроэлектростанциями (ГЭС) очевидны: нет отходов, газовых выбросов, нет необходимости вести огромные объемы строительства, возводить плотины и хоронить плодородные земли на дне водохранилищ. Пожалуй, более экологичны, чем АЭС, только электростанции, использующие энергию солнечного излучения или ветра. Но и ветряки, и гелиостанции пока маломощны и не могут обеспечить потребности людей в дешевой электроэнергии – а эта потребность все быстрее растет. И все же целесообразность строительства и эксплуатации АЭС часто ставят под сомнение из-за вредного воздействия радиоактивных веществ на окружающую среду и человека.



poisk-ru.ru

Энергетика и экология

Потребности человечества в энергия.

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 произведе¬но 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.

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 с троительстве 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 врашают 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.

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.

Утилизация солнечной энергии.

Полная мощность излучения Солнца выражается астрономической цифрой — 4 • 1014 млрд. кВт. На каждый квадратный метр суши приходится в среднем около 0,16 кВт. Для всей же поверхности Земли количество падающей солнечной энергии составляет 105 млрд. кВт, что в 20 гыс. раз превышает производство всех известных видов энергии. Достаточно сказать, что все энергетические потребности стран СНГ соответствуют солнечной энергии, падающей в пустыне Каракумы на квадрат с длиной стороны 67 км.

Таких «квадратов» только в этой пустыне — несколько сотен. Весь вопрос в том, как преобразовать энергию падающего излучения Солнца в доступную для практического использования электрическую энергию. Успехи здесь уже есть. В настоящее время энергия солнечного излучения может широко использоваться для получения в основном низкопотенциальной тепловой энергии (до 100 °С) для нужд коммунального и сельского хозяйства и частично промышленности. Это различного рода водо- и воздухонагреватели, теплицы, сушилки, опреснители воды и т.д.

Иначе обстоит дело с использованием энергии Солнца для прямого или косвенного получения электроэнергии.

Создание солнечных электростанций (СЭС) с получением водяного пара за счет нагревания парового котла оказалось экономически нерентабельным, так как затраты на получение электроэнергии на СЭС примерно в 70 раз превышают затраты ТЭС, работающей на угле. Имеются проекты создания крупных СЭС мощностью 200—300 МВт. Однако, несмотря на все усовершенствования, расчетные затраты на этих станциях во много раз превышают затраты на ТЭС традиционного типа.

До недавнего времени считалось, что при использовании энергии солнечного излучения будущее за электростанциями на полупроводниковых фотоэлектрических преобразователях (ФЭП). Стоимость существующих установок с ФЭП мощностью до десятков киловатт намного дороже паровых СЭС, не говоря уже о традиционных источниках энергии. Пока что область применения ФЭП — малые автономные установки, используемые в местах, куда сложно доставить топливо, а также в космических аппаратах.

В 60-х гг. группой английских и американских ученых был предложен проект создания мощных космических солнечных электростанций. Предлагалось запустить на высоту 36 тыс. км над экватором со скоростью вращения Земли 60 спутников с панелями полупроводниковых фотоэлементов, каждая — площадью 160 км2 и массой 50 тыс. т. Получаемая энергия после преобразования в СВЧ должна была передаваться на Землю и там преобразовываться в электрическую. Поначалу казалось, что проект вполне осуществим. Однако огромная масса гелиостанции (300 тыс. т) поставила серьезную техническую проблему по доставке грузов на орбиту. Кроме того, опасность представляет поток микроволновой энергии огромной мощности. Он ионизирует воздух, убивая все живое, распространяет радиопомехи и т.д. Расчеты показали, что суммарные потери на двойное преобразование энергии и потери на ее передачу из космоса сводят на нет выигрыш от размещения подобной СЭС в космосе по сравнению с расположением ее на поверхности Земли. Поэтому более перспективны наземные солнечные электростанции.

Термоядерная энергетика.

Большие надежды возлагаются на управляемую термоядерную реакцию синтеза легких ядер, в частности изотопов водорода (D— дейтерия, Т — трития). Для реакции синтеза необходима огромная температура — порядка нескольких сотен миллионов градусов. В результате реакции термоядерного синтеза выделяется колоссальное количество энергии: в реакции D4-D— 3,3 млн. эВ, в реакции D4-T— 17,6 млн. эВ. Наиболее заманчиво осуществить синтез ядер только дейтерия, содержащегося в обычной воде в количестве 1/350 от массы водорода или 1/6300 от массы воды. Подсчитано, что 1 л воды по теплотворной способности эквивалентен 300 л бензина, а 1 г дейтерия выделяет в термоядерной реакции теплоту, эквивалентную сжиганию 10 т угля. Энергия, соответствующая сжиганию ежегодно добываемых в мире горючих ископаемых, содержится в кубе воды со стороной всего 160 м.

При овладении энергией ядерного синтеза человечество получило бы доступ к практически неисчерпаемому источнику энергии, безопасному с точки зрения радиоактивного загрязнения окружающей среды, поскольку конечный продукт реакции синтеза дейтерия — гелий безвреден.

Над решением проблемы термоядерного синтеза интенсивно работают физики ряда стран. В 1988 г. было решено объединить усилия по осуществлению проекта международного экспериментального реактора ИТЭР. Предполагается, что экспериментальная эксплуатация ИТЭР сможет начаться в 2003 г.

Энергия ветра.

Около 20% поступающего на Землю солнечного излучения превращается в энергию ветра, которую можно использовать практически во всех районах земного шара. Использование ветра для создания ветровых электрических станций (ВЭС) затрудняется его непостоянством. Сейчас выпускаются промышленные ветроустановки мощностью 4—6 кВт, предназначенные для сельскохозяйственных ферм. За рубежом выпускаются ВЭС мощностью 100 кВт.

В Великобритании принято решение о строительстве в ближайшие годы «ветровых парков» площадью 3—4 км2. В каждом из них будет действовать по 25 ветротурбин суммарной мощностью 8 МВт. В перспективе планируется создание гигантских «ветропарков» площадью 500 км2, состоящих из нескольких сотен энергоустановок.

В Швеции планируется строительство 4000 ВЭС (по 3 МВт каждая), которые обеспечат 20% потребности Швеции в электроэнергии. Большая часть их будет установлена в прибрежных водах на расстоянии 3—5 км от берега. В США к концу 1989 г. насчитывалось 14 тыс. ВЭС общей мощностью 1,4 млн. кВт, а в Дании действовало 2400 ВЭС с суммарной мощностью 253 МВт. Во всем мире интерес к ВЭС растет, несмотря на то что при больших масштабах производства энергии на мощных ветрогенераторах требуются большие территории, возникают радиопомехи и сильный шум, поскольку концы лопастей рассекают воздух со сверхзвуковой скоростью.

Энергии приливов.

Приливы-отливы наблюдаются в океанах и морях дважды в сутки, причем характер прилива зависит от географической широты местности, глубины моря и крутизны береговой линии. Величина перепада высот при приливе часто превышает 10 м.

Первая приливная электростанция (ПЭС) мощностью 240 МВт была построена во Франции в 1967 г. в месте впадения реки Роны в Ла-Манш. Устье реки было перегорожено дамбой длиной 700 м, в теле дамбы установлены «обратимые» гидроагрегаты, вращающиеся в одну сторону при приливе и в обратную — при отливе.

Стоимость сооружения ПЭС на Роне в 2,5 раза превысила стоимость обычной речной ГЭС такой же мощности. Вблизи Мурманска в 1986 г. построена опытно-промышленная ПЭС мощностью 800 кВт.

В Великобритании обсуждается проект сооружения ПЭС в открытом море. Выявлены участки мелководного моря со стабильным приливом высотой 6 м, на котором планируется строительство невысоких дамб в 10 км от берега. В этих дамбах будут установлены шлюзы и обратимые гидроагрегаты, способные использовать до 45% энергии приливов и отливов. По расчетам, на восьми таких участках можно получать 25% электроэнергии, требуемой в настоящее время стране. При этом отпадает необходимость в сооружении громоздких судоходных шлюзов и затоплении приморских равнин. На вынесенных в море дамбах можно дополнительно построить и ветровые электростанции. Стоимость производимой на такой ПЭС энергии сравнима со стоимостью, получаемой на АЭС.

