Другие Виды электростанций

Приливная электростанция. Для получения электрической энергии используются также приливные электростанции (ПЭС). Их устраивают на побережье морей и океанов со значительными приливо-отливными колебаниями уровня воды. (Россия – Охотское, Берингово, Белое моря)

Для этого естественный залив отделяется от моря плотиной и зданием ПЭС.

Принцип работы ПЭС разобрать самостоятельно

 

Турбина преобразует движение потока падающей воды в энергию вращения вала ротора генератора. Генератор, в свою очередь преобразует это вращение в эл.эн.

 

Достоинство ПЭС – работа не зависит от случайных погодных условий, а недостаток – неравномерность работы в течение лунных суток и лунного месяца.

Крупнейшая ПЭС – Во Франции – 240 МВт, в России – Кислогубская ПЭС (Баренцево море) – 800 кВт.

 

 

Ветровая электростанция КПД до 0,48.Энергия ветра на земном шаре оценивается в 175... 219 тыс. ТВт· ч (терраватт) в год, при этом развиваемая им мощность достигает (20... 25) · 10⁹ кВт. Это примерно в 2,7 раза больше суммарного расхода энергии на планете. Считают, однако, что полезно может быть использовано только 5 % этой энергии. В настоящее же время эта цифра значительно меньше.

Постоянные воздушные течения к экватору со стороны северного и южного полушарий образуют систему пассатов. Общая циркуляция атмосферы происходит главным образом из-за вращения Земли, при котором под действием центробежной силы воздушные массы отбрасываются в районе экватора в верхние слои атмосферы. На место ушедших масс воздуха с севера и юга приходят новые воздушные слои.

Помимо постоянных движений воздушных слоев существуют периодические движения воздуха с моря на сушу и обратно в течение суток (бризы) и в течение года (муссоны). Происхождение бризов и муссонов обусловлено различным нагревом воды и суши вследствие их разной теплоемкости.

 

При использовании энергии ветра в современных условиях стремятся учесть опыт тех стран, в которых ветряные двигатели издавна широко применялись, особенно в Дании и Голландии – классических странах ветряных мельниц.

Считается целесообразным устанавливать ВЭУ (Ветровые электрические установки) в местах, где среднегодовая скорость ветра превышает 6 м/с.

Обычно в ветроэнергетике используется диапазон скоростей ветра, не больше 25 м/с. Эта скорость соответствует 9 -тибальному шторму по 12 -тибальной шкале Бофорта. Предельная допустимая скорость ветра по соображениям прочности ВЭУ – 60 м/с.

Т.к. скорость ветра зависит от высоты над поверхностью земли, то высота ВЭУ строго высчитывается. Нср = 200м.

Рисунок 1 – Зависимость скорости ветра от высоты ВЭУ

над поверхностью земли

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) – комплекс технических устройств, она состоит из:

– ветроагрегата (ветродвигатель) располагается в гондоле вместе с редуктором и генератором;

– устройства, аккумулирующего энергию;

– систем автоматического управления и регулирования режимов работы установки.

ВЭУ классифицируются:

– по мощности: малые (до 10 кВт), средние (от 10 до 100 кВт), крупные (от 100 до 1000 кВт), сверхкрупные (более 1000 кВт);

– по числу лопастей рабочего колеса: двух-, трех- и многолопастные; Наибольшее распространение в России получили трехлопастные ВЭУ с горизонтальной осью вращения.

– по отношению рабочего колеса к направлению воздушного потока: с горизонтальной осью вращения, параллельной вектору скорости (рис.а), или с вертикальной осью вращения, перпендикулярной вектору скорости (ротор Дарье) (рис.б).

а) б)

 

Рисунок 2 – Виды ветроэнергетических установок:

а – ВЭУс горизонтальной осью вращения; б – ВЭУ с вертикальной осью вращения; 1 - рабочее колесо; 2 - гондола с редуктором и генератором; 3 - башня; 4 - фундамент установки.

