Основные и нетрадиционные способы получения электроэнергии (стр. 1 из 7). Способы выработки электроэнергии

10 альтернативных источников энергии, о которых вы ничего не знали

Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.

Джоули из турникетов

Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.

Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.

В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу.

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.

Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа – во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов, работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Такой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства.

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.

Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод, загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала – не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало – его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

Смотреть далее: 10 самых красивых ветряных электростанций мира

recyclemag.ru

Топ 10 способов производства энергии

Человечеству жизненно важна электроэнергия. Мы ежедневно потребляем ее в огромных количествах, не задумываясь, откуда она берется и насколько ценной является. Однако именно благодаря тому, что потребности людей в энергии увеличиваются с каждым годом, мировые запасы природного топлива, позволяющие ее вырабатывать, существенно сокращаются.Сегодня перед технологами мира стоит важнейшая задача — найти и применить на практике выгодные источники электроэнергии: не только в плане экономичности, но и последующей их эксплуатации. Потому сегодня Deкatop озаботился судьбой человечества и предоставил вам топ 10 способов производства энергии.

1 Тепловые электростанции

Тепловые электростанции В России почти что 75% всей энергии производят именно на тепловых электростанциях, которые благополучно строят как в районах добычи угля, газа или торфа, так и в местах массового потребления энергии.

2 Гидроэлектростанции

ГЭС используют энергию воды, падающей с возвышенности, потому гидроэлектростанции очень выгодно строить именно на горных, бушующих реках. Большинство крупных российских ГЭС находится на Енисее, Волге и Ангаре.

3 Атомные электростанции

Атомные электростанции АЭС в большинстве случаев строятся там, где люди потребляют много энергии, но привычных энергоресурсов там катастрофически не хватает. Приходится использовать энергию ядерную, которая преобразовывается впоследствии в электрическую.

4 Энергия ветра

Энергия ветра Иными словами, это та энергия, запасы которой на Земле неисчерпаемы. Кроме того, ее использование очень выгодно в экономическом плане, поскольку ветер, как мы понимаем, ничего не стоит. Ветрогенераторы полезны еще и тем, что их можно установить там, где нет других источников энергии.

5 Геотермальная энергия

Геотермальная энергия Альтернативный источник энергии, основанный на использовании высокой температуры геотермальных вод. При этом он много дешевле, чем энергия, полученная в результате работы ТЭС, ГЭС и даже АЭС.

6 Тепловая энергия океана

Тепловая энергия океана Две трети земной поверхности, как мы помним из уроков географии, занимают моря и океаны, потому запасы океанической энергии практически неисчерпаемы. На основе ее за долгие годы исследования и практики были созданы такие установки, как мини-ОТЕС и ОТЕС-1.

7 Энергия приливов и отливов

Энергия приливов и отливов Приливы и отливы — это невероятно мощный источник энергии, который может дать человечеству в год почти что 70 миллионов миллиардов кВт/ч. Это столько же энергии, сколько мы можем получить при помощи всех известных запасов каменного и бурого угля.

8 Энергия морских течений

Кинетическая энергия морских течений с легкостью превращается в энергию механическую и, тем более, электрическую. Процесс запускается при помощи работы турбин, которые погружают в воду.

9 Энергия Солнца

Энергия Солнца Это отдельное направление альтернативной энергетики, которое было основано на использовании излучения Солнца. Его энергетика является экологически чистой, поскольку не производит вредных отходов.

10 Водородная энергетика

Водородная энергетика Усиленно развивающаяся энергетическая отрасль, которая основана на использовании водорода как средства для производства энергии. В мире ежегодно получают почти что 30 миллионов тонн водорода, поскольку именно он является идеальным экофильным видом топлива.

dekatop.com

Основные и нетрадиционные способы получения электроэнергии

Оглавление.

Введение……………………………………………….………….2

I . Основные способы получения энергии…………………….3

1. Тепловые электростанции……………..…………………3

2. Гидроэлектростанции……………………………………5

3. Атомные электростанции……………………..…………6

II . Нетрадиционные источники энергии……………………..9

1. Ветровая энергия…………………………………………9

2. Геотермальная энергия…………………………………11

3. Тепловая энергия океана……………………………….12

4. Энергия приливов и отливов…………………………...13

5. Энергия морских течений………………………………13

6. Энергия Солнца…………………………………………14

7. Водородная энергетика…………………………………17

Заключение………………………………………………………19

Литература……………………………………………………….21

Введение.

Научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет механизация и автоматизация производственных процессов, замена человеческого труда машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических моторов. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения) различна: от долей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отраслях техники и в бытовых изделиях) до огромных величин, превышающих миллион киловатт (генераторы электростанций).

Человечеству электроэнергия нужна, 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. Поэтому важно на сегодняшний день найти выгодные источники электроэнергии, причем выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, эксплуатации, дешевизны материалов, необходимых для постройки станции, долговечности станций.

Данный реферат является кратким, обзором современного состояния энергоресурсов человечества. В работе рассмотрены традиционные источники электрической энергии. Цель работы – прежде всего ознакомиться с современным положением дел в этой необычайно широкой проблематике.

К традиционным источникам в первую очередь относятся: тепловая, атомная и энергия потка воды.

Российская энергетика сегодня - это 600 тепловых, 100 гидравлических, 9 атомных электростанций. Есть, конечно, несколько электростанций использующих в качестве первичного источника солнечную, ветровую, гидротермальную, приливную энергию, но доля производимой ими энергии очень мала по сравнению с тепловыми, атомными и гидравлическими станциями.

I . Основные способы получения энергии.

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. 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.

mirznanii.com

Как получают электричество

Производство и использование электрической энергии

В наше время уровень производства и потребления энергии — один из важнейших показателей развития производственных сил общества. Ведущую роль при этом играет электроэнергия — самая универсальная и удобная для использования форма энергии. Если потребление энергии в мире увеличивается в 2 раза примерно за 25 лет, то увеличение потребления электроэнергии в 2 раза происходит в среднем за 10 лет. Это означает, что все больше и больше процессов, связанных с расходованием энергоресурсов, переводится на электроэнергию...

Производство электроэнергии. Производится электроэнергия на больших и малых электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов. Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические. Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.

На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания. Наиболее экономичны крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно: ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны использует 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. Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов ротора составляет несколько тысяч в минуту.

Из курса физики 10 класса известно, что КПД тепловых двигателей увеличивается с повышением температуры нагревателя и соответственно начальной температуры рабочего тела (пара, газа). 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.

Тепловые электростанции — так называемые теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд (для отопления и горячего водоснабжения). В результате КПД ТЭЦ достигает 60—70%. В настоящее время в России ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии и снабжают электроэнергией и теплом сотни городов.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды. Роторы электрических генераторов приводятся во вращение гидравлическими турбинами. Мощность такой станции зависит от создаваемой плотиной разности уровней воды (напор) и от массы воды, проходящей через турбину в каждую секунду (расход воды).

Значительную роль в энергетике играют атомные электростанции (АЭС). В настоящее время АЭС в России дают около 10% электроэнергии.

Основные типы электростанций

Тепловые электростанции строятся быстро, дёшево, но много вредных выбросов в окружающую среду и природные запасы энергоресурсов ограничены.

Гидроэлектростанции строятся дольше, дороже; себестоимость электроэнергии минимальна, но происходит затопление плодородных земель и строительство возможно только в определённых местах.

Атомные электростанции строятся долго, дорого, но электроэнергия дешевле чем на ТЭС, вредное воздействие на окружающую среду не значительное ( при правильной эксплуатации), но требует захоронения радиоактивных отходов.

Использование электроэнергии

Главным потребителем электроэнергии является промышленность, на долю которой приходится около 70% производимой электроэнергии. Крупным потребителем является также транспорт. Все большее количество железнодорожных линий переводится на электрическую тягу. Почти все деревни и села получают электроэнергию от электростанций для производственных и бытовых нужд. О применении электроэнергии для освещения жилищ и в бытовых электроприборах знает каждый.

Большая часть используемой электроэнергии сейчас превращается в механическую энергию. Почти все механизмы в промышленности приводятся в движение электрическими двигателями. Они удобны, компактны, допускают возможность автоматизации производства.

Около трети электроэнергии, потребляемой промышленностью, используется для технологических целей (электросварка, электрический нагрев и плавление металлов, электролиз и т. п.).

Современная цивилизация немыслима без широкого использования электроэнергии. Нарушение снабжения электроэнергией большого города и даже маленьких сёл при аварии парализует их жизнь.