Геотермальная энергия.

Геотермальная энергия — это энергия, содержащаяся в подземной горячей воде и водяном паре. Запасы термальных вод на территории бывшего СССР оценивались примерно в 200 млн. т условного топлива в год. В настоящее время ежегодно добывается 60 млн. м3 термальной воды, что эквивалентно 500 тыс. т условного топлива. На юге Камчатки в 1966 г. в долине р. Паужетки пущена первая в стране геотермальная тепловая электростанция (ГеоТЭС) мощностью 11 тыс. кВт. В отдаленных районах себестоимость электроэнергии на ГеоТЭС в несколько раз ниже, чем на дизельных электростанциях с привозным топливом. ГеоТЭС построены также в Италии, Новой Зеландии, США (долина Больших Гейзеров в Калифорнии), в Исландии.

В общей сложности сегодня ГеоТЭС вырабатывают около 0,1 % суммарной мощности электростанций мира. В будущем этот вклад может быть более высоким, поскольку запасы геотермальных ресурсов очень велики. Однако сравнительно недавно обнаружилось, что геотермальные электростанции, работающие на подземном паре и горячей воде, гораздо более радиоактивны, чем тепловые станции на угле, в основном за счет радиоактивного радона и продуктов его распада. Установлено, что из всех естественных источников радиации радон является наиболее опасным. Он ответствен за 3/4 годовой индивидуальной эффективной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за 1/2 дозы всех естественных источников радиаци.

Другие нетрадиционные источники.

В поисках альтернативных экологически чистых источников электроэнергии ведутся исследования по использованию для этой цели энергии волн. Волновые электростанции могут быть построены как па берегу, так и непосредственно в море. Трудности в эксплуатации волновых станций связаны с непостоянством размеров и скорости движения волн, а также с обеспечением устойчивой эксплуатации в условиях штормовой погоды.

Из других нетрадиционных источников энергии в последнее время все большее внимание уделяется так называемым биогазовым установкам, в которых в процессе анаэробного сбраживания остатков сельскохозяйственного производства, избыточной массы активного ила и других органических отходов получается горючий газ (главным образом метан). Такие установки успешно эксплуатируются в США, во многих странах Западной Европы и других континентов. Так, в Индии в 1985 г. их насчитывалось более 400 тыс., в Китае в 1986 г. эксплуатировалось 25 млн. печей и водонагревателей на биогазе.

И конечно же ключевой проблемой является энергосбережение. Например, значительную экономию энергии дало бы применение газовых турбин в доменном производстве. Каждая турбина могла бы экономить 11 тыс. т условного топлива в год. Наибольшие потери энергии характерны для крупнотоннажной металлургической промышленности.

И все же рассчитывать всерьез на то, что нетрадиционные источники энергии могут в скором времени заменить ныне действующие, не приходится. По прогнозам специалистов, переход на альтернативные источники энергии произойдет не ранее чем через 30—50 лет. А пока задача заключается в том, чтобы максимально снизить ущерб окружающей среде при использовании традиционных способов получения электроэнергии.

Оценки уровня радиации

Теоретический аспект. После открытия в начале XX в. радиоактивности человечество шагнуло далеко вперед в своем движении по изучению данного явления. К сожалению, вначале это изучение коснулось только создания ядерного оружия огромной разрушительной силы и лишь позже — использования этой силы в мирных целях. Стали соз¬даваться атомные электростанции, двигатели на ядерном топливе, приборы с радиоизотопами дня проверки качества сварных швов в магистральных нефте- и газопроводах, для медицинской диагностики, лечения некоторых онкологических заболеваний и т.д.

После аварий на АЭС (особенно на Чернобыльской), на атомных подводных лодках, в научных центрах люди стали понимать, перед лицом какой грозной опасности они находятся. Этот враг невидим, но разрушает все живое с неумолимой силой. Имя его — радиация.

Суть метода. Создан ряд приборов, с помощью которых можно достаточно быстро определить: в опасной зоне находится человек или нет, загрязнены ли продукты радионуклидами? Принцип работы этих приборов основан на том, что чувствительные элементы улавливают радиоактивное излу¬чение и на световом индикаторе показывают его величину. Ход работы.

1. Взять любой прибор для измерения радиации. Тщательно изучить инструкцию по его использованию.

2. Измерить уровни радиации в классе, в коридоре, на школьном дворе.

3. Сделать вывод о радиоактивной обстановке в вашей школе и местности, где вы проживаете.

Если уровень радиации от 14—20 мР/ч (миллирентген/час), то эта величина в пределах естественного фона. Если уровень радиации повышен, надо соблюдать меры предосторожности: не употреблять немытые фрукты и овощи, соблюдать личную гигиену. Можно уменьшить со¬держание радионуклидов в продуктах питания. Известно, что 53—70% таких радиоактивных элементов, как цезий и стронций, при варке рыбы и мяса переходят в бульон, по¬этому его обязательно нужно вылить. Доказано, что если проварить мясо в течение первых 10 мин, то в бульон перейдет 50—60% стронция. Этот бульон сливают, а мясо продолжают варить в новом бульоне — потеря питательных веществ будет минимальной, а продукт станет безвредным. Можно обезвредить мясо, удалив 81% цезия-134, и без варки. Для этого мясо вымачивают в проточной воде в течение 12 ч. Удаление из продуктов 99,3% изотопов цезия-137 и цезия-134 достигается вымачиванием в 4%-м растворе поваренной соли или в 3%-м растворе уксусной кислоты при 4—5 °С со сменой рассола через каждые 6 часов в течение 18 ч.

ТЭС, ГЭС, АЭС, СЭС, ГеоТЭС, альтернативные источники энергии, биогаз.

1. Назовите достоинства и недостатки различных способов получения энергии.

2. Каковы основные современные тенденции развития мировой энергетики?

3. Какие способы экономии энергии вам известны?

4. Определите перспективы развития нетрадиционных способов получения энергии.

5. В чем суть радиоактивного воздействия на живые организмы?

6. Назовите бытовые способы устранения отрицательного воздействия радиации на человека.

berezaklim.ru

«нетрадиционные способы получения энергии» - Документ

	Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Институт международных отношений
Факультет:	«Управления и экономики высоких технологий»
Кафедра:	№	55			Институт международных отношений
Специальность:	350200		«Международные отношения»
реферат на тему:
«нетрадиционные способы получения энергии».
Подготовила: Байбурина Евгения У04-04

Оглавление

Оглавление 2

Введение 4

Электроэнергетика. 5

1.1 Преобразование энергии в электрическую 7

1.2 Передача и распределение электрической энергии 7

Основные способы получения энергии. 10

2.1 Тепловые электростанции. 10

2.2 Гидроэлектростанции. 13

2.3 Атомные электростанции. 16

Нетрадиционные способы получения энергии 23

3.1 Классификация источников энергии 23

3.2 Ветровая энергия 24

3.3 Энергия солнца 34

3.4 Геотермальная энергетика 39

3.5 Тепловая энергия океана 41

3.6 Энергия приливов и отливов. 43

3.7 Энергия морских течений 44

3.8 Водородная энергетика 45

Перспективы развития альернативной энергетики 50

Заключение 53

Список литературы 54

Введение

Энергия – не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий. Помимо своего основного физического (а в более широком смысле – естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты.

Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Таким образом у человечества два пути: строгая экономия при расходовании энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Целью данной работы было изучение нетрадиционных способов получения энергии, и перспективы развития этой отрасли.

Электроэнергетика.

Электроэнергетика — отрасль энергетики, включающая в себя производство, передачу и сбыт электроэнергии. Электроэнергетика является наиболее важной отраслью энергетики, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.). Отличительной чертой электрической энергии является практическая одновременность её генерирования и потребления, так как электрический ток распространяется по сетям со скоростью, близкой к скорости света.

