Меню

Обзор технологий возобновляемой энергетики

Обзор технологий возобновляемой энергетики

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) с каждым годом становятся все более заметными в мировой энергетике. В США и странах Евросоюза доля ВИЭ в общем объеме производства в 2010 году составила 11% и 9,6%, соответственно. И по прогнозам к 2020 году она вплотную приблизится к 25%. При этом количество энергии, вырабатываемой ВИО, возрастет в странах Евросоюза в 3,8 раза, а в США — в 22,5 раза.

альтернативные источники энергии

Развитие возобновляемых источников энергии в России находится на ранних этапах. В 2010 году доля возобновляемой энергетики в общем объеме производства составила 0,9% с установленной мощностью в 2,1 ГВт. К 2020 году доля ВИЭ возрастет до 4,5% с установленной мощностью в 25 ГВт.

Несмотря на серьезные проблемы, ограничивающие рост использования ВИЭ в России, существуют существенные предпосылки для их активного развития.

альтернативные источники энергии

Использование возобновляемых источников энергии играет важную роль в развитии распределенной энергетики.

Распределенная энергетика является приоритетной сферой экономически эффективного практического использования ВИЭ в России. В этой сфере установки на ВИЭ уже сегодня могут успешно конкурировать с традиционными энергоустановками.

Потенциальные масштабы возможного эффективного использования ВИЭ в сфере распределенной генерации уже сегодня измеряются гигаватами. Наряду с законодательной и финансовой поддержкой развития ВИЭ в централизованной энергетике, государственная политика должна учитывать и стимулировать развитие ВИЭ в регионах в сфере распределенной энергетики.

Ключевые предпосылки развития распределенной энергетики с использованием ВИЭ:

  • 2/3 территории страны расположены вне сетей централизованного энергоснабжения: население около 20 млн чел., районы с наиболее высокими ценами и тарифами на топливо и энергию (более 25 руб./
  • кВтч);
  • Более 50% регионов страны энергодефицитны: завоз топлива, импорт электроэнергии – задача повышения региональной энергетической безопасности;
  • Газифицировано около 50% населенных пунктов, а в сельской местности — менее 35%.

альтернативная энергетика

Рассмотрим различные технологии возобновляемой энергетики.

Солнечная энергетика

солнечная энергетика

Среди основных проблем солнечной энергетики можно выделить непостоянность и непредсказуемость основного источника энергии, зависимость от погодных и климатических условий, и обусловленная этим необходимость в накопителях энергии или дополнительных источниках энергии. Существенными недостатками являются высокая стоимость фотоэлектрических систем (ФЭС) с учетом необходимости в накопителях и обратных преобразователях переменного тока (до 50% от общей стоимости системы), сравнительно низкий КПД (от 4-5% до 20% для традиционных фотоэлектрических модулей (ФЭМ), и до 40% для концентрирующих ФЭМ) и низкая энергоемкость (

8-12 м2/кВт), вследствие чего под ФЭС требуются большие территории (Таблица 1).

солнечная энергетика

Наиболее перспективными из перечисленных выше технологий являются:

  • Усовершенствованные неорганические тонкопленочные ФЭМ — Сферические ФЭМ на основе селенида меди-индия (CIS) и тонкопленочные поликристаллические кремниевые ФЭМ;
  • Органические ФЭМ (в том числе фотосенсибилизированные красителем ФЭМ на основе органических полимеров);
  • Термо-фотоэлектрические (TPV) ячейки с узкой запрещенной зоной (low gap-band).

солнечная энергетика

Основные исследования в области развития фотоэлектрических технологий направлены на снижение себестоимости фотоэлектрических модулей за счет:

Ветроэнергетика

ветроэнергетика

Ветроэнергетика является одним из наиболее популярных и быстро развивающихся направлений альтернативной энергетики. Тем не менее, её распространение так же ограничивается непостоянностью ветра, как источника энергии, нарушением эстетического пейзажа ввиду установки огромных 100-метровых ветровых мельниц и сложностями с подключением к существующим сетям ввиду отдаленности наиболее благоприятных территорий для установки ветрогенераторов от существующей инфраструктуры. Стоимость ветряной турбины составляет около 80% от общей стоимости ветрогенератора, и поэтому основные усилия по снижению себестоимости ветряной энергии направлены на снижение расходов на производство турбин.