Передача электроэнергии

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливо- и гидроресурсов. Электроэнергию не удается консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.

Передача электроэнергии связана с заметными потерями, так как электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля — Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой Q= I2Rt где R — сопротивление линии.

При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной. Значительно снизить сопротивление линии R практически весьма трудно. Приходится уменьшать силу тока.

Поэтому на крупных электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько раз уменьшает силу тока.

Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Так, в высоковольтной линии передачи Волжская ГЭС — Москва и некоторых других используют напряжение 500 кВ. Между тем генераторы переменного тока настраивают на напряжения, не превышающие 16—20 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов.

Для непосредственного использования электроэнергии в двигателях электропривода станков, в осветительной сети и для других целей напряжение на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов. Общая схема передачи энергии и ее распределения показана на рисунке.

Обычно понижение напряжения и соответственно увеличение силы тока осуществляются в несколько этапов. На каждом этапе напряжение становится все меньше, а территория, охватываемая электрической сетью, — все шире.

При очень высоком напряжении между проводами может начаться разряд, приводящий к потерям энергии. Допустимая амплитуда переменного напряжения должна быть такой, чтобы при заданной площади поперечного сечения провода потери энергии вследствие разряда были незначительными.

Электрические станции ряда районов страны объединены высоковольтными линиями электропередачи, образуя общую электрическую сеть, к которой подключены потребители. Такое объединение, называемое энергосистемой, дает возможность сгладить пиковые нагрузки потребления энергии в утренние и вечерние часы. Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям вне зависимости от места их расположения. Сейчас почти вся территория нашей страны обеспечивается электроэнергией объединенными энергетическими системами. Действует Единая энергетическая система европейской части страны.

www.electrum.su

Способ выработки электроэнергии

Способ выработки электроэнергии на тепловых электростанциях, сжигающих органическое топливо и оборудованных газотурбоэлектрогенераторами, осуществляют путем ввода в экзотермореакторную камеру под давлением потоков кислорода, топлива и газового балласта. Затем получают также под давлением горячие продукты сгорания и подают их в рабочую полость турбины для передачи вращательного усилия приводу электрогенератора. В качестве газового балласта используют собственные продукты сгорания и осуществляют дополнительную выработку электроэнергии азотом. На выработку электроэнергии подают вначале ожиженные, а затем сжатые потоки кислорода и азота, нагреваемые перед вводом в экзотермореакторную камеру в системе ее охлаждения, а также теплом выводимых в атмосферу потоков продуктов сгорания и азота. Нагретый поток азота направляют на дополнительный газотурбоэлектрогенератор. Возвращаемые продукты сгорания ожижают и в ожиженном состоянии сжимают и нагревают перед вводом в экзотермореакторную камеру. Изобретение направлено на снижение выбросов оксидов азота и энергозатрат при выработке электроэнергии. 3 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, сжигающих органическое топливо и оборудованных газотурбоэлектрогенераторами.

Известен способ выработки электроэнергии путем ввода в экзотермореакторную камеру под давлением потоков воздуха, топлива и инертного газа (пара, другого балласта), получения также под давлением продуктов сгорания, подачи их в рабочую полость турбины, передачи вращательного усилия приводу электрогенератора, вывода в атмосферу, использования в качестве газового балласта собственных продуктов сгорания и охлаждения экзотермореакторной камеры (см. книгу Я.И.Шнеэ. Газовые турбины. М.: Машгиз. 1960. - 560 с.). Недостаток способа - высокие удельные энергозатраты на сжатие воздуха перед экзотермическим реактором.

Известен способ выработки электроэнергии путем использования ввода в экзотермореакторную камеру под давлением потоков кислорода, топлива и воды (патент РФ №2028541; F23C 11/00 от 10.10.89 г.; БИ №4, 1995 г.). При реализации способа снижается выход оксидов азота в атмосферу. Его недостаток - значительная удаленность от электростанции специализированного предприятия получения кислорода, а также невозможность использования воды в районах, где нет ее источника.

Известен способ выработки электроэнергии путем сжатия воздуха в компрессоре, его нагрева и подачи на турбину; при этом нагрев осуществляют в камере сгорания, горячие газообразные продукты отводят в теплообменник системы отопления и далее в атмосферу (см. патент Австрии №399372; F02C 1/04 от 27.12.83 г.). Недостаток способа - ограниченная область применения: только при наличии системы отопления.

Известен способ выработки электроэнергии путем использования инертных газов в качестве газообразного балласта для ввода в камеру экзотермического реагирования и получения продуктов сгорания (см. патент РФ№2039911; F23D 17/00 от 26.06.91 г.; БИ №20, 1995 г.). Способ позволяет снизить выход оксидов азота с продуктами сгорания в атмосферу; его недостаток - высокие энергозатраты на сжатие газообразного балласта перед вводом в реакторную камеру.

Известен способ выработки электроэнергии азототурбоэлектрогенератором путем получения азота в установке по производству азотной кислоты, его нагрева промежуточными продуктами экзотермического процесса и подачи на азотную турбину (см. книгу Я.И.Шнеэ. Газовые турбины. - Машгиз. - М. - 1960 г.; с.533-534, фиг.451). Недостатком способа является ограничение выработки электроэнергии только в цикле основного производства азотной кислоты и только в небольшом объеме для собственных нужд (не для отпуска внешнему потребителю).

Известен способ получения азота и кислорода в воздухоразделительной установке (см. Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под ред. М.П.Малкова. М., 1973 г., с.309-320). Производство не привязано к источнику выработки электроэнергии, что является его недостатком.

Задачей настоящего изобретения является снижение выбросов оксидов азота и энергозатрат в технологии выработки электроэнергии.

Для решения этой задачи при выработке электроэнергии путем ввода в экзотермореакторную камеру под давлением потоков кислорода, топлива и газового балласта, получения также под давлением горячих продуктов сгорания, подачи их в рабочую полость турбины, передачи вращательного усилия приводу электрогенератора, вывода в атмосферу, использования в качестве газового балласта собственных продуктов сгорания, охлаждения экзотермореакторной камеры и дополнительной выработки электроэнергии азотом, согласно изобретению на выработку электроэнергии подают вначале ожиженные, а затем сжатые потоки кислорода и азота, нагреваемые перед вводом в экзотермореакторную камеру в системе ее охлаждения, а также теплом выводимых в атмосферу потоков продуктов сгорания и азота, нагретый поток азота направляют на дополнительный газотурбоэлектрогенератор, а возвращаемые продукты сгорания ожижают и уже в ожиженном состоянии сжимают и нагревают перед вводом в экзотермореакторную камеру.

Сжатием уже сжиженных азота, кислорода и продуктов сгорания (в основном углекислого газа) минимизируются энергозатраты на собственные нужды рабочего процесса выработки электроэнергии. Собственно разделением воздуха на кислород и азот достигается минимизация выхода вредных оксидов азота в атмосферу. Наличие двух горячих газовых потоков азота и продуктов сгорания, находящихся под давлением, обеспечивает возможность срабатывания их энтальпии в газотурбоэлектрогенераторе при выработке электроэнергии. При этом разделение потоков по турбомашинам позволяет производить отбор незагрязненных продуктов сгорания для их охлаждения и сжижения низкотемпературными потоками кислорода и азота из разделительной установки с последующим сжатием и нагнетанием в экзотермореакторную камеру для регулирования температуры.

На фиг.1 представлена схема установки, реализующей разработанный способ выработки электроэнергии; на фиг.2 - схема дубль-блочной компоновки камер сгорания и газотурбоэлектрогенераторов; на фиг.3 - схема компоновки в плане камер сгорания и азотурбоэлектрогенераторов с поперечными связями.

Установка для реализации способа выработки электроэнергии на фиг.1 содержит обычное промышленное воздухоразделительное устройство 1 (например, разделительную установку низкого давления, описанную в "Справочнике по физико-техническим основам криогеники, под ред. М.П.Малкова. М., Энергия, 1973, с.309-320) с системами нагнетания низкотемпературных продуктов разделения кислорода 2 и азота 3, камеру сгорания 4 с системами охлаждения продуктов сгорания 5, 6, соединительными магистралями кислорода 7, азота 8, отводимых горячих продуктов сгорания 9, отводимого горячего азота 10, газотурбоэлектрогенераторы 11, 12, срабатывающий энтальпийный перепад продуктов сгорания и азота соответственно. При этом патрубки 9 подключены к агрегату 11, а 10 - к агрегату 12. Выхлопные патрубки 13, 14 газотурбоэлектрогенераторов 11, 12 подключены к теплообменникам 15, 16 систем теплоснабжения (ТС) и горячего водоснабжения (ГВС). Участки тракта отработанных газов 17, 18 подключены к системе сброса в атмосферу. К магистрали сброса продуктов сгорания 13, 15, 17 подключен контур 19 возврата газов в камеру сгорания 4 с установкой охлаждения 6 и нагнетателем 20. К камере сгорания 4 подключена система впрыска природного газа 21. Кроме того, предусмотрена установка 22 вымораживания СО2 для производственных нужд, подключенная к магистрали 8 холодного азота трубопроводом 23. Камеры сгорания 4 и газотурбогенераторы 11, 12 могут иметь схему компоновки в виде дубль-блока (фиг.2) с перераспределительными клапанами расхода газа 24, 25, 26, либо схему с поперечными связями (фиг.3), управляемую клапанами 24, 26. Обозначения позиций 1-23 на фиг.2, 3 те же, что и на фиг.1. Системы розжига и подогрева потоков кислорода и продуктов сгорания перед камерой 4 для организации нормальных процессов воспламенения и горения на фиг.1, 2, 3 условно обозначены позициями 27, 28.

Способ реализуется путем подачи в газотурбоэлектрогенератор 11 продуктов сгорания, полученных в охлаждаемой камере сгорания 4 в результате экзотермического окисления топлива потоками кислорода, последующего их сброса в атмосферу и частичного возврата в камеру сгорания 4, причем охлаждение камеры 4 и экзотермическую реакцию окисления осуществляют потоками азота и кислорода, поступающими из воздухоразделительного устройства 1, нагретый продуктами сгорания поток азота направляют на дополнительный газотурбоэлектрогенератор 12, а продукты сгорания возвращают в камеру 4 после охлаждения и сжижения низкотемператруными продуктами разделения воздуха в установке 6. Забираемый из атмосферы воздух после прохождения очистки от промышленной пыли, углеводородов, масла, влаги поступает на блоки разделения обычного промышленного устройства 1, где азот отделяют от кислорода при температуре 70-90 К и системами нагнетания 2 и 3 направляют в камеру сгорания 4 с системой охлаждения 5. Кислород и азот в камеру сгорания 4 подают по соединительным магистралям 7, 8; отвод продуктов сгорания и нагретого азота осуществляют по патрубкам 9, 10, подключенным к газотурбоэлектрогенераторам 11, 12. В камере сгорания 4 в результате окисления топлива, вводимого из магистрали 21, образуются газообразные продукты, в основном углекислый газ (СО2) с примесью водяных паров (Н2О), которые подают в газотурбоэлектогенератор 11 под давлением и температуре, определяемым конструктивными и технологическими особенностями агрегата (обычно, в диапазонах 0,6-7,0 МПа; 1100-1400 К). На газотурбоэлектрогенератор 12 подают азот с близкими параметрами (0,6-7,0 МПа; 1100-1400 К). При вращении роторов газотурбоэлектромашин 11, 12 вырабатывают электричество, снимаемое и передаваемое во внутреннюю и внешние электросети. По патрубкам выхлопа 13 и 14 отработанные газы раздельными потоками вводят в теплообменники 15, 16, для нагрева воды систем теплоснабжения и горячего водоснабжения. Продукты сгорания после охлаждения в теплообменнике 15 и азот после охлаждения в теплообменнике 16 сбрасывают по магистралям 17, 18 в атмосферу. Часть продуктов сгорания забирают из магистрали сброса 17 на возврат в камеру 4 для регулирования температуры, предварительно охладив вплоть до температуры сжижения в теплообменнике 6 и сжав в нагнетателе 20. Для организации нормального воспламенения и горения на магистралях 7 и 19 перед камерой 4 установлены подогреватели потоков 27, 28.

Практическое использование способа выработки электроэнергии в первую очередь связано с миниТЭЦ и привязкой к источникам топливоснабжения, размещаемым, как правило, в стороне от густонаселенных территорий. Кроме того, способ может быть реализован на тепловых электростанциях, сжигающих органическое топливо, в качестве дополнительного мероприятия по выработке электроэнергии (комбинированная выработка электроэнергии по парогазовому циклу). Розжиг и организация горения при сверхнизких температурах, конечно, невозможны. Поэтому соединительные системы 7, 8, 19, 21 перед камерой 4 должны быть оснащены специализированными подогревателями, арматурой и автоматикой, которые, чтобы не загромождать предложение, на фиг.1, 2, 3 условно обозначены позициями 27, 28. Наряду с природным газом может быть использовано жидкое топливо, продукты газификации угля. Предложенный способ выработки позволяет существенно минимизировать как энергозатраты на сжатие рабочих агентов, так и выход вредных оксидов азота в атмосферу, реализовав экологически чистую технологию выработки электроэнергии. При этом применение воздухоразделительного устройства 1 непосредственно в цикле выработки электроэнергии вблизи газотурбоэлектрогенераторов минимизирует энергозатраты на транспорт сжиженных газов, устраняет необходимость в содержании разветвленных служб и средств их хранения и доставки.

Способ выработки электроэнергии путем ввода в экзотермореакторную камеру под давлением потоков кислорода, топлива и газового балласта, получения также под давлением горячих продуктов сгорания, подачи их в рабочую полость турбины, передачи вращательного усилия приводу электрогенератора, вывода в атмосферу, использования в качестве газового балласта собственных продуктов сгорания, охлаждения экзотермореакторной камеры и дополнительной выработки электроэнергии азотом, отличающийся тем, что на выработку электроэнергии подают вначале ожиженные, а затем сжатые потоки кислорода и азота, нагреваемые перед вводом в экзотермореакторную камеру в системе ее охлаждения, а также теплом выводимых в атмосферу потоков продуктов сгорания и азота, нагретый поток азота направляют на дополнительный газотурбоэлектрогенератор, а возвращаемые продукты сгорания ожижают, уже в ожиженном состоянии сжимают и нагревают перед вводом в экзотермореакторную камеру.

www.findpatent.ru

1. Основные способы получения энергии

1.1 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).

1.2 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.

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами - их непрерывная возобновляемость.

studfiles.net

Солнечная энергия становится самым дешевым способом выработки

Экология потребления.Наука и техника:Солнечная энергия становится самым дешевым способом производства электроэнергии – так полагают ведущие аналитики информационного агентства Bloomberg.

Солнечная энергия становится самым дешевым способом производства электроэнергии – так полагают ведущие аналитики информационного агентства Bloomberg.

Данные, опубликованные Bloomberg New Energy Finance (BNEF) показали, что стоимость электроэнергии, вырабатываемой СЭС в 58 развивающихся странах – в том числе Китае, Индии и Бразилии – сократилась примерно на 30% от уровня 2010-го года и сегодня обходится даже несколько дешевле, чем энергия ветроустановок.

В августе, на аукционе поставок электроэнергии в Чили «солнечное» электричество достигло самой низкой цены в $ 29,10 за 1 МВт – это стало рекордно дешевым показателем, который на тот момент составил половину цены конкурентов, предлагающих энергию угольных электростанций.

«Возобновляемые источники энергии решительно вступают в новую эпоху, подрезая цены на ископаемые виды топлива, - отметил председатель BNEF Майл Либрейк (Michael Liebreich. - В ближайшее время она опередит другие технологии без всяких субсидий».

Возобновляемые источники обходятся более дешево в развивающихся странах, которые ищут новые возможности для прибавления мощностей в своих национальных сетях. Вместе с тем, в развитых странах, где новые ВИЭ должны конкурировать с действующими электростанциями на углеводородном топливе, стоимость «чистой» электроэнергии может быть выше.

Резкое падение цен было частично вызвано масштабами строительства новых СЭС в Китае, которые значительно прибавили к общемировым мощностям. Кроме того, китайское правительство также оказывает финансовую помощь и другим странам в строительстве солнечных электростанций.

Исследование BNEF, получившее название «Климатоскоп» (Climatescope), показало, что Индия, Китай, Бразилия, Уругвай и Южной Африка стремительно развивают свои рынки с тем, чтобы первыми привлечь крупных инвесторов в «зеленые» энергетические проекты.

Солнечная энергия оказалась незаменимой технологией для отдаленных островов, таких как Тау (Американское Самоа), который находится в южной части Тихого океана. Ранее он полностью зависел от поставок дизельного топлива. Однако теперь, после того как Tesla и SolarCity построили там СЭС, остров стал абсолютно энергонезависимым. опубликовано econet.ru

econet.ru