Чем отличается традиционная энергетика от теплоэнергетики. Виды энергетики: традиционная и альтернативная

Все существующие направления энергетики можно условно разделить на зрелые, развивающиеся и находящиеся в стадии теоретической проработки. Одни технологии доступны для реализации даже в условиях частного хозяйства, а другие могут использоваться только в рамках промышленного обеспечения. Рассматривать и оценивать современные виды энергетики можно с разных позиций, однако принципиальное значение имеют универсальные критерии экономической целесообразности и производственной эффективности. Во многом по этим параметрам сегодня расходятся концепции применения традиционных и альтернативных технологий генерации энергии.

Традиционная энергетика

Это широкий пласт сформировавшихся отраслей тепло- и электроэнергетики, обеспечивающей порядка 95% мировых потребителей энергии. Генерация ресурса происходит на специальных станциях - это объекты ТЭС, ГЭС, АЭС и т. д. Они работают с готовой сырьевой базой, в процессе переработки которой происходит выработка целевой энергии. Выделяют следующие стадии производства энергии:

• Изготовление, подготовка и доставка исходного сырья на объект выработки того или иного вида энергии. Это могут быть процессы добычи и обогащения топлива, сжигание нефтепродуктов и т. д.
• Передача сырья к узлам и агрегатам, непосредственно преобразующим энергию.
• Процессы из первичной во вторичную. Эти циклы присутствуют не на всех станциях, но, к примеру, для удобства доставки и последующего распределения энергии могут использоваться разные ее формы - в основном тепло и электричество.
• Обслуживание готовой преобразованной энергии, ее передача и распределение.

На завершающем этапе ресурс отправляется конечным потребителям, в качестве которых могут выступать и отрасли народного хозяйства, и рядовые домовладельцы.

Тепловая электроэнергетика

Самая распространенная отрасль энергетики в в стране производят более 1000 МВт, используя в качестве перерабатываемого сырья уголь, газ, нефтепродукты, сланцевые залежи и торф. Вырабатываемая первичная энергия в дальнейшем преобразуется в электричество. Технологически у таких станций масса преимуществ, которые и обуславливают их популярность. К ним можно отнести нетребовательность к условиям эксплуатации и легкость технической организации рабочего процесса.

Объекты тепловой энергетики в виде конденсационных сооружений и теплоэлектроцентралей могут возводиться прямо в районах добычи расходного ресурса или местах нахождения потребителя. Сезонные колебания никак не влияют на стабильность функционирования станций, что делает такие источники энергии надежными. Но есть и недостатки у ТЭС, к которым можно отнести применение исчерпаемых топливных ресурсов, загрязнение окружающей среды, необходимость подключения больших объемов трудовых ресурсов и др.

Гидроэнергетика

Гидротехнические сооружения в виде энергетических подстанций предназначены для выработки электричества в результате преобразования энергии потока воды. То есть, технологический процесс генерации обеспечивается сочетанием искусственных и природных явлений. В ходе работы станция создает достаточный напор воды, которая в дальнейшем направляется к турбинным лопастям и активизирует электрогенераторы. Гидрологические виды энергетики различаются по типу используемых агрегатов, конфигурации взаимодействия оборудования с естественными потоками воды и т. д. По рабочим показателям можно выделить следующие разновидности гидростанций:

• Малые - вырабатывают до 5 МВт.
• Средние - до 25 МВт.
• Мощные - более 25 МВт.

Также применяется классификация в зависимости от силы напора воды:

• Низконапорные станции - до 25 м.
• Средненапорные - от 25 м.
• Высоконапорные - выше 60 м.

К достоинствам гидроэлектростанций относят экологическую чистоту, экономическую доступность (бесплатная энергия), неисчерпаемость рабочего ресурса. В то же время гидротехнические сооружения требуют больших начальных затрат на техническую организацию аккумулирующей инфраструктуры, а также имеют ограничения по географическому размещению станций - только там, где реки обеспечивают достаточный напор воды.

В некотором смысле это подвид тепловой энергетики, но практически производственные показатели работы ядерных станций на порядок выше ТЭС. В России используют полные циклы выработки атомной электроэнергии, что позволяет генерировать большие объемы энергетического ресурса, но имеют место и огромные риски использования технологий обработки урановой руды. Обсуждением вопросов безопасности и популяризации задач данной отрасли, в частности, занимается АНО «Информационный центр атомной энергетики», имеющий представительства в 17 регионах России.

Ключевую роль в исполнении процессов генерации ядерной энергии играет реактор. Это агрегат, предназначенный для поддержания реакций деления атомов, которые, в свою очередь, сопровождаются выделением тепловой энергии. Существуют разные типы реакторов, отличающиеся применяемым видом топлива и теплоносителем. Чаще используется конфигурация с легководным реактором, использующим в качестве теплоносителя обычную воду. Основным ресурсом переработки в энергетике выступает урановая руда. По этой причине АЭС обычно проектируются с расчетом на размещение реакторов вблизи от месторождений урана. На сегодняшний день в России действует 37 реакторов, совокупная мощность выработки которых составляет около 190 млрд кВт*ч/год.

Характеристика альтернативной энергетики

Практически все источники альтернативной энергии выгодно отличаются финансовой доступностью и экологической чистотой. По сути, в данном случае происходит замена перерабатываемого ресурса (нефти, газа, угля и т. д.) на природную энергию. Это может быть солнечный свет, потоки ветра, тепло земли и другие естественные источники энергии за исключением гидрологических ресурсов, которые сегодня рассматриваются как традиционные. Концепции альтернативной энергетики существуют давно, однако по сей день они занимают небольшую долю в общем мировом энергообеспечении. Задержки в развитии данных отраслей связаны с проблемами технологической организации процессов выработки электричества.

Но чем обусловлено активное развитие альтернативной энергетики в наши дни? В немалой степени необходимостью снижения темпов загрязнения окружающей среды и в целом проблемами экологии. Также в скором будущем человечество может столкнуться с истощением традиционных ресурсов, используемых в производстве энергии. Поэтому, даже несмотря на организационные и экономические препятствия, все больше внимания уделяется проектам развития альтернативных форм энергетики.

Геотермальная энергетика

Один из самых распространенных в бытовых условиях. Геотермальная энергия вырабатывается в процессе аккумуляции, передачи и преобразования внутреннего тепла Земли. В промышленных масштабах обслуживаются подземные породы на глубинах до 2-3 км, где температура может превышать 100°С. Что касается индивидуального применения геотермальных систем, то чаще задействуются поверхностные аккумуляторы, располагаемые не в скважинах на глубине, а горизонтально. В отличие от других подходов к выработке альтернативной энергии, практически все геотермальные виды энергетики в производственном цикле обходятся без этапа преобразования. То есть первичная тепловая энергия в этой же форме и поставляется конечному потребителю. Поэтому используется такое понятие, как геотермальные системы отопления.

Солнечная энергетика

Одна из старейших концепций альтернативной энергетики, задействующая в качестве аккумулятивного оборудования фотоэлектрические и термодинамические системы. Для реализации фотоэлектрического метода генерации используют преобразователи энергии световых фотонов (квантов) в электричество. Термодинамические установки более функциональны и за счет солнечных потоков могут вырабатывать как тепло с электричеством, так и механическую энергию для создания приводного усилия.

Схемы достаточно простые, но есть немало проблем при эксплуатации такого оборудования. Связано это с тем, что солнечная энергетика в принципе характеризуется целым рядом особенностей: нестабильностью из-за суточных и сезонных колебаний, зависимостью от погоды, низкой плотностью потоков света. Поэтому на этапе проектирования солнечных батарей и аккумуляторов много внимания уделяется исследованию метеорологических факторов.

Волновая энергетика

Процесс выработки электричества из волн происходит в результате преобразования энергии прилива. В основе большинства электростанций такого типа находится бассейн, который организуется или в ходе отделения устья реки, или за счет перекрытия залива плотиной. В образованном барьере устраиваются водопропускные отверстия с гидротурбинами. По мере изменения уровня воды во время приливов происходит вращения турбинных лопастей, что и способствует выработке электричества. Отчасти этот вид энергетики схож с но сама механика взаимодействия с водным ресурсом имеет существенные отличия. Волновые станции могут использоваться на побережьях морей и океанов, где уровень воды поднимается до 4 м, позволяя вырабатывать мощность до 80 кВт/м. Недостаток таких сооружений связан с тем, что водопропускные сооружения нарушают обмен пресной и морской воды, а это негативно сказывается на жизни морских организмов.

Еще один доступный для применения в частном хозяйстве способ получения электричества, отличающийся технологической простотой и экономической доступностью. В качестве обрабатываемого ресурса выступает кинетическая энергия воздушных масс, а роль аккумулятора выполняет двигатель с вращающимися лопастями. Обычно в ветровой энергетике применяют генераторы электрического тока, которые активизируются в результате вращения вертикальных или горизонтальных роторов с пропеллерами. Средняя бытовая станция такого типа способна генерировать 2-3 кВт.

Энергетические технологии будущего

По оценкам экспертов, к 2100 г совокупная доля угля и нефти в мировом балансе составит около 3%, что должно отодвинуть термоядерную энергетику на роль второстепенного источника энергетических ресурсов. На первое же место должны встать солнечные станции, а также новые концепции преобразования космической энергии, основанной на беспроводных каналах передачи. Процессы становления должны начаться уже к 2030 г., когда наступит период отказа от углеводородных источников топлива и перехода к «чистым» и возобновляемым ресурсам.

Перспективы российской энергетики

Будущее отечественной энергетики преимущественно связывается с развитием традиционных способов преобразования природных ресурсов. Ключевое место в отрасли должна будет занять ядерная энергетика, но в комбинированном варианте. Инфраструктуру атомных станций должны будут дополнять элементы гидротехники и средства переработки экологически чистого биотоплива. Не последнее место в возможных перспективах развития отводится и солнечным батареям. В России и сегодня этот сегмент предлагает немало привлекательных идей - в частности, панели, которые могут работать даже в зимнее время. Аккумуляторы преобразуют энергию света как такового даже без тепловой нагрузки.

Заключение

Современные обеспечения ставят крупнейшие государства перед выбором между мощностью и экологической чистотой выработки тепла и электричества. Большинство освоенных альтернативных источников энергии при всех своих плюсах не способны в полной мере заменить традиционные ресурсы, которые, в свою очередь, могут использоваться еще несколько десятилетий. Поэтому энергию будущего многие специалисты представляют как некий симбиоз различных концепций генерации энергоресурсов. Причем новые технологии ожидаются не только на промышленном уровне, но и в бытовом хозяйстве. В этой связи можно отметить градиент-температурные и биомассовые принципы энергетической выработки.

Cтраница 1

Традиционная энергетика - это совокупность технических устройств, использующих хорошо освоенные в технологическом отношении энергетические источники и способы преобразования получаемой от них энергии, в первую очередь электрическую.  

Отдавая день традиционной энергетике - угольной, газовой, нефтяной и термоядерной (к освоению которой мы уже близки), акцент необходимо сделать на экологически чистые, энергосберегающие технологии и возобновляемые источники - Солнце, ветер, водная стихия.  

Альтернативные источники энергии, Традиционная энергетика, Энергетика экологическая.  

Прибавим к этому устаревающее оборудование традиционной энергетики, отсутствие необходимой гибкости и мобильности при энергообеспечения динамического нефтегазового бизнеса, невысокие экологические показатели и не всегда высокое качество электроэнергии. Все это в совокупности заставляет нефтегазовые компании искать альтернативу и находить ее в создании собственных локальных источников энергии.  

Вместе с тем высокую озабоченность вызывают и аварии в традиционной энергетике, на объектах топливного цикла (от добычи сырья до обращения с отходами), а также на объектах с химическими технологиями.  

В последнее время ввиду возникших трудностей с финансированием крупных объектов традиционной энергетики возросло количество заказов на ГТУ-ТЭЦ малой и средней мощности. Представленные в таблице данные относятся только к газотурбинной части электростанции.  

Стремление решить эти и другие проблемы наблюдается практически с начала становления традиционной энергетики. Это стремление реализуется, во-первых, в поисках других первичных энергетических источников и, во-вторых, в разработке иных способов преобразования энергии первичных источников в электрическую. Нередко оба эти направления совмещены.  

Современная нетрадиционная энергетика - это тот резерв, который дает основания надеяться, что названные ранее проблемы традиционной энергетики могут быть решены в обозримом будущем и развитие энергетики будет продолжено с максимальной пользой для человечества.  

Годовые амортизационные отчисления на АЭС рассчитываются, как и на ТЭС, по нормам амортизации, которые являются едиными для аналогичных по устройству, функциональному назначению и условиям работы элементов основных фондов. Наряду с этим на АЭС используются устройства, не имеющие аналогов в традиционной энергетике. Для них по мере накопления опыта эксплуатации должны уточняться сроки службы и нормы амортизации. В нормах амортизации для АЭС должны получить отражение особые условия проведения капитального ремонта оборудования. По причине высокой радиоактивности некоторого оборудования и элементов их ремонт либо невозможен (их не ремонтируют, а заменяют новыми), либо связан со специальными дорогостоящими мероприятиями. Соответственно в нормах амортизации для АЭС должна повышаться реновационная составляющая HP при снижении составляющей по капитальному ремонту и модернизации НК-Р.  

Атомная энергетика в случае безаварийной работы еще более экологична, но и она загрязняет воздух такими токсичными веществами, как радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли. В то же время АЭС представляет собой значительно большую потенциальную опасность по сравнению с предприятиями традиционной энергетики.  

Сборник включает в себя работы по исследованиям в области теплофизики экстремальных состояний и физики высоких плотностей энергии. Рассматриваются различные модели уравнений состояния вещества в экстремальных условиях, некоторые задачи физики ударных и детонационных волн, методы генерации интенсивных импульсных потоков энергии, эффекты взаимодействия мощных ионных и электронных пучков, лазерного, рентгеновского и СВЧ излучения с веществом, экспериментальные методы диагностики быстрых процессов, физика низкотемпературной плазмы, проблемы управляемого термоядерного синтеза и традиционной энергетики, а также различные технологические аспекты. Издание адресовано специалистам в области физико-технических проблем энергетики.  

Безопасность нынешнего поколения реакторов обеспечивается увеличением количества различных систем безопасности и систем ограничения выхода активности, ужесточением требований к оборудованию и персоналу. В результате атомные электростанции становятся более сложными и, следовательно, более дорогостоящими. Атомная энергетика близка к своему экономически предельному уровню: дальнейшее наращивание систем безопасности ведет к снижению существующей конкурентоспособности атомной энергетики по сравнению с традиционной энергетикой.  

Технические устройства, составляющие традиционную энергетику, - это, во-первых, тепловые электростанции (ТЭС), работающие на минеральных - твердых, жидких и газообразных органических топливах (уголь, нефть, газ и др.); атомные электростанции (АЭС), работающие на ядерных топливах (уран, плутоний), получаемых из сырьевых минералов; гидравлические электростанции (ГЭС), использующие возобновляемые гидравлические энергетические ресурсы. Эти электростанции являются базовыми в современной энергетике, составляют так называемую большую энергетику. Их отличительные особенности: значительная единичная мощность, работа в общей электросети (возможна работа и в тепловой сети), единый стандарт на качество вырабатываемой электроэнергии. Во-вторых, в традиционную энергетику входят автономные газотурбинные, дизельные и другие установки, использующие ископаемые органические топлива, и автономные гидравлические установки. Эти установки составляют малую энергетику.  

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, следующая: 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, 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. 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 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.

Традиционная электроэнергетика

Традиционная электроэнергетика уже несколько сотен лет хорошо освоенна и проверенна в различных условиях эксплуатации. Львиную долю электроэнергии в мире производят на традиционных теплоэлектростанциях (ТЭС).

В тепловой энергетике производство электрической энергии производится на тепловых электростанциях, использующих последовательное преобразоване естественной энергии органического топлива в тепло- и электро- энергию. ТЭС делятся на:

Паротурбинные ;

Газотурбинные ;

Парогазовые .

Теплоэнергетика в мире занимает ведущую роль среди остальных видов. Из нефти производится 39 % всей электроэнергии в мире, на основе угля — 27 %, на основе газа — 24 %.

В Польше и ЮАР энергетика по большей части основана на сгорании угля, а в Голландии — на основе газа. Большая доля теплоэнергетики в таких странах как Китай, Австралия и Мексика.

Основополагающим оборудованием ТЭС являются такие составляющие как котел, турбина и генератор. При сжигании топлива в котле выделяется теплоэнергия, которая преобразуется в водяной пар. Энергия водяного пара в свою очередь поступает в турбину, которая вращаясь, превращается в механическую энергию. Генератор же эту энергию вращения преобразует в электрическую. Теплоэнергия при этом может также использоваться для нужд потребителя.

Теплоэлектростанции имеют как свои плюсы, так и минусы.
Положительные факторы:
- относительно свободное месторасположение, связанное с месторасположением ресурсов топлива;
- способность производить электроэнергию не зависимо от сезонных колебаний.
Отрицательные факторы:
- ТЭС обладает низким КПД, если точнее, то всего около 32% энергии природных ресурсов преобразуется в электрическую;
- топливные ресурсы - ограничены.
- негативное влияние на окружающую среду.

Гидравлическая энергетика

В гидравлической энергетике электроэнергия производится на гидроэлектростанциях (ГЭС), которые преобразуют энергию водного потока в электрическую.

ГЭС производят одну из самых дешевых видов электроэнергии, но имеют довольно-таки большую себестоимость строительства. Именно ГЭС позволили СССР в первые 10-летия своего становления совершить огромный скачок в промышленности.

Главный недостаткок ГЭС - это сезонность их работы, которая очень неудобна для промышленности.

Существует три вида ГЭС:
- Гидроэлектростанции. Cтроительство гидротехнических сооружений позволило преобразовать природные водные ресурсы реки в искуственные гидроэнергетические ресурсы, которые, преобразуясь в турбине, затем превращаются в механическую энергию, которая в свою очередь используется в генераторе, превращаясь в электроэнергию.

Приливные станции. Здесь используется вода морей. Благодаря приливам и отливам уровень морей меняется. При этом волна иногда достигает 13-ти метров. Между этими уровнями создается разница и так создается напор воды. Но приливная волна часто изменяется, в следствии этого меняется как напор, так и мощность станций. Основным недостатком их является вынужденный режим: такие станции дают мощность не тогда, когда это необходимо потребителю, а в зависимости от природных условий, а именно: от приливов и отливов уровня воды. Стоит отметить также большую стоимость сооружения таких станций.

Гидроаккумулирующие электростанции. Построены, используя цикличность перемещения одного и того же количества воды между различными уровнями бассейнов. Когда ночью потребность в электроэнергии незначительна, вода циркулируется из нижнего бассейна в верхний, при этом используя излишки энергии, производимой ночью. В дневное время, когда резко увеличивается потребление электроэнергии, вода сбрасывается из верхнего водохранилища вниз через турбины, при этом преобразуясь в электроэнергию. На основании такого подхода ГАЭС позволяют снижать пиковые нагрузки.

Следует отметить, что ГЭС очень эффективны, так как используют возобновляемые ресурсы и относительно просты в управлении, а их КПД достигает более 80%. Поэтому их электроэнергия самая дешевая. Однако строительство ГЭС долгосрочное и требует вливания больших капиталовложений и, что немаловажно, наносит ущерб фауне водоемов.

В ядерной энергетике электроэнергия производится на Атомных станциях (АЭС). Такого вида станции используют для выработки энергии цепную ядерную реакцию урана.

Преимущества АЭС перед другими видами электростанций:
- не загрязняют окружающую среду (за исключением форс-мажоров)
- не требуют привязонности к источнику сырья
- размещенаются практически везде.

Недостатки АЭС перед другими видами электростанций:
- опасность АЭС при всевозможных форс-мажорных обстоятельствах: аварий в результате землетрясений, ураганов и т. п.
- старые модели блоков потенциально опасносны радиационным заражением территорий из-за перегрева реактора.
- трудности в захоронении радиоактивных отходов.

По выработке электроэнергии на АЭС лидирующее положение занимает Франция (80%). В США, Бельгии, Японии и Республике Корея также велика их доля.

Нетрадиционная электроэнергетика

Запасы нефти, газа, угля не бесконечны. Чтобы создать эти запасы, природе понадобилось миллионы лет, а истратятся они всего лишь за сотни лет.

Что же произойдет когда месторождения топлива (нефти и газа) закончатся?

Основные источники альтернативной энергии:
- энергия малых рек;
- энергия приливов и отливов;
- энергия Солнца;
- энергия ветра;
- геотермальная энергия;
- энергия горючих отходов и выбросов;
- энергия вторичных или сбросовых источников тепла и другие.

Положительные факторы, влияющие на развитие этих электростанций:
- более низкая стоимость электроэнергии;
- возможность иметь локальные электростанции;
- возобновляемость нетрадиционных источников энергии;
- повышение надежности существующих энергосистем.

Характерными чертами альтернативной энергетики являются:
- экологическая чистота,
- очень большие вложения на их строительство,
- малая единичная мощность.

Основные направления нетрадиционной энергетики:
Малые ГЭС;
Ветроэнергетика;
Геотермальная энергетика;;

Биоэнергетические установки (установки на биотопливе);
Энергетика Солнца;

Установки на топливных элементах

Водородная энергетика;

Термоядерная энергетика.

В зависимости от вида первичной энергии различают тепловые электростанции (ТЭС), гидроэлектрические станции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС) и др. К ТЭС относятся конденсационные электростанции (КЭС) и теплофикационные, или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).

Электростанции, обслуживающие крупные и жилые районы, получили название государственных районных электростанций (ГРЭС). В их состав, как правило, входят конденсационные электростанции, использующие органическое топливо и не вырабатывающие тепловой энергии. ТЭЦ также работают на органическом топливе, но, в отличие от КЭС, вырабатывают как электрическую, так и тепловую энергию в виде перегретой воды и пара. Атомные электростанции преимущественно конденсационного типа используют энергию ядерного топлива. В ТЭЦ, КЭС и ГРЭС потенциальная химическая энергия органического топлива (угля, нефти или газа) преобразуется в тепловую энергию водяного пара, которая, в свою очередь, переходит в электрическую. Именно так производится около 80% получаемой в мире энергии, основная часть которой на тепловых электростанциях превращается в электрическую. Атомные и возможно в будущем термоядерные электростанции также представляют собой тепловые станции. Отличие заключается в том, что топка парового котла заменяется на ядерный или термоядерный реактор.

Гидравлические электростанции (ГЭС) используют возобновляемую энергию падающего потока воды, которая преобразуется в электрическую.

ТЭС, ГЭС и АЭС - основные энергогенерирующие источники, развитие и состояние которых определяют уровень и возможности современной мировой энергетики и энергетики Украины в частности. Электростанции указанных типов называют также турбинными.

Одной из основных характеристик электростанций является установленная мощность, равная сумме номинальных мощностей электрогенераторов и теплофикационного оборудования.

Номинальная мощность - это наибольшая мощность, при которой оборудование может работать длительное время в соответствии с техническими условиями.

Из всех видов производства энергии наибольшее развитие в Украине получила теплоэнергетика как энергетика паровых турбин на органическом топливе. Удельные капитальные вложения на строительство ТЭС существенно ниже, чем для ГЭС и АЭС. Значительно короче и сроки строительства ТЭС. Что касается себестоимости вырабатываемой электроэнергии, то она ниже всего для гидростанций. Стоимость производства электроэнергии на ТЭС и АЭС отличается не очень существенно, но все-таки она ниже для АЭС. Однако эти показатели не являются определяющими для выбора того или иного типа электростанций. Многое зависит от места расположения станции. ГЭС строится на реке, ТЭС располагается обычно неподалеку от места добычи топлива. ТЭЦ желательно иметь рядом с потребителями тепловой энергии. АЭС нельзя строить вблизи населенных пунктов. Таким образом, выбор типа станций во многом зависит от их назначения и предполагаемого размещения. В последние десятилетия на себестоимость производства энергии, на выбор типа электростанции и места ее расположения решающее влияние оказывают экологические проблемы, связанные с получением и использованием энергоресурсов.

С учетом специфики размещения ТЭС, ГЭС и АЭС определяются месторасположение электростанций и условия их будущей эксплуатации: положение станций относительно центров потребления, что особенно важно для ТЭЦ; основной вид энергоресурса, на котором будет работать станция, и условия его поступления на станцию; условия водоснабжения станции, приобретающие особое значение для КЭС и АЭС. Немаловажным является близость станции к железнодорожным и другим транспортным магистралям, к населенным пунктам.