Электрическая энергия долгое время была лишь объектом экспериментов и не имела практического применения. Первые попытки полезного использования электричества были предприняты во второй половине XIX века, основными направлениями использования были недавно изобретённый телеграф, гальванотехника, военная техника (например были попытки создания судов и самоходных машин с электрическими двигателями; разрабатывались мины с электрическим взрывателем). Источниками электричества поначалу служили гальванические элементы. Существенным прорывом в массовом распространении электроэнергии стало изобретение электромашинных источников электрической энергии — генераторов. По сравнению с гальваническими элементами, генераторы обладали бо́льшей мощностью и ресурсом полезного использования, были существенно дешевле и позволяли произвольно задавать параметры вырабатываемого тока. Именно с появлением генераторов стали появляться первые электрические станции и сети (до того источники энергии были непосредственно в местах её потребления) — электроэнергетика становилась отдельной отраслью промышленности. Первой в истории линией электропередачи (в современном понимании) стала линия Лауфен — Франкфурт, заработавшая в 1891 году. Протяжённость линии составляла 170 км, напряжение 28,3 кВ, передаваемая мощность 220 кВт[2]. В то время электрическая энергия использовалась в основном для освещения в крупных городах. Электрические компании состояли в серьёзной конкуренции с газовыми: электрическое освещение превосходило газовое по ряду технических параметров, но было в то время существенно дороже. С усовершенствованием электротехнического оборудования и увеличением КПД генераторов, стоимость электрической энергии снижалась, и в конце концов электрическое освещение полностью вытеснило газовое. Попутно появлялись новые сферы применения электрической энергии: совершенствовались электрические подъёмники, насосы и электродвигатели. Важным этапом стало изобретение электрического трамвая: трамвайные системы являлись крупными потребителями электрической энергии и стимулировали наращивание мощностей электрических станций. Во многих городах первые электрические станции строились вместе с трамвайными системами.

Начало XX века было отмечено так называемой «войной токов» — противостоянием промышленных производителей постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток имели как достоинства, так и недостатки в использовании. Решающим фактором стала возможность передачи на большие расстояния — передача переменного тока реализовывалась проще и дешевле, что обусловило его победу в этой «войне»: в настоящее время переменный ток используется почти повсеместно. Тем не менее, в настоящее время имеются перспективы широкого использования постоянного тока для дальней передачи большой мощности.

1.1 Преобразование энергии в электрическую

Возможности по преобразованию и использованию энергии являются показателем технического развития человечества. Первым, используемым человеком, преобразователем энергии можно считать парус - использование энергии ветра для перемещения по воде, дальнейшие развитее, это использование ветра и воды в ветряных и водяных мельницах. Изобретение и внедрение паровой машины произвело настоящую революцию в технике. Паровые машины на фабриках и заводах резко увеличили производительность труда. Паровозы и теплоходы сделали перевозки по суше и морю более быстрыми и дешевыми. На начальном этапе паровая машина служила для превращения тепловой энергии в механическую энергию вращающегося колеса, от которого с помощью различного рода передач (валы, шкивы, ремни, цепи), энергия передавалась на машины и механизмы. Широкое внедрение электрических машин, двигателей превращающих электрическую энергию в механическую и генераторов для производства электроэнергии из механической энергии, ознаменовало собой новый скачёк в развитии техники. Появилась возможность передавать энергию на большие расстояния в виде электроэнергии, родилась целая отрасль промышленности энергетика. В настоящее время создано большое количество приборов предназначенных, как для преобразования электроэнергии в любой вид энергии необходимый для жизнедеятельности человека: электромоторы, электронагреватели, лампы освещения, так и использующие непосредственно электроэнергию: телевизоры, приемники и т.п

1.2 Передача и распределение электрической энергии

Передача электрической энергии от электрических станций до потребителей осуществляется по электрическим сетям.

С технической точки зрения, электрическая сеть представляет собой совокупность линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторов, находящихся на подстанциях.

Линии электропередачи представляют собой металлический проводник, по которому проходит электрический ток. В настоящее время практически повсеместно используется переменный ток. Электроснабжение в подавляющем большинстве случаев — трёхфазное, поэтому линия электропередачи, как правило, состоит из трёх фаз, каждая из которых может включать в себя несколько проводов. Конструктивно линии электропередачи делятся на воздушные и кабельные.

Воздушные ЛЭП подвешены над поверхностью земли на безопасной высоте на специальных сооружениях, называемых опорами. Как правило, провод на воздушной линии не имеет поверхностной изоляции; изоляция имеется в местах крепления к опорам. На воздушных линиях имеются системы грозозащиты. Основным достоинством воздушных линий электропередачи является их относительная дешевизна по сравнению с кабельными. Также гораздо лучше ремонтопригодность (особенно в сравнении с бесколлекторными КЛ): не требуется проводить земляные работы для замены провода, ничем не затруднён визуальный осмотр состояния линии. Однако, у воздушных ЛЭП имеется ряд недостатков:

широкая полоса отчуждения: в окрестности ЛЭП запрещено ставить какие-либо сооружения и сажать деревья; при прохождении линии через лес, деревья по всей ширине полосы отчуждения вырубаются;

незащищённость от внешнего воздействия, например, падения деревьев на линию и воровства проводов; несмотря на устройства грозозащиты, воздушные линии также страдают от ударов молнии. По причине уязвимости, на одной воздушной линии часто оборудуют две цепи: основную и резервную;

эстетическая непривлекательность; это одна из причин практически повсеместного перехода на кабельный способ электропередачи в городской черте.

Кабельные линии (КЛ) проводятся под землёй. Электрические кабели имеют различную конструкцию, однако можно выявить общие элементы. Сердцевиной кабеля являются три токопроводящие жилы (по числу фаз). Кабели имеют как внешнюю, так и междужильную изоляцию. Обычно в качестве изолятора выступает трансформаторное масло в жидком виде, или промасленная бумага. Токопроводящая сердцевина кабеля, как правило, защищается стальной бронёй. С внешней стороны кабель покрывается битумом. Бывают коллекторные и бесколлекторные кабельные линии. В первом случае кабель прокладывается в подземных бетонных каналах — коллекторах. Через определённые промежутки на линии оборудуются выходы на поверхность в виде люков — для удобства проникновения ремонтных бригад в коллектор. Бесколлекторные кабельные линии прокладываются непосредственно в грунте. Бесколлекторные линии существенно дешевле коллекторных при строительстве, однако их эксплуатация более затратна в связи с недоступностью кабеля.

Главным достоинством кабельных линий электропередачи (по сравнению с воздушными) является отсутствие широкой полосы отчуждения. При условии достаточно глубокого заложения, различные сооружения (в том числе жилые) могут строиться непосредственно над коллекторной линией. В случае бесколлекторного заложения строительство возможно в непосредственной близости от линии. Кабельные линии не портят своим видом городской пейзаж, они гораздо лучше воздушных защищены от внешнего воздействия. К недостаткам кабельных линий электропередачи можно отнести высокую стоимость строительства и последующей эксплуатации: даже в случае бесколлекторной укладки сметная стоимость погонного метра кабельной линии в разы выше, чем стоимость воздушной линии того же класса напряжения. Кабельные линии менее доступны для визуального наблюдения их состояния (а в случае бесколлекторной укладки — вообще недоступны), что также является существенным эксплуатационным недостатком.

Основные способы получения энергии.

Характерной чертой традиционной электроэнергетики является её давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях, их единичная электрическая мощность очень часто превышает 1000 Мвт. Традиционная электроэнергетика делится на несколько основных направлений: тепловая энергетика, гидроэнергетика и ядерная энергетика.

2.1 Тепловые электростанции.

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатываю­щая электрическую энергию в результате пре­образования тепловой энергии, выделяю­щейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в кон. 19 в и получили преимущественное распространение. В сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС — основной вид элек­трической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в России и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).

Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно снижается, вследствие уменьшения температуры теплоносителя. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в одельно стоящем доме становится экономически выгодна.

На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива сначала в механическую, а затем в электрическую.

Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические стан­ции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектро­централи (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электро­станций (ГРЭС)..

Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис. Уголь подается в топливный бункер 1, а из него — в дробильную установку 2, где превраща­ется в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых цир­кулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насы­щенный пар доводится до температуры 400—650°С и под дав­лением 3—24 МПа поступает по паропроводу в паровую турби­ну 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.

Тепловые конденсацион­ные электростанции име­ют невысокий кпд (30— 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.

Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значи­тельном расстоянии от стан­ции.

Теплоэлектроцентраль отли­чается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление (на рис. штриховая ли­ния), отбирается от промежуточной ступени турбины и исполь­зуется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэра­тор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприя­тий в тепловой энергии.

Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60—70%.

Такие станции строят обычно вблизи потребителей — про­мышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе.

Рассмотренные тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата — паровой турбины — относятся к паротур­бинным станциям. Значительно меньшее распространение полу­чили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками.

Наиболее экономичными яв­ляются крупные тепловые паро­турбинные электростанции (сокра­щенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в ка­честве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт-ч электроэнергии затрачивается несколько сот грам­мов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кине­тическая энергия струй пара пере­дается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора.

Современные паровые турбины для ТЭС — весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т. е. имеют обыч­но несколько десятков дисков с рабочими лопат­ками и такое же

количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает струя пара. Давление и температура пара постепенно снижаются.

Из курса физики из­вестно, что КПД тепловых двига­телей увеличивается с ростом на­чальной температуры рабочего тела. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру — почти до 550 °С и давление — до 25 МПа. Коэффи­циент полезного действия ТЭС дости­гает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отрабо­танным паром.

По мнению ученых в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах. Но струк­тура ее изменится. Должно сократиться использование нефти. Су­щественно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется использование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей, например, в Кузнецком, Канс­ко-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применяться природный газ, запасы которого в стране намного превосходят запасы в других странах.

К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запа­сов топлива может хватить на века.

2.2 Гидроэлектростанции.

Гидроэлектрическая станция, гидроэлектростанция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гид­ротехнических сооружений, обеспечи­вающих необходимую концентрацию по­тока воды и создание напора, и энергетического. оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

По схеме использования водных ре­сурсов и концентрации напоров ГЭС обыч­но подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и без­напорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, пе­регораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопле­ния уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высо­ту плотины. Русловые и приплотинные ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.

В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и во­досбросные сооружения. Состав гидротехнических сооружений зависит от вы­соты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолже­нием плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной сто­роны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой — нижний бьеф. Под­водящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями заклады­ваются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа.

В соответствии с назначением гидроузла в его состав могут входить судоходные шлюзы или судоподъёмник, рыбопро­пускные сооружения, водозаборные соо­ружения для ирригации и водоснабже­ния. В русловых ГЭС иногда единственным сооружением, пропускающим воду, является здание ГЭС. В этих случаях по­лезно используемая вода последовательно проходит входное сечение с мусорозадерживающими решётками, спиральную камеру, гидротурбину, отсасывающую тру­бу, а по специальным водоводам между сосед­ними турбинными камерами произво­дится сброс паводковых расходов реки. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30—40 м, к простейшим русловым ГЭС относятся также ранее строившиеся сель­ские ГЭС небольшой мощности. На круп­ных равнинных реках основное русло пере­крывается земляной плотиной, к которой примыкает бетонная водосливная пло­тина и сооружается здание ГЭС. Такая компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках.

При более высоких напорах оказывает­ся нецелесообразным передавать на зда­ние ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за пло­тиной, примыкает к нижнему бьефу. В состав гидравлической трассы меж­ду верхним и нижним бьефом ГЭС тако­го типа входят глубинный водоприёмник с мусорозадерживающей решёткой, тур­бинный водовод, спиральная камера, гидротурбина, отсасывающая труба. В качестве дополнит, сооружений в состав узла могут входить судоходные сооруже­ния и рыбоходы, а также дополнительные водо­сбросы Примером подобного типа станций на многоводной реке служит Братская ГЭС на реке Ангара.

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низ­кую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооруже­нию ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 квт установлен­ной мощности и продолжительные сроки строи­тельства, придавалось и придаётся боль­шое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.

2.3 Атомные электростанции.

Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная (ядер­ная) энергия преобразуется в элект­рическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделя­ется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обыч­ных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отли­чие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горю­чем (в основе 233U, 235U, 239Pu). Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворе­ния быстро растущих потребностей в топ­ливе. Кроме того, необходимо учиты­вать всё увеличивающийся объём потреб­ления угля и нефти для технологических целей мировой химической промышленности, которая становится серьёзным конкурентом тепло­вых электростанций. Несмотря на откры­тие новых месторождений органического топ­лива и совершенствование способов его добычи, в мире наблюдается тенденция к относительному, увеличению его стоимости. Это создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих ограниченные запасы топлива органического происхождения. Очевидна необходимость быстрейшего развития атомной энергетики, которая уже занимает заметное место в энергетическом балансе ряда промышленных стран мира.

Первая в мире АЭС опытно-промышленного на­значения (рис. 1) мощностью 5 Мвт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась в военных це­лях. Пуск первой АЭС ознаменовал от­крытие нового направления в энергети­ке, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энер­гии (август 1955, Женева).

Принципиальная схема АЭС с ядерным реактором, имеющим водяное охлаждение, приведена на рис. 2. Тепло, выделяется в активной зоне реактора, теплоносителем, вбирается водой (теплоносителем 1-го контура), которая прокачивается через реактор циркуляционным насосом 2. Нагретая вода из реактора поступав в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образованный пар поступает в турбину 4.

Наиболее часто на АЭС применяют 4 типа реакторов на тепловых нейтронах 1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) графито-водные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; 3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя 4) графито-газовые с газовым теплоноси­телем и графитовым замедлителем.

В России строят главным образом графито-водные и водо-водяные реакторы. На АЭС США наибольшее распространение получили водо-водяные реакторы. Графито-газо­вые реакторы применяются в Англии. В атомной энергетике Канады преобла­дают АЭС с тяжеловодными реакторами.

В зависимости от вида и агрегатного со­стояния теплоносителя создается тот или иной термодинамический цикл АЭС. Выбор верх­ней температурной границы термодинамического цикла определяется максимально допусти­мой температурой оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), содержащих ядерное го­рючее, допустимой темп-рой собственно ядер­ного горючего, а также свойствами теплоноси­теля, принятого для данного типа реактора. На АЭС тепловой реактор, которой охлаждает­ся водой, обычно пользуются низкотемпера­турными паровыми циклами. Реакторы с газовым теплоносителем позволяют применять относительно более экономичные циклы водяного пара с повышенными начальными дав­лением и температурой. Тепловая схема АЭС в этих двух случаях выполняется 2-контурной: в 1-м контуре циркулирует теплоноситель, 2-й контур — пароводяной. При реакторах с кипящим водяным или высокотемпературным газовым теплоносителем возможна одно­контурная тепловая АЭС. В кипящих реак­торах вода кипит в активной зоне, полученная пароводяная смесь сепарируется, и насыщенный пар направляется или непосредственно в турбину, или предварительно возвращается в активную зону для перегрева.(рис. 3).

В высокотемпературных графито-газовых реакторах возможно применение обычного газотурбинного цикла. Реактор в этом случае выполняет роль камеры сго­рания.

При работе реактора концентрация де­лящихся изотопов в ядерном топливе постепенно уменьшается, и топливо выгорает. Поэтому со временем их заме­няют свежими. Ядерное горючее пере­загружают с помощью механизмов и при­способлений с дистанционным управлением. Отработавшее топливо переносят в бас­сейн выдержки, а затем направляют на переработку.

