Глава 1.Традиционные источники энергии

Содержание

 

Введение…………………………………………………2-3

Глава 1. Традиционные источники энергии…………4

ТЭС…………………………………………………………4

ГЭС………………………………………………………….8

АЭС………………………………………………………...10

Глава 2. Альтернативные источники энергии………12

Энергия солнца…………………………………………..12

Энергия ветра…………………………………………….13

Геотермальная энергия…………………………………13

Энергия океана…………………………………………...14

Энергия биогаза…………………………………………..15

Заключение………………………………………………..16

Литература………………………………………………17-18

 

 

Введение

 

Электричество было известно людям с самых давних времен. Однако практически измерять электричество человек научился только в начале 19 века. Потом понадобилось еще 70 лет до того момента, когда в 1872 году русский ученый А.Н.Лодыгин изобрел первую в мире электрическую лампочку накаливания. В современном мире доля потребления электроэнергии огромна. 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 государственных электростанций для производственных и бытовых нужд. О применении электроэнергии для освещения жилищ и в бытовых электроприборах знает каждый.

Для обеспечения электроэнергией населения Земли используются традиционные источники энергии – ТЭС, ГЭС и АЭС. Из-за массового освоения строительства данных станций они широко распространены. При их эксплуатации используются природный газ, уголь, продукты нефти. Однако, эти ресурсы невозобновляемы, а значит – рано или поздно исчерпают себя. Отсутствие электроэнергии в буквальном смысле остановит жизнь людей. Можно ли избежать этого? Да. Многие ученые трудятся в сфере разработки способов получения электроэнергии из альтернативных источников – ветра, солнца, геотермального потенциала Земли, приливов и отливов океана, а также биогаза. Страны всего мира уже ограниченно используют альтернативные источники энергии. Но о полном переходе стран на возобновляемые ресурсы говорить еще рано.

Целью работы является изучение способов получения электроэнергии из традиционных источников и рассмотрение перспектив применения альтернативных источников энергии.

Для этого были поставлены следующие задачи: изучить принципы работы ТЭС, ГЭС и АЭС и рассмотреть их технические характеристики; узнать наиболее крупные электростанции России; проанализировать перспективы использования альтернативных источников энергии в России и мире.

 

 

Глава 1.Традиционные источники энергии

 

Энергетическими ресурсами называются природные источники энергии, преобразуемые в дальнейшем в формы энергии, которые используются в производственных процессах, на транспорте, в быту. Существует несколько способов преобразования энергии. Можно назвать три основных способа преобразования энергии. Первый из них заключается в получении тепловой энергии при сжигании топлива (ископаемого или растительного происхождения) и потреблении ее для непосредственного обогревания жилых домов, школ, предприятий и т. п. Второй способ – преобразование заключенной в топливе тепловой энергии в механическую работу, например, при использовании продуктов перегонки нефти для обеспечения движения различного оборудования, автомобилей, тракторов, поездов, самолетов и т. д. Третий способ – преобразование тепла, высвобождающегося при сгорании топлива или деления ядер, в электрическую энергию с последующим ее потреблением либо для производства тепла, либо для выполнения механической работы.

Тепловые электростанции

Тепловые электростанции (ТЭС) – электростанции, вырабатывающие электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания в тепловую, а затем в механическую энергию вращения вала электрогенератора. В качестве топлива используются различные горючие ископаемые топлива: уголь, природный газ, мазут, торф и горючие сланцы.

По типу установок ТЭС делятся на:

1. Паротурбинные

2. Газотурбинные

3. Парогазовые

 

Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные (ПТУ). Принцип работы: После получения тепла от сгорания топлива свежий пар из котельного агрегата попадает в турбину и, расширяясь в ней, совершает механическую работу, вращая ротор электрогенератора. Далее пар выходит из турбины и поступает в конденсатор (происходит конденсация). Конденсат отработавшего в турбине пара при помощи насоса проходит в деаэратор для очистки от нежелательных газовых примесей. Из деаэратора питательный насос подаёт воду в котельный агрегат. В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь (преимущественно), а так же мазут и природный газ. Различают два типа паротурбинных тепловых электростанций:

1) Конденсационные, вырабатывающие только электрическую энергию;

2)Теплофикационные, где осуществляется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии; горячая вода или пар передаются от теплоэлектроцентралей по трубопроводам промышленным и коммунально-бытовым потребителям.

ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называются газотурбинными электростанциями (ГТУ). Принцип работы: Газ или жидкое топливо поступает в котел для последующего сгорания. Полученное тепло передается воде, которая выходит из котла в виде пара и крутит паровую турбину. С помощью вращающейся паровой турбины приходит в действие генератор, из которого получается электроэнергия. А оставшийся пар используется для промышленных нужд.