Башня - чаще трубообразная, реже - решетчатая, на ней в гондоле размещается основное энергетическое, механическое и вспомогательное оборудование ВЭУ, в том числе рабочее колесо на роторе с лопастями, для преобразования энергии ветра в энергию вращения вала, редуктор для повышения частоты вращения вала ротора генератора. Лопасти ротора могут быть жестко закреплены на его втулке или изменять свое положение в зависимости от скорости ветра для повышения полезной мощности ВЭУ.

Электроэнергия по проводам отводится потребителям или идет на зарядку аккумуляторов.

В России самый крупный ветропарк в Калининградской области ВЭУ: 1агрегат – 600 кВт и 20 агрегатов по 225 кВт. Есть ВЭС на Чукотке (10 агрегатов по 250 кВт), Калмыкии (22 агрегатов по 1МВт).

 

В течение года скорость ветра может существенно меняться во времени, как в течение суток, так и года в целом, (зимой скорость ветра больше, чем летом; в полдень больше, чем утром). Для нее характерны случаи, когда:

– скорость ветра равна нулю (штиль), или не превышает расчётной минимальной: в этом случае мощность ВЭУравна нулю из-за малой скорости ветра),

– скорость ветра превышает максимально допустимую (см. ранее): здесь мощность ВЭУ также равна нулю, но уже по соображениям прочности сооружений, т.к. она должна быть отключена.

 

Это означает, что гарантированная мощность ВЭУ в этих случаях равна нулю и использование ВЭУ может лишь привести к экономии других видов энергоресурсов, но не их замене.

Использование энергии ветра в России весьма незначительно, хотя в стране имеется хороший производственный потенциал для разработки серийных или массовых ВЭУ любой мощности (от сотен ватт до 1 МВт).

Солнечная энергетика. Наибольшее применение нашла в Германии.Солнечная энергия может быть переведена в тепловую или электрическую.

Преобразование солнечной энергии в теплоту осуществляется в сооружениях типа теплиц, посредством нагревания теплоносителей (вода, воздух) в теплоизолированных приемниках излучения.

Этот вид установок базируется на солнечных коллекторах – технические устройства, предназначенные для прямого преобразования солнечного излучения в теплоту для нагрева воздуха, воды.

Наиболее распространены плоские водонагреватели. Этот солнечный коллектор (СК) представляет собой теплоизолированный с тыльной стороны и с боков «ящик». Внутри расположены теплопоглощающие каналы, по которым движется теплоноситель – вода. Сверху СК закрыт светопроникающим материалом (должен быть очень чистым). Циркуляция воды чаще всего осуществляется небольшими насосами. Облучаемая поверхность ориентирована на юг под углом 25-35 ⁰ к горизонту.

Обычный солнечный водоподогреватель для нагрева воды до 60 ⁰ С, имеет дневную производительность 70-80 литров воды с 1 м² поверхности нагревателя. Эта технология проста и нашла широкое применение. Так в США более 60 % бассейнов, находящихся на широте Крыма, обогреваются таким образом. При этом вместо стекла используется пластик, что дешевле.

Системы теплоснабжения могут быть активными и пассивными.

Пассивные – не требуют специального оборудования, и представляют собой специальным образом сконструированные архитектурные и строительные элементы зданий и сооружений.

Активные – имеют оборудование для сбора, хранения, распространения солнечной энергии, что повышает их эффективность по сравнению с пассивными системами.

Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется фотоэлектрическим методом. Электроэнергия от солнечных батарей пока в 100 раз дороже вырабатываемой тепловыми электростанциями. Солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ) в настоящее время нашли применение как источники эл.эн. для средних и малых потребителей. Конструктивно, СФЭУ состоят из солнечных батарей в виде плоских прямоугольных поверхностей. Основа – фотоэлементы (материал – кремний), преобразующие падающий на них солнечный свет в электрический ток, другое название – фотоэлектрический генератор. КПД – 14 – 40 % в зависимости от количества слоёв полупроводника и его обработки.

 

Преобразование солнечной энергии в механическую принципиально возможно при использовании эффекта солнечного паруса. Поток фотонов оказывает давление на поверхность Земли, равное 5 мкПа. Эффект солнечного паруса обусловлен разницей давлений света на идеально отражающую и полностью поглощающую поверхности.