Основные и нетрадиционные способы получения электроэнергии

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.

В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и

водосбросные сооружения (рис. 4). 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. Волжская

ГЭС им. 22-го съезда КПСС— наиболее крупная среди станций руслового типа.

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.

Несмотря на снижение доли ГЭС в общей выработке, абсолютные значения

производства электроэнергии и мощности ГЭС непрерывно растут вследствие

строительства новых крупных электростанций. В 1969 в мире насчитывалось

свыше 50 действующих и строящихся ГЭС единичной мощностью 1000 Мвт и выше,

причём 16 из них — на территории бывшего Советского Союза.

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.

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

Страницы: 1, 2, 3