Последний вид – ТЭС с парогазовой установкой (ПГУ), отличается повышенным КПД. Принцип работы: Первый генератор снабжает установку электрическим током. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из газотурбины все ещё имеют высокую температуру. Из газотурбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине. Паровая турбина приводит в действие электрогенератор, а следовательно – вырабатывается энергия.

 

Главные преимущества ТЭС:

1. Требует меньших капиталовложений.

2. Возможность расположения в любой географической точке. Топливо может доставляться с помощью различных видов транспорта.

3. Площади отчуждения и вывода из хозяйственного оборота земли под сооружение ТЭС относительно небольшие.

4. Обслуживание и эксплуатационный процесс ТЭС характеризуются простотой.

 

Главные недостатки ТЭС:

 

1. Нарушение экологического равновесия и загрязнение из-за выброса дыма и копоти, сернистых и азотистых соединений в большом объеме.

2. Нарушение теплового баланса водоёмов, что приводит к повышению температурных показателей.

3. В ходе эксплуатации используются не возобновляемые природные ресурсы.

4. Высокие эксплуатационные расходы.

 

К крупнейшим производителям электроэнергии относятся США, Китай, Япония, Россия, Канада. В структуре выработки электроэнергии преобладают тепловые электростанции (ТЭС). В мировом производстве их доля составляет 64 %. По размерам выработки электроэнергии на ТЭС лидируют США, Китай, Россия, Япония, ФРГ, а также страны Персидского залива.

 

На сегодняшний день в Российской Федерации функционирует около 370 тепловых электростанций, что составляет 68% ото всей получаемой энергии. Из них 7 имеют мощность свыше 2 500 МВт. Основными видами топлива для ТЭС являются природный, нефтяной газ и уголь. Многие тепловые электростанции в России используют несколько видов топлива. Например, Новочеркасская электростанция в Ростовской области использует все три основных вида топлива. Доля мазута составляет 17%, газа – 9%, а угля – 74%.

* по данным «Росатом»

 

Гидроэлектрические станции

 

Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, использующая в качестве источника энергии энергию водных масс. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

 

Виды ГЭС в зависимости от вырабатываемой мощности:

1. Мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;

2. Средние — до 25 МВт;

3. Малые — до 5 МВт.

 

Виды ГЭС в зависимости от принципа использования природных ресурсов:

1. Плотинные. Напор воды создаётся посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие ГЭС строят на многоводных равнинных реках и на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

 

2. Приплотинные. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно.

 

3. Деривационные ГЭС. Используются при большом уклоне реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создаётся посредством деривации. Вода отводится из речного русла через каналы и специальные водоотводы. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС.

 

Главные преимущества ГЭС:

1. Использование дешевой и возобновляемой энергии.

2. Работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.

3. Быстрая подача рабочей мощности после включения.

Главные недостатки ГЭС:

1. Необходимы большие запасы энергии воды для строительства.

2. Нарушение экосистем из-за сокращенных спусков воды.

Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке — 98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях. Доля ГЭС в выработке энергии в России составляет 16%. Самая крупная ГЭС в РФ, 9-я — среди действующих гидроэлектростанций в мире – Саяно-Шушенская в республике Хакасия.

* по данным «Росатом»

Атомные электростанции

 

Атомная электростанция (АЭС) — ядерная установка, которая содержит комплекс сооружений и оборудования для производства электрической энергии с помощью ядерного реактора. Наличие ядерного реактора – отличительная черта АЭС. В качестве топлива используется уран-235.

 

Принцип работы: Основой станции является реактор — конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Уран-235 делится медленными нейтронами. В результате выделяется огромное количество тепла. Тепло отводится из активной зоны реактора теплоносителем — жидким или газообразным веществом, проходящим через ее объем. Эта тепловая энергия используется для получения водяного пара в парогенераторе. Механическая энергия пара направляется к турбогенератору, где она и превращается в электрическую.

Преимущества АЭС:

1. Небольшие затраты топлива.

2. Выбросы от АЭС практически безвредны

Недостатки АЭС:

1. Сложность утилизации радиоактивных отходов

2. Опасность аварий

Мировым лидером по доле АЭС в национальном производстве электроэнергии является Франция. Атомные электростанции вырабатывают 78% всей электроэнергии страны. В Швеции доля выработки энергии на АЭС составляет 45%, в Японии – 33%, в России – 16%. А самый большой в мире парк атомных электростанций принадлежит США – в эксплуатации находятся 106 энергоблоков.

*по данным «АтомЭнергоМаш»