К реактору и обслуживающим его си­стемам относятся: собственно реактор с биологической защитой, теплообменни­ки, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоноси­теля; трубопроводы и арматура циркуляции контура; устройства для перезагруз­ки ядерного горючего; системы спец. вентиляции, аварийного расхолаживания и др.

В зависимости от конструктивного ис­полнения реакторы имеют отличительные, осо­бенности: в корпусных реакторах топливо и замедлитель расположены внутри корпу­са, несущего полное давление теплоно­сителя; в канальных реакторах топливо, охлаждаемые теплоносителем, устанавли­ваются в спец. трубах-каналах, пронизы­вающих замедлитель, заключённый в тонкостенный кожух. Такие реакторы применяются в России (Сибирская, Белоярская АЭС и др.),

Для предохранения персонала АЭС от радиационного облучения реактор окружают биологической защитой, основным материалом для которой служат бетон, вода, песок. Оборудование реакторного контура должно быть полностью герме­тичным. Предусматривается система конт­роля мест возможной утечки теплоноси­теля, принимают меры, чтобы появление не плотностей и разрывов контура не приводило к радиоактивным выбросам и загрязнению помещений АЭС и окружаю­щей местности. Оборудование реакторно­го контура обычно устанавливают в герметичных боксах, которые отделены от остальных помещений АЭС биологической защитой и при работе реактора не обслу­живаются, Радиоактивный воздух и не­большое количество паров теплоносителя, обусловленное наличием протечек из контура, удаляют из необслуживаемых помещений АЭС спец. системой вентиляции, в которой для исключения возможно­сти загрязнения атмосферы предусмот­рены очистные фильтры и газгольдеры выдержки. За выполнением правил ра­диационной безопасности персоналом АЭС сле­дит служба дозиметрического контроля.

При авариях в системе охлаждения реактора для исключения перегрева и нарушения герметичности оболочек ТВЭЛов предусматривают быстрое (в течение несколько секунд) глушение ядер­ной реакции; аварийная система расхо­лаживания имеет автономные источники питания.

Наличие биологической защиты, систем специальной вентиляции и аварийного расхо­лаживания и службы дозиметрического контро­ля позволяет полностью обезопасить обслуживающий персонал АЭС от вред­ных воздействий радиоактивного облу­чения.

Оборудование машинного зала АЭС аналогично оборудованию машинного зала ТЭС. Отличительная, особенность боль­шинства АЭС — использование пара сравнительно низких параметров, на­сыщенного или слабо перегретого.

При этом для исключения эрозионного повреждения лопаток последних ступеней турбины частицами влаги, содержащейся в пару, в турбине устанавливают сепари­рующие устройства. Иногда необходимо применение выносных сепараторов и промежуточных перегревателей пара. В связи с тем, что теплоноситель и со­держащиеся в нём примеси при прохож­дении через активную зону реактора активируются, конструктивное решение оборудования машинного зала и системы охлаждения конденсатора турбины од­ноконтурных АЭС должно полностью исключать возможность утечки теплоно­сителя. На двухконтурных АЭС с высо­кими параметрами пара подобные требо­вания к оборудованию машинного зала не предъявляются.

В число специфичных требований к компоновке оборудования АЭС входят: минимально возможная протяжённость коммуникаций, связанных с радиоак­тивными средами, повышенная жёст­кость фундаментов и несущих конст­рукций реактора, надёжная организа­ция вентиляции помещений. В реакторном зале размещены: реактор с биологической защитой, запасные ТВЭЛы и аппаратура контроля. АЭС скомпонована по блочному принципу реактор—турбина. В машинном зале рас­положены турбогенераторы и обслужи­вающие их системы. Между машинным и реакторным залами размещены вспомогательные оборудование и системы управле­ния станцией.

В большинстве промышленно развитых стран (Россия, США, Англия, Фран­ция, Канада, ФРГ, Япония, ГДР и др.) мощность действующих и строящихся АЭС к 1980 доведена до десятков Гвт. По данным Международного атомного агентства ООН, опубликован­ным в 1967, установленная мощность всех АЭС в мире к 1980 достигла 300 Гвт.

За годы, прошедшие со времени пуска в эксплуатацию пер­вой АЭС, было создано несколько конструкций ядерных реак­торов, на основе которых началось широкое развитие атомной энергетики в нашей стране.

АЭС являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС. Об экономичности и эффективности атомных электростанций может говорить тот факт, что из 1 кг урана можно получить столько же теплоты, сколь­ко при сжигании примерно 3000 т каменного угля.

Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеют. Однако нельзя не заметить опасность АЭС при возможных форсмажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п. - здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора.

refdb.ru

Преимущества и недостатки ядерной энергетики

Преимущества и недостатки атомной энергетики сделали этот источник одним из самых спорных на сегодняшний день на рынке энергии. Сторонники и противники атомной энергетики одинаково имеют весомые доводы своей позиции.

Ядерная энергия применяется для производства электроэнергии. Тепло, выделяемое при расщеплении атомов урана в процессе, известном как деление, применяется для производства пара. Этот пар, в свою очередь приводит в движение турбины, которые применяются для получения электроэнергии, поставляемой потребителям.

Несмотря на потенциальные недостатки и противоречия, ядерная энергия имеет несколько преимуществ по сравнению с некоторыми иными методами производства энергии.

Если вам понадобиться проектирование и обслуживание оборудования альтернативной энергетики, рекомендуем посетить сайт voltjoule.ua.

Количество урана требуется значительно меньше, для производства того же количества энергии, как из угля или нефти. Что снижает затраты на производство того же количества энергии. Уран также дешевле в закупке и транспорте, что в дальнейшем снижает стоимость электроэнергии.

Ядерная энергия не выделяет парниковых газов. Это отсутствие парниковых газов вполне может быть очень привлекательным для некоторых потребителей.

Уран, используемый в процессе деления, является нестабильным элементом. Это означает, что необходимо принимать особые меры предосторожности при его добыче, транспортировке и хранении, а также при хранении любого продукта отходов.

Камеры ядерного деления, охлаждаются водой. Эта вода затем преобразуется в пар, который применяется для питания турбин. Когда вода остынет, и перейдет обратно в жидкую форму, она перекачивается в водоемы. Некоторые тяжелые металлы и загрязнители могут попасть в воду, разрушая экосистемы, расположенные рядом с реактором.

Когда уран закончил расщепление, полученные радиоактивные побочные продукты вынуждены быть утилизированы.

Ядерные реакторы строятся с несколькими системами безопасности, предназначенными для сдерживания излучения, выделяемого в процессе деления. Когда эти системы безопасности правильно установлены и обслуживаются, они функционируют должным образом. Если они были неправильно установлены, ядерный реактор может выделять вредное количество радиации в окружающую среду в процессе регулярного использования.

Учитывая такое количество преимуществ и недостатков атомной энергетики, не удивительно, что ядерная энергетика остается одним из самых спорных источников энергии.

www.metalstanki.com.ua

Реферат - «нетрадиционные способы получения энергии»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Институт международных отношений

Факультет:

«Управления и экономики высоких технологий»

Кафедра:

№

55

Институт международных отношений

Специальность:

350200

«Международные отношения»

реферат на тему:

«нетрадиционные способы получения энергии».

Подготовила:

Байбурина Евгения

У04-04

Оглавление Оглавление 2

Введение 4

Электроэнергетика. 5

1.1 Преобразование энергии в электрическую 7

1.2 Передача и распределение электрической энергии 7

Основные способы получения энергии. 10

2.1 Тепловые электростанции. 10

2.2 Гидроэлектростанции. 13

2.3 Атомные электростанции. 16

Нетрадиционные способы получения энергии 23

3.1 Классификация источников энергии 23

3.2 Ветровая энергия 24

3.3 Энергия солнца 34

3.4 Геотермальная энергетика 39

3.5 Тепловая энергия океана 41

3.6 Энергия приливов и отливов. 43

3.7 Энергия морских течений 44

3.8 Водородная энергетика 45

Перспективы развития альернативной энергетики 50

Заключение 53

Список литературы 54

Введение Энергия – не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий. Помимо своего основного физического (а в более широком смысле – естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты.

Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Таким образом у человечества два пути: строгая экономия при расходовании энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Целью данной работы было изучение нетрадиционных способов получения энергии, и перспективы развития этой отрасли.

Электроэнергетика.

Электроэнергетика — отрасль энергетики, включающая в себя производство, передачу и сбыт электроэнергии. Электроэнергетика является наиболее важной отраслью энергетики, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.). Отличительной чертой электрической энергии является практическая одновременность её генерирования и потребления, так как электрический ток распространяется по сетям со скоростью, близкой к скорости света.

Электрическая энергия долгое время была лишь объектом экспериментов и не имела практического применения. Первые попытки полезного использования электричества были предприняты во второй половине XIX века, основными направлениями использования были недавно изобретённый телеграф, гальванотехника, военная техника (например были попытки создания судов и самоходных машин с электрическими двигателями; разрабатывались мины с электрическим взрывателем). Источниками электричества поначалу служили гальванические элементы. Существенным прорывом в массовом распространении электроэнергии стало изобретение электромашинных источников электрической энергии — генераторов. По сравнению с гальваническими элементами, генераторы обладали бо́льшей мощностью и ресурсом полезного использования, были существенно дешевле и позволяли произвольно задавать параметры вырабатываемого тока. Именно с появлением генераторов стали появляться первые электрические станции и сети (до того источники энергии были непосредственно в местах её потребления) — электроэнергетика становилась отдельной отраслью промышленности. Первой в истории линией электропередачи (в современном понимании) стала линия Лауфен — Франкфурт, заработавшая в 1891 году. Протяжённость линии составляла 170 км, напряжение 28,3 кВ, передаваемая мощность 220 кВт[2]. В то время электрическая энергия использовалась в основном для освещения в крупных городах. Электрические компании состояли в серьёзной конкуренции с газовыми: электрическое освещение превосходило газовое по ряду технических параметров, но было в то время существенно дороже. С усовершенствованием электротехнического оборудования и увеличением КПД генераторов, стоимость электрической энергии снижалась, и в конце концов электрическое освещение полностью вытеснило газовое. Попутно появлялись новые сферы применения электрической энергии: совершенствовались электрические подъёмники, насосы и электродвигатели. Важным этапом стало изобретение электрического трамвая: трамвайные системы являлись крупными потребителями электрической энергии и стимулировали наращивание мощностей электрических станций. Во многих городах первые электрические станции строились вместе с трамвайными системами.

Начало XX века было отмечено так называемой «войной токов» — противостоянием промышленных производителей постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток имели как достоинства, так и недостатки в использовании. Решающим фактором стала возможность передачи на большие расстояния — передача переменного тока реализовывалась проще и дешевле, что обусловило его победу в этой «войне»: в настоящее время переменный ток используется почти повсеместно. Тем не менее, в настоящее время имеются перспективы широкого использования постоянного тока для дальней передачи большой мощности.

^ 1.1 Преобразование энергии в электрическую Возможности по преобразованию и использованию энергии являются показателем технического развития человечества. Первым, используемым человеком, преобразователем энергии можно считать парус - использование энергии ветра для перемещения по воде, дальнейшие развитее, это использование ветра и воды в ветряных и водяных мельницах. Изобретение и внедрение паровой машины произвело настоящую революцию в технике. Паровые машины на фабриках и заводах резко увеличили производительность труда. Паровозы и теплоходы сделали перевозки по суше и морю более быстрыми и дешевыми. На начальном этапе паровая машина служила для превращения тепловой энергии в механическую энергию вращающегося колеса, от которого с помощью различного рода передач (валы, шкивы, ремни, цепи), энергия передавалась на машины и механизмы. 
Широкое внедрение электрических машин, двигателей превращающих электрическую энергию в механическую и генераторов для производства электроэнергии из механической энергии, ознаменовало собой новый скачёк в развитии техники. Появилась возможность передавать энергию на большие расстояния в виде электроэнергии, родилась целая отрасль промышленности энергетика. 
В настоящее время создано большое количество приборов предназначенных, как для преобразования электроэнергии в любой вид энергии необходимый для жизнедеятельности человека: электромоторы, электронагреватели, лампы освещения, так и использующие непосредственно электроэнергию: телевизоры, приемники и т.п^ 1.2 Передача и распределение электрической энергии Передача электрической энергии от электрических станций до потребителей осуществляется по электрическим сетям.

С технической точки зрения, электрическая сеть представляет собой совокупность линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторов, находящихся на подстанциях.

Линии электропередачи представляют собой металлический проводник, по которому проходит электрический ток. В настоящее время практически повсеместно используется переменный ток. Электроснабжение в подавляющем большинстве случаев — трёхфазное, поэтому линия электропередачи, как правило, состоит из трёх фаз, каждая из которых может включать в себя несколько проводов. Конструктивно линии электропередачи делятся на воздушные и кабельные.

Воздушные ЛЭП подвешены над поверхностью земли на безопасной высоте на специальных сооружениях, называемых опорами. Как правило, провод на воздушной линии не имеет поверхностной изоляции; изоляция имеется в местах крепления к опорам. На воздушных линиях имеются системы грозозащиты. Основным достоинством воздушных линий электропередачи является их относительная дешевизна по сравнению с кабельными. Также гораздо лучше ремонтопригодность (особенно в сравнении с бесколлекторными КЛ): не требуется проводить земляные работы для замены провода, ничем не затруднён визуальный осмотр состояния линии. Однако, у воздушных ЛЭП имеется ряд недостатков:

широкая полоса отчуждения: в окрестности ЛЭП запрещено ставить какие-либо сооружения и сажать деревья; при прохождении линии через лес, деревья по всей ширине полосы отчуждения вырубаются;

незащищённость от внешнего воздействия, например, падения деревьев на линию и воровства проводов; несмотря на устройства грозозащиты, воздушные линии также страдают от ударов молнии. По причине уязвимости, на одной воздушной линии часто оборудуют две цепи: основную и резервную;

эстетическая непривлекательность; это одна из причин практически повсеместного перехода на кабельный способ электропередачи в городской черте.

Кабельные линии (КЛ) проводятся под землёй. Электрические кабели имеют различную конструкцию, однако можно выявить общие элементы. Сердцевиной кабеля являются три токопроводящие жилы (по числу фаз). Кабели имеют как внешнюю, так и междужильную изоляцию. Обычно в качестве изолятора выступает трансформаторное масло в жидком виде, или промасленная бумага. Токопроводящая сердцевина кабеля, как правило, защищается стальной бронёй. С внешней стороны кабель покрывается битумом. Бывают коллекторные и бесколлекторные кабельные линии. В первом случае кабель прокладывается в подземных бетонных каналах — коллекторах. Через определённые промежутки на линии оборудуются выходы на поверхность в виде люков — для удобства проникновения ремонтных бригад в коллектор. Бесколлекторные кабельные линии прокладываются непосредственно в грунте. Бесколлекторные линии существенно дешевле коллекторных при строительстве, однако их эксплуатация более затратна в связи с недоступностью кабеля.

Главным достоинством кабельных линий электропередачи (по сравнению с воздушными) является отсутствие широкой полосы отчуждения. При условии достаточно глубокого заложения, различные сооружения (в том числе жилые) могут строиться непосредственно над коллекторной линией. В случае бесколлекторного заложения строительство возможно в непосредственной близости от линии. Кабельные линии не портят своим видом городской пейзаж, они гораздо лучше воздушных защищены от внешнего воздействия. К недостаткам кабельных линий электропередачи можно отнести высокую стоимость строительства и последующей эксплуатации: даже в случае бесколлекторной укладки сметная стоимость погонного метра кабельной линии в разы выше, чем стоимость воздушной линии того же класса напряжения. Кабельные линии менее доступны для визуального наблюдения их состояния (а в случае бесколлекторной укладки — вообще недоступны), что также является существенным эксплуатационным недостатком.

^ Основные способы получения энергии.

Характерной чертой традиционной электроэнергетики является её давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях, их единичная электрическая мощность очень часто превышает 1000 Мвт. Традиционная электроэнергетика делится на несколько основных направлений: тепловая энергетика, гидроэнергетика и ядерная энергетика.^ 2.1 Тепловые электростанции. Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатываю­щая электрическую энергию в результате пре­образования тепловой энергии, выделяю­щейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в кон. 19 в и получили преимущественное распространение. В сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС — основной вид элек­трической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в России и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).

Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно снижается, вследствие уменьшения температуры теплоносителя. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в одельно стоящем доме становится экономически выгодна.

На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива сначала в механическую, а затем в электрическую.

Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические стан­ции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектро­централи (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электро­станций (ГРЭС)..

Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис. Уголь подается в топливный бункер 1, а из него — в дробильную установку 2, где превраща­ется в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых цир­кулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насы­щенный пар доводится до температуры 400—650°С и под дав­лением 3—24 МПа поступает по паропроводу в паровую турби­ну 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.

Тепловые конденсацион­ные электростанции име­ют невысокий кпд (30— 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.

Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значи­тельном расстоянии от стан­ции.

Теплоэлектроцентраль отли­чается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление (на рис. штриховая ли­ния), отбирается от промежуточной ступени турбины и исполь­зуется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэра­тор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприя­тий в тепловой энергии.

Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60—70%.

Такие станции строят обычно вблизи потребителей — про­мышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе.

Рассмотренные тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата — паровой турбины — относятся к паротур­бинным станциям. Значительно меньшее распространение полу­чили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками.

Наиболее экономичными яв­ляются крупные тепловые паро­турбинные электростанции (сокра­щенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в ка­честве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт-ч электроэнергии затрачивается несколько сот грам­мов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кине­тическая энергия струй пара пере­дается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора.

Современные паровые турбины для ТЭС — весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т. е. имеют обыч­но несколько десятков дисков с рабочими лопат­ками и такое же

количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает струя пара. Давление и температура пара постепенно снижаются.

Из курса физики из­вестно, что КПД тепловых двига­телей увеличивается с ростом на­чальной температуры рабочего тела. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру — почти до 550 °С и давление — до 25 МПа. Коэффи­циент полезного действия ТЭС дости­гает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отрабо­танным паром.

По мнению ученых в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах. Но струк­тура ее изменится. Должно сократиться использование нефти. Су­щественно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется использование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей, например, в Кузнецком, Канс­ко-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применяться природный газ, запасы которого в стране намного превосходят запасы в других странах.

К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запа­сов топлива может хватить на века.

2.2 Гидроэлектростанции. Гидроэлектрическая станция, гидроэлектростанция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гид­ротехнических сооружений, обеспечи­вающих необходимую концентрацию по­тока воды и создание напора, и энергетического. оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

По схеме использования водных ре­сурсов и концентрации напоров ГЭС обыч­но подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и без­напорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, пе­регораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопле­ния уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высо­ту плотины. Русловые и приплотинные ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.

В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и во­досбросные сооружения. Состав гидротехнических сооружений зависит от вы­соты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолже­нием плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной сто­роны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой — нижний бьеф. Под­водящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями заклады­ваются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа.

В соответствии с назначением гидроузла в его состав могут входить судоходные шлюзы или судоподъёмник, рыбопро­пускные сооружения, водозаборные соо­ружения для ирригации и водоснабже­ния. В русловых ГЭС иногда единственным сооружением, пропускающим воду, является здание ГЭС. В этих случаях по­лезно используемая вода последовательно проходит входное сечение с мусорозадерживающими решётками, спиральную камеру, гидротурбину, отсасывающую тру­бу, а по специальным водоводам между сосед­ними турбинными камерами произво­дится сброс паводковых расходов реки. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30—40 м, к простейшим русловым ГЭС относятся также ранее строившиеся сель­ские ГЭС небольшой мощности. На круп­ных равнинных реках основное русло пере­крывается земляной плотиной, к которой примыкает бетонная водосливная пло­тина и сооружается здание ГЭС. Такая компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках.

При более высоких напорах оказывает­ся нецелесообразным передавать на зда­ние ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за пло­тиной, примыкает к нижнему бьефу. В состав гидравлической трассы меж­ду верхним и нижним бьефом ГЭС тако­го типа входят глубинный водоприёмник с мусорозадерживающей решёткой, тур­бинный водовод, спиральная камера, гидротурбина, отсасывающая труба. В качестве дополнит, сооружений в состав узла могут входить судоходные сооруже­ния и рыбоходы, а также дополнительные водо­сбросы Примером подобного типа станций на многоводной реке служит Братская ГЭС на реке Ангара.

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низ­кую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооруже­нию ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 квт установлен­ной мощности и продолжительные сроки строи­тельства, придавалось и придаётся боль­шое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.

^ 2.3 Атомные электростанции. Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная (ядер­ная) энергия преобразуется в элект­рическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделя­ется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обыч­ных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отли­чие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горю­чем (в основе 233U, 235U, 239Pu). Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворе­ния быстро растущих потребностей в топ­ливе. Кроме того, необходимо учиты­вать всё увеличивающийся объём потреб­ления угля и нефти для технологических целей мировой химической промышленности, которая становится серьёзным конкурентом тепло­вых электростанций. Несмотря на откры­тие новых месторождений органического топ­лива и совершенствование способов его добычи, в мире наблюдается тенденция к относительному, увеличению его стоимости. Это создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих ограниченные запасы топлива органического происхождения. Очевидна необходимость быстрейшего развития атомной энергетики, которая уже занимает заметное место в энергетическом балансе ряда промышленных стран мира.

Первая в мире АЭС опытно-промышленного на­значения (рис. 1) мощностью 5 Мвт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась в военных це­лях. Пуск первой АЭС ознаменовал от­крытие нового направления в энергети­ке, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энер­гии (август 1955, Женева).

Принципиальная схема АЭС с ядерным реактором, имеющим водяное охлаждение, приведена на рис. 2. Тепло, выделяется в активной зоне реактора, теплоносителем, вбирается водой (теплоносителем 1-го контура), которая прокачивается через реактор циркуляционным насосом 2. Нагретая вода из реактора поступав в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образованный пар поступает в турбину 4.

Наиболее часто на АЭС применяют 4 типа реакторов на тепловых нейтронах 1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) графито-водные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; 3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя 4) графито-газовые с газовым теплоноси­телем и графитовым замедлителем.

В России строят главным образом графито-водные и водо-водяные реакторы. На АЭС США наибольшее распространение получили водо-водяные реакторы. Графито-газо­вые реакторы применяются в Англии. В атомной энергетике Канады преобла­дают АЭС с тяжеловодными реакторами.

В зависимости от вида и агрегатного со­стояния теплоносителя создается тот или иной термодинамический цикл АЭС. Выбор верх­ней температурной границы термодинамического цикла определяется максимально допусти­мой температурой оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), содержащих ядерное го­рючее, допустимой темп-рой собственно ядер­ного горючего, а также свойствами теплоноси­теля, принятого для данного типа реактора. На АЭС тепловой реактор, которой охлаждает­ся водой, обычно пользуются низкотемпера­турными паровыми циклами. Реакторы с газовым теплоносителем позволяют применять относительно более экономичные циклы водяного пара с повышенными начальными дав­лением и температурой. Тепловая схема АЭС в этих двух случаях выполняется 2-контурной: в 1-м контуре циркулирует теплоноситель, 2-й контур — пароводяной. При реакторах с кипящим водяным или высокотемпературным газовым теплоносителем возможна одно­контурная тепловая АЭС. В кипящих реак­торах вода кипит в активной зоне, полученная пароводяная смесь сепарируется, и насыщенный пар направляется или непосредственно в турбину, или предварительно возвращается в активную зону для перегрева.(рис. 3).

В высокотемпературных графито-газовых реакторах возможно применение обычного газотурбинного цикла. Реактор в этом случае выполняет роль камеры сго­рания.

При работе реактора концентрация де­лящихся изотопов в ядерном топливе постепенно уменьшается, и топливо выгорает. Поэтому со временем их заме­няют свежими. Ядерное горючее пере­загружают с помощью механизмов и при­способлений с дистанционным управлением. Отработавшее топливо переносят в бас­сейн выдержки, а затем направляют на переработку.

К реактору и обслуживающим его си­стемам относятся: собственно реактор с биологической защитой, теплообменни­ки, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоноси­теля; трубопроводы и арматура циркуляции контура; устройства для перезагруз­ки ядерного горючего; системы спец. вентиляции, аварийного расхолаживания и др.

В зависимости от конструктивного ис­полнения реакторы имеют отличительные, осо­бенности: в корпусных реакторах топливо и замедлитель расположены внутри корпу­са, несущего полное давление теплоно­сителя; в канальных реакторах топливо, охлаждаемые теплоносителем, устанавли­ваются в спец. трубах-каналах, пронизы­вающих замедлитель, заключённый в тонкостенный кожух. Такие реакторы применяются в России (Сибирская, Белоярская АЭС и др.),

Для предохранения персонала АЭС от радиационного облучения реактор окружают биологической защитой, основным материалом для которой служат бетон, вода, песок. Оборудование реакторного контура должно быть полностью герме­тичным. Предусматривается система конт­роля мест возможной утечки теплоноси­теля, принимают меры, чтобы появление не плотностей и разрывов контура не приводило к радиоактивным выбросам и загрязнению помещений АЭС и окружаю­щей местности. Оборудование реакторно­го контура обычно устанавливают в герметичных боксах, которые отделены от остальных помещений АЭС биологической защитой и при работе реактора не обслу­живаются, Радиоактивный воздух и не­большое количество паров теплоносителя, обусловленное наличием протечек из контура, удаляют из необслуживаемых помещений АЭС спец. системой вентиляции, в которой для исключения возможно­сти загрязнения атмосферы предусмот­рены очистные фильтры и газгольдеры выдержки. За выполнением правил ра­диационной безопасности персоналом АЭС сле­дит служба дозиметрического контроля.

При авариях в системе охлаждения реактора для исключения перегрева и нарушения герметичности оболочек ТВЭЛов предусматривают быстрое (в течение несколько секунд) глушение ядер­ной реакции; аварийная система расхо­лаживания имеет автономные источники питания.

Наличие биологической защиты, систем специальной вентиляции и аварийного расхо­лаживания и службы дозиметрического контро­ля позволяет полностью обезопасить обслуживающий персонал АЭС от вред­ных воздействий радиоактивного облу­чения.

Оборудование машинного зала АЭС аналогично оборудованию машинного зала ТЭС. Отличительная, особенность боль­шинства АЭС — использование пара сравнительно низких параметров, на­сыщенного или слабо перегретого.

При этом для исключения эрозионного повреждения лопаток последних ступеней турбины частицами влаги, содержащейся в пару, в турбине устанавливают сепари­рующие устройства. Иногда необходимо применение выносных сепараторов и промежуточных перегревателей пара. В связи с тем, что теплоноситель и со­держащиеся в нём примеси при прохож­дении через активную зону реактора активируются, конструктивное решение оборудования машинного зала и системы охлаждения конденсатора турбины од­ноконтурных АЭС должно полностью исключать возможность утечки теплоно­сителя. На двухконтурных АЭС с высо­кими параметрами пара подобные требо­вания к оборудованию машинного зала не предъявляются.

В число специфичных требований к компоновке оборудования АЭС входят: минимально возможная протяжённость коммуникаций, связанных с радиоак­тивными средами, повышенная жёст­кость фундаментов и несущих конст­рукций реактора, надёжная организа­ция вентиляции помещений. В реакторном зале размещены: реактор с биологической защитой, запасные ТВЭЛы и аппаратура контроля. АЭС скомпонована по блочному принципу реактор—турбина. В машинном зале рас­положены турбогенераторы и обслужи­вающие их системы. Между машинным и реакторным залами размещены вспомогательные оборудование и системы управле­ния станцией.

В большинстве промышленно развитых стран (Россия, США, Англия, Фран­ция, Канада, ФРГ, Япония, ГДР и др.) мощность действующих и строящихся АЭС к 1980 доведена до десятков Гвт. По данным Международного атомного агентства ООН, опубликован­ным в 1967, установленная мощность всех АЭС в мире к 1980 достигла 300 Гвт.

За годы, прошедшие со времени пуска в эксплуатацию пер­вой АЭС, было создано несколько конструкций ядерных реак­торов, на основе которых началось широкое развитие атомной энергетики в нашей стране.

АЭС являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС. Об экономичности и эффективности атомных электростанций может говорить тот факт, что из 1 кг урана можно получить столько же теплоты, сколь­ко при сжигании примерно 3000 т каменного угля.

Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеют. Однако нельзя не заметить опасность АЭС при возможных форсмажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п. - здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора.

^ Нетрадиционные способы получения энергии

Альтернативный источник энергии — способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель 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.

Большинство направлений нетрадиционной электроэнергетики основаны на вполне традиционных принципах, но первичной энергией в них служат либо источники локального значения, например ветряные, геотермальные, либо источники находящиеся в стадии освоения, например топливные элементы или источники, которые могут найти применение в перспективе, например термоядерная энергетика. Характерными чертами нетрадиционной энергетики являются их экологическая чистота, чрезвычайно большие затраты на капитальное строительство ( например для солнечной электростанции мощностью 1000 Мвт требуется покрыть весьма дорогостоящими зеркалами площадь около 4-х км² ) и малая единичная мощность.

^ 3.1 Классификация источников энергии Тип источников

Преобразуют в энергию

Ветряные

Движение воздушных масс

Геотермальные

Тепло планеты

Солнечные

Электромагнитное излучение солнца

Гидроэнергетические

Движение воды в реках или морях

Биотопливные

Теплоту сгорания возобновляемого топлива (например, спирта)

^ 3.2 Ветровая энергия Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. В связи с постоянными выбросами промышленных газов в атмосферу и другими факторами возрастает контраст температур на земной поверхности. Это является одним из основных факторов, который приводит к увеличению ветровой активности во многих регионах нашей планеты и, соответственно, актуальности строительства ветростанций - альтернативных источникой энергии. Отрасль энергетики, которая занимается вопросом производства и передачи такой энергии, называется ветроэнергетикой.

Ветроэнергетика  — это отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Скорость ветра измеряется в километрах в час (км/час) или метрах в секунду (м/с): 



• 1 км/час = 0.28 м/с


• 1 м/с = 3.6 км/час.

Энергия ветра пропорциональна кубу скорости ветра.

Энергия ветра = 1/2 dAtS3

(
d - плотность воздуха ,
A - площадь, через которую проходит воздух,
t - период времени,
S - скорость ветра.
 

Мощность (P) пропорциональна энергии ветра, проходящей через поверхность ("ометаемая поверхность") в единицу времени. 
  )

Ветер характеризуется следующими показателями:


• скорость среднемесячная и среднегодовая в соответствии с градациями по величине и внешним признакам по шкале Бофорта;


• скорость максимальная в порыве – очень важный показатель устойчи

www.ronl.ru

---

• 
  Мосэнергосбыт ковалев андрей викторович
• 
  Генератор самовозбуждающийся
• 
  Измерение контура сопротивления заземления
• 
  Себестоимость нефти в разных странах
• 
  Схема однофазного электродвигателя
• 
  Внвр 10 630
• 
  Ксо 386
• 
  Что убивает сила тока или напряжение
• 
  Правила технической эксплуатации энергоустановок потребителей 2018
• 
  История нефти
• 
  Балахнинские электросети