Среди основных направлений развития технологий в ветроэнергетике выделяются следующие:

ветроэнергетика

Увеличение генерирующего потенциала:

  • Увеличение размеров турбин (см. рис.);
  • Увеличение высоты турбинных башен;
  • Использование оффшорных ветров и ветров на больших высотах;

Улучшение материалов:

  • Снижение зависимости башенных конструкций от стальных элементов;
  • Снижение веса пропеллеров (использование углеродных волокон и высокоинтенсивного углепластика);

Улучшение системы привода (редуктор, генератор, электроника):

  • Развитие технологии сверхпроводников для более легких и эффективных электрогенераторов;
  • Использование постоянных электромагнитов в электрогенераторах.

Среди новых перспективных разработок выделяются:

Летающие ветряные турбины:

Makani Airborne Wind Turbine — на 90% легче традиционных турбин, запускается с использованием электрического двигателя, способна генерировать электричество на низких скоростях ветра;

Altaeros Airborne Wind Turbine — использует наполненную гелием оболочку для подъема на большие высоты;

Magenn Air Rotor System (M.A.R.S.) — MARS улавливает энергию ветра на высоте от 200 до 300 метров, а также струйные потоки воздуха, возникающие практически на любой высоте;

Генерация на ветрах низких скоростей

Wind Harvester — новая модель ветрогенератора основывается на возвратно-поступательном движении с использованием горизонтальных аэродинамических поверхностей;

Ветряная линза

Ветряная линза (Япония, университет Кюсю) — направленное внутрь изогнутое кольцо, располагающееся по периметру окружности, описываемой лопастями турбины при вращении. Увеличивает мощность ветряной турбины втрое при одновременном уменьшении уровня шума, имеет наибольший потенциал использования в открытом море;

Ветряные турбины с вертикальной осью

Windspire — вертикальная турбина высотой около 10 метров и шириной

около полутора метров, применима к использованию в городских

условиях (Рисунок 4).

Наиболее перспективными технологиями в ветроэнергетике станут те, что

позволят снизить зависимость их эффективности от размеров турбин,

как, например, Wind Harvester или Windspire.

ветроэнергетика

Makani Airborne Wind Turbine

ветроэнергетика

Altaeros Airborne Wind Turbine

Биоэнергетика

биоэнергетика

Несмотря на высокое распространение производства тепловой и электрической энергии из биомасс, технология выработки энергии из них имеет ряд проблем:

  • Необходимость земельных и водных ресурсов для выращивания, конкурирует с производством пищевых продуктов;
  • Вредные выбросы при сжигании (NOx, сажа, зола, CO, CO2);
  • Сезонный характер роста некоторых культур;
  • Проблемы масштабирования генерирующих мощностей.

биоэнергетика

Наиболее перспективные направления развития технологий в биоэнергетике:

  • Совместное сжигание смесей биомассы с традиционными видами топлива (наиболее дешевая технология на данный момент — Рисунок 6);
  • Использование новых видов топлива из биомасс, включая различные бытовые и промышленные отходы;
  • Переоборудование существующих генерирующих мощностей на углеводородном топливе под использование биомасс;
  • Повышение теплоотдачи пеллет биомассы за счет сушки;
  • Интегрированная газификация биомасс с топливными ячейками.

биоэнергетика

Приливная и волновая электроэнергетика

Приливная и волновая электроэнергетика

В приливной и волновой энергетике используется кинетическая энергия воды. Основное отличие состоит в том, что в приливной энергетике используется энергия морских приливов и отливов за счет перепада в уровне воды, тогда как в волновой энергетике используются водные течения и колебания волн.

Основные барьеры на пути распространения данного вида альтернативной энергетики

  • Высокие капитальные затраты на строительство (от 2,5 до 7 млн. евро за 1 МВт установленной мощности);
  • Географическая привязка к береговой линии и удаленность от существующих электрических сетей;
  • Негативное влияние на окружающую среду;
  • Зависимость от природных явлений;
  • Дороговизна и сложность техобслуживания;
  • Быстрый износ генерирующего оборудования под воздействием воды.

Среди общих направлений технологических исследований в области приливной энергетики выделяются следующие:

Усовершенствование приливных плотин:

  • Повышение эффективности генераторов на приливных плотинах;
  • Улучшение антикоррозийных свойств материалов;

Использование приливного течения:

  • Генерация электроэнергии непосредственно от течения воды во время
  • приливов (а не от перепада в уровне воды между приливами и
  • отливами);
  • Исследования в области различных видов турбин (горизонтальных и
  • вертикальных) для преобразования энергии приливного течения;
  • Исследований новых, не турбинных технологий;

Модернизация фиксаторов преобразователей приливного течения:

Якорная стоянка на гравитационном фундаменте или забивных сваях, плавающие платформы, закрепленные с помощью причальных линий.

Наиболее перспективные новые технологии и разработки в области приливной энергетики:

Приливная и волновая электроэнергетика

  • Использование мостов в качестве приливных электростанций, например, проект компании Bluenergy (см.рис.);
  • Колеблющееся подводное крыло (применяет вместо вращающихся элементов плавники (крылья), которые приводятся в движение течением);
  • Системы с использованием трубки Вентури (например, Rotech Tidal Turbine – двусторонняя турбина с горизонтальной осью, расположенная внутри симметричной конической трубки Вентури, преобразует энергию океанического течения в электроэнергию);
  • Магнитогидродинамические системы (MHD) (Концептуальная технология, использующая криогенно охлажденную сверхпроводящую электромагнитную катушку, размещенную на морском дне, где проходящие приливные волны используются для выработки энергии).
Читайте также:  Как поставить сервер на учет для целей амортизации

В волновой энергетике большинство исследуемых технологий все еще находится на стадии разработки или экспериментальных испытаний:

  • Усовершенствование технологий осциллирующих водяных колонн (OWC) (например, снижение колебаний вырабатываемой электроэнергии за счет применения маховиков и силовой электроники);
  • Развитие технологии уровневых уловителей (point absorber) на плавучих буях (в т.ч. применение различных способов отбора мощности (механических, гидравлических, электромагнитных));
  • Усовершенствование технологий переливных турбинных генераторов типа WaveDragon (Повышение КПД и снижение колебаний вырабатываемой электроэнергии).

Среди новых и уже испытуемых технологий можно выделить следующие наиболее перспективные проекты:

Приливная и волновая электроэнергетика

  • Волновые аттенюаторы (например, Pelamis Wave Energy – преобразователь волновой энергии в виде змеевидных устройств, наполовину погруженных в воду — см. рис.)
  • Волновые генераторы на принципе обратного маятника (Inverted Pendulum, например, bioWAVE™, в котором ряд поплавков или лопастей взаимодействует с колеблющейся морской поверхностью (потенциальной энергией) и подводными течениями (кинетической энергией), конвертируя энергию волн в электричество специальным конвертирующим модулем);
  • Генераторы с жидким/газообразным рабочим телом (включая SDE Wave Power, использующий гидродинамическую энергию волн для приведения в движение пистонов в гидравлическом моторе или Archimedes Wave Swing-III ряд устройств из множества уловителей волновых колебаний на гибкой мембране, конвертирующих энергию волн в пневматическую энергию посредством сжатия воздуха в каждом устройств).

По материалам компании Branan

Источник



Автоматизация в энергетике – энергоэффективность предприятия

Автоматизация в энергетике это комплекс технических и программных средств, который обеспечивает оптимальную работу технологического оборудования и мониторинг работы всей энергетической системы.

С целью повышения эксплуатационной надежности, долговечности и эффективности работы энергетического оборудования, для решения задач диспетчерского, производственно-технологического и организационно-экономического управления, предприятия оснащаются автоматизированными системами управления.

Энергетика крайне важная для экономики страны отрасль, она должна обеспечивать стабильное и надежное энергообеспечение потребителей. Поэтому большое внимание должно уделяться надежности, безопасности и безотказности внедряемых автоматизированных систем.

Автоматизация в энергетике

Автоматизация в энергетике

Автоматизация в энергетике: основные функции и задачи.

Внедряемые системы выполняют все стандартные функции, необходимые для автоматизированных систем управления.

  • учет и контроль. Ход технологических процессов контролируется с помощью сигналов, поступающих с датчиков, которые измеряют технологические параметры такие как (расход, давление, уровень, ток электродвигателей, потребление электроэнергии и т. п.). Передаются данные о состоянии арматуры и механизмов («включено», «отключено», «открыто», «закрыто»). Информация появляется на рабочем месте оператора в виде графиков. Возможности системы позволяют вести учет израсходованных энергоресурсов по видам и потребителям, контролировать время работы оборудования (для планирования ремонта), анализировать технико-экономические показатели, обнаруживать утечки и повреждения. Полученную информацию и расчетные значения можно использовать в алгоритмах управления. При нарушениях технологического процесса, несанкционированных изменениях в составе работающего оборудования и возникновении неисправностей предусмотрена сигнализация с указанием времени и причины срабатывания.
  • дистанционное управление переключением выключателей главной схемы с контролем действий дежурного.
  • обработка данных установившихся режимов для различных эксплуатационных целей;
  • Защита и блокировка. Защита оборудования в нештатных ситуациях и обеспечение безопасности обслуживающего персонала. Алгоритмы блокировок запретят выполнение действий, нарушающих технологический процесс, а алгоритмы защит предотвратят развитие нештатных ситуаций путем своевременного отключения подачи энергоресурсов.
  • Формирование базы данных, хранение и документирование информации (ведение суточной ведомости, ведомости событий, архивов).
  • Контроль параметров качества электроэнергии.

Автоматическое управление оборудованием осуществляется с помощью технологии защит, блокировок, а также с помощью логического управления и регуляторов. Логическое управление позволяет в заданное время без участия персонала производить включение/отключение оборудования и механизмов (в том числе – автоматическое включение резерва). При этом автоматическое регулирование обеспечивают оптимальный ход технологического процесса.

Преимущества использования автоматизации в энергетике.

Одним из ключевых условий рентабельности предприятия является энергоэффективность. В случае внедрения автоматизации в систему энергетики появляется возможность осуществлять полный контроль над потреблением ресурсов, а так же экономить затраты на энергоносители.

Значительно уменьшить затраты и потери при производстве и распределении энергоресурсов возможно благодаря основным технологическим процессам.

Во-первых, распределение между потребителями. При наличии нескольких потребителей распределение энергетических потоков между ними часто производится без учета изменения соотношения нагрузок в течение суток и сезона работы. Если непрерывно регулировать распределение потоков энергоресурсов, можно значительно повысить энергоэффективность. При большом количестве потребителей регулирование целесообразно производить не по каждому потребителю, а в нескольких узловых точках. Данные для системы регулирования (расход, давление, температура энергоносителей) можно получать из систем коммерческого и технического учета.

Во- вторых, транспортировка. Расчетно-диагностическая обработка значений технологических параметров в трубопроводах и линиях передачи энергии во всех узлах и важных промежуточных точках поможет оперативно обнаруживать:

– отложения в трубопроводах;

– отклонение технологических показателей качества энергоносителей.

В-третьих, производство. Используя данные по транспортировке и распределению энергоресурсов, можно своевременно и качественно регулировать, а в аварийных ситуациях – снижать до безопасного уровня или прекращать совсем производство энергоносителей. Применение для автоматизации производства современных программно-технических комплексов позволяет внедрять системы автоматического регулирования сложных технологических установок (котлов, компрессоров, турбин и т. п.):

– регуляторы с корректирующими контурами;

– иерархические каскадные регуляторы;

– быстродействующие регуляторы (например, противопомпажные регуляторы компрессоров).

Максимальный экономический эффект от автоматизации производства достигается при использовании алгоритмов группового управления мощностью энергетических установок.

Таким образом, можно сделать следующие выводы, что в первую очередь автоматизация энергетики решает следующие задачи: предотвращение опасных и аварийных ситуаций, повышение безопасности и улучшение условий труда персонала на предприятии, обеспечение надежного и бесперебойного электроснабжения, повышение энергетической эффективности, снижение потерь и увеличение сроков эксплуатации основного оборудования.

Источник

Инновации и прорывные технологии в электроэнергетике

Инновации и прорывные технологии в электроэнергетике

  • Инновации и их эффективность в электроэнергетике
  • Наиболее интересные и современные инновации в энергетике
  • Беспроводная передача электроэнергии
  • Возобновляемые источники энергии
  • Солнечная энергетика
  • Участие технологических компаний в развитии энергетики

Электроэнергия играет важную роль в жизни и экономике каждой страны. Многие страны мира стараются эффективно получать, передавать и использовать такую энергию, и помощь в этом им окажут инновации в электроэнергетике.

Инновации в электроэнергетике

Инновации и их эффективность в электроэнергетике

Индустрия и промышленность, связанные с электроэнергетикой, имеют следующие особенности:

  • выработка ресурса основных частей и узлов электрооборудования происходит за 20, 30 и более лет;
  • для обновления или замены оборудования необходимо вложить большие средства;
  • вложенные средства окупаются долго.

Затраты предприятий, к которым относятся компании энергетического сектора, на научно-исследовательские работы невысоки. Тем важнее понять, что развитие отрасли и новые технологии в энергетике возможны за счет применения инновационных методов работы.

Наиболее интересные и современные инновации в энергетике

В атмосфере накапливается электричество, один из вариантов его использования — захват электрической энергии молний. Это обещающая технология, но пока еще мало разработанная.

Более продвинутая техника — плазменные генераторы, вариант магнитогидродинамического устройства. Опытно-промышленные установки появились в XX веке, с тех пор ведутся работы по их усовершенствованию и доработке.

Коэффициент полезного действия таких устройств составляет 45% и выше. Российская электроэнергетика знает практические примеры: на Рязанской ГРЭС работает комплекс мощностью 300 МВт, включающий плазменный генератор.

Примером энергоэффективности энергосберегающих технологий являются светодиодные лампы — они не содержат ртути, имеют наработку на отказ 30000 часов против 1000 для лампы накаливания, экономят электроэнергию до 90%. Например, светодиодная лампа мощностью 12 Вт эквивалентна лампе накаливания мощностью 100 Вт.

Сберечь ресурс можно на существующих системах за счет четкой организации взаимодействия с помощью информационных технологий по типу сети, о чем говорит термин «энергетический интернет».

Беспроводная передача электроэнергии

Проблемой передачи энергии на расстояние без проводов ученые начали заниматься в XIX веке. В XX и XXI веке опробованы разные способы, но промышленной реализации пока не получили, исключая ситуации, когда электрическая энергия малой мощности передается на небольшие расстояния. Примером данной инновации в электронике служат устройства беспроводной зарядки смартфонов.

Читайте также:  Оборудование поста по резке и сварке металла

Возобновляемые источники энергии

Такие источники пополняются в природе естественным путем и являются, по меркам человеческих потребностей, неисчерпаемыми. К ним относятся:

  • солнечный свет;
  • приливы и отливы (кинетика вращения Земли);
  • геотермальная теплота (энергия недр земли);
  • энергия ветра;
  • биоматериалы;
  • водные потоки, в том числе волны.

Свет Солнца преобразуется в электрическую энергию посредством специальных батарей, энергию приливов реализуют приливные электростанции, геотермальную энергию — ГеоТЭС. Потенциал ветра используют ветряные электростанции, место установки которых определяют интенсивные ветровые зоны. Анализ говорит о том, что к 2040 году ветряные станции по объему вырабатываемого электричества будут конкурировать с гидроэлектростанциями.

Альтернативные источники энергии

Использование возобновляемых ресурсов находится на подъеме: США вырабатывают с их помощью 15% энергии в стране, а в ближайшие годы возможен рост еще на 3%. Помимо США, лидерами в этой области называют Германию, Италию, Великобританию, Китай и Индию.

Солнечная энергетика

Новые технологии в электроэнергетике предложены и применяются при разработке устройств конверсии фотоэлементами солнечного излучения в электричество. Первые образцы солнечных батарей созданы в 1954 году сотрудниками компании Bell Laboratories.

В 1985 году с помощью солнечного излучения вырабатывалось 0,021 ГВт, а в начале 2014 года — 139 ГВт. К середине XXI века ожидается выработка не меньше 20% от общей потребности в электричестве.

Участие технологических компаний в развитии энергетики

Крупные корпорации разрабатывают новые энергетические технологии, например, компания Google предложила аэроплан, по типу воздушного змея летающий по кругу на высоте, где ветер сильнее. Такой аэроплан дает выработку 600 кВт. В России «Росатом» строит ветропарки.

Частные инвесторы и крупные технологические компании, такие как Microsoft, General Electric и другие, объединились в коалицию, чтобы реализовать энергетику будущего без выбросов углекислого газа в атмосферу. Коалиция работает по всем направлениям альтернативной и традиционной энергетики.

Источник

Что такое электростанция. Оборудование электростанций. Энергетика. Энергосистема

Электростанция — что это такое?

Электрическая станция — совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.

Существует множество типов электростанций. Отличия заключаются в технических особенностях и исполнении, а также в виде используемого источника энергии. Но несмотря на все различия большинство электростанций используют для своей работы энергию вращения вала генератора.

Станции разных типов объединены в Единую энергетическую систему, позволяющую рационально использовать их мощности, снабжать всех потребителей.

Основное оборудование электростанций

К основному оборудованию электростанций можно отнести:

  • генераторы;
  • турбины;
  • котлы;
  • трансформаторы;
  • распределительные устройства;
  • двигатели;
  • выключатели;
  • разъединители;
  • линии электропередач;
  • средства автоматики и релейной защиты

Энергосистемы

Энергосистемы — совокупность энергетических ресурсов всех видов, методов и средств их получения, преобразования, распределения и использования, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии.

Что входит в энергосистему

В энергосистемы входят:

  • электроэнергетическая система;
  • система нефте- и газоснабжения;
  • система угольной промышленности;
  • ядерная энергетика;
  • нетрадиционная энергетика.

Обычно все эти системы объединяются в масштабах страны в единую энергетическую систему, в масштабах нескольких районов — в объединённые энергосистемы. Объединение отдельных энергоснабжающих систем в единую систему также называют межотраслевым топливно-энергетическим комплексом, оно обусловлено прежде всего взаимозаменяемостью различных видов энергии и энергоресурсов

Часто под энергосистемой в более узком смысле понимают совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, которые соединёны между собой и связаны общими режимами непрерывных производственных процессов преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии, что позволяет осуществлять централизованное управление такой системой.

В современном мире снабжение потребителей электроэнергией производится от электростанций, которые могут находиться вблизи потребителей или могут быть удалены от них на значительные расстояния. В обоих случаях передача электроэнергии осуществляется по линиям электропередачи. Однако в случае удалённости потребителей от электростанции передачу приходится осуществлять на повышенном напряжении, а между ними сооружать повышающие и понижающие подстанции. Через эти подстанции с помощью электрических линий электростанции связывают друг с другом для параллельной работы на общую нагрузку, также через тепловые пункты с помощью теплопроводов, только на гораздо меньших расстояниях связывают между собой ТЭЦ и котельные.

Совокупность всех этих элементов называют энергосистемой, при таком объединении возникают существенные технико-экономические преимущества:

  • существенное снижение стоимости электро- и теплоэнергии;
  • значительное повышение надёжности электро- и теплоснабжения потребителей;
  • повышение экономичности работы различных типов электростанций;
  • снижение необходимой резервной мощности электростанций.

Энергетика

Энергетика — область общественного производства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Энергетика каждого государства функционирует в рамках созданных соответствующих энергосистем.

Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

  • получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;
  • передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;
  • преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;
  • передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи.

Энергетика как наука, в соответствии с номенклатурой специальностей научных работников, утверждённой Министерством образования и науки Российской Федерации, включает следующие научные специальности:

  • Энергетические системы и комплексы;
  • Электрические станции и электроэнергетические системы;
  • Ядерные энергетические установки;
  • Промышленная теплоэнергетика;
  • Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии;
  • Техника высоких напряжений;
  • Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты.

Электроэнергетика

Электроэнергетика — это подсистема энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях и её доставку потребителям по линии электропередачи. Центральными её элементами являются электростанции, которые принято классифицировать по виду используемой первичной энергии и виду применяемых для этого преобразователей. Необходимо отметить, что преобладание того или иного вида электростанций в определённом государстве зависит в первую очередь от наличия соответствующих ресурсов.

Электроэнергетику принято делить натрадиционную и нетрадиционную.

Традиционная электроэнергетика

Характерной чертой традиционной электроэнергетики является её давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях, их единична электрическая мощность очень часто превышает 1000 Мвт. Традиционная электроэнергетика делится на несколько направлений.

Тепловая энергетика (теплоэнергетика)

В этой отрасли производство электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС), использующих для этого химическую энергию органического топлива.

Тепловые электростанции делятся на:

  • Паротурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью паротурбинной установки;
  • Газотурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью газотурбинной установки;
  • Парогазовые электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью парогазовой установки.

Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов, на базе нефти вырабатывается 39% всей электроэнергии мира, на базе угля — 27%, газа — 24%, то есть всего 90% от общей выработки всех электростанций мира. Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов — газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Австралии, Мексике.

Гидроэнергетика

В этой отрасли электроэнергия производится на гидроэлектростанциях (ГЭС), использующих для этого энергию водного потока.

ГЭС преобладает в ряде стран — в Норвегии и Бразилии вся выработка электроэнергии происходит на них. Список стран, в которых доля выработки ГЭС превышает 70 %, включает несколько десятков.

Читайте также:  Автомобили с двигателем 4 цилиндра

Ядерная энергетика

Отрасль, в которой электроэнергия производится на атомных электростанциях (АЭС), использующих для этого энергию управляемой цепной ядерной реакции, чаще всего урана и плутония.

По доле АЭС в выработке электроэнергии первенствует Франция, около 80 %. Преобладает она также в Бельгии, Республике Корея и некоторых других странах. Мировыми лидерами по производству электроэнергии на АЭС являются США, Франция и Япония.

Нетрадиционная электроэнергетика (Альтернативная энергетика)

Большинство направлений нетрадиционной электроэнергетики основаны на вполне традиционных принципах, но первичной энергией в них служат либо источники локального значения, например ветряные, геотермальные, либо источники находящиеся в стадии освоения, например топливные элементы или источники, которые могут найти применение в перспективе, например термоядерная энергетика. Характерными чертами нетрадиционной энергетики являются их экологическая чистота, чрезвычайно большие затраты на капитальное строительство (например для солнечной электростанции мощностью 1000 Мвт требуется покрыть весьма дорогостоящими зеркалами площадь около 4-х км²) и малая единичная мощность.

Направления нетрадиционной энергетики:

  • Малые гидроэлектростанции
  • Ветровая энергетика
  • Геотермальная энергетика
  • Солнечная энергетика
  • Биоэнергетика
  • Установки на топливных элементах
  • Водородная энергетика
  • Термоядерная энергетика.

Также можно выделить важное из-за своей массовости понятие — малая энергетика, этот термин не является в настоящее время общепринятым, наряду с ним употребляются термины локальная энергетика, распределённая энергетика, автономная энергетика и др. Чаще всего так называют электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. К ним можно отнести как экологичные виды энергетики, перечисленные выше, так и малые электростанции на органическом топливе, такие как дизельные электростанции (среди малых электростанций их подавляющее большинство, например в России — примерно 96 %), газопоршневые электростанции, газотурбинные установки малой мощности на дизельном и газовом топливе.

Электрические сети

Электрическая сеть — совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии. Электрическая сеть обеспечивает возможность выдачи мощности электростанций, её передачи на расстояние, преобразование параметров электроэнергии (напряжения, тока) на подстанциях и её распределение по территории вплоть до непосредственных электроприёмников.

Электрические сети современных энергосистем являются многоступенчатыми, то есть электроэнергия претерпевает большое количество трансформаций на пути от источников электроэнергии к её потребителям. Также для современных электрических сетей характерна многорежимность, под чем понимается разнообразие загрузки элементов сети в суточном и годовом разрезе, а также обилие режимов, возникающих при выводе различных элементов сети в плановый ремонт и при их аварийных отключениях. Эти и другие характерные черты современных электросетей делают их структуры и конфигурации весьма сложными и разнообразными.

Теплоснабжение

Жизнь современного человека связана с широким использованием не только электрической, но и тепловой энергии. Для того, чтобы человек чувствовал себя комфортно дома, на работе, в любом общественном месте, все помещения должны отапливаться и снабжаться горячей водой для бытовых целей. Так как это напрямую связано со здоровьем человека, в развитых государствах пригодные температурные условия в различного рода помещениях регламентируются санитарными правилами и стандартами. Такие условия могут быть реализованы в большинстве стран мира только при постоянном подводе к объекту отопления (теплоприёмнику) определённого количества тепла, которое зависит от температуры наружного воздуха, для чего чаще всего используется горячая вода с конечной температурой у потребителей около 80-90°C. Также для различных технологических процессов промышленных предприятий может требоваться так называемый производственный пар с давлением 1—3 МПа.

В общем случае снабжение любого объекта теплом обеспечивается системой, состоящей из:

  • источника тепла, например котельной;
  • тепловой сети, например из трубопроводов горячей воды или пара;
  • теплоприёмника, например батареи водяного отопления.

Централизованное теплоснабжение

Характерной чертой централизованного теплоснабжения является наличие разветвлённой тепловой сети, от которой питаются многочисленные потребители (заводы, здания, жилые помещения и пр.).

Для централизованного теплоснабжения используются два вида источников:

  • Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые также могут вырабатывать и электроэнергию;
  • Котельные, которые делятся на:
    • Водогрейные;
    • Паровые.

Децентрализованное теплоснабжение

Систему теплоснабжения называют децентрализованной, если источник теплоты и теплоприёмник практически совмещены, то есть тепловая сеть или очень маленькая, или отсутствует. Такое теплоснабжение может быть индивидуальным, когда в каждом помещении используются отдельные отопительные приборы, например электрические, или местным, например обогрев здания с помощью собственной малой котельной. Обычно теплопроизводительность таких котельных не превышает 1 Гкал/ч (1,163 МВт). Мощность тепловых источников индивидуального теплоснабжения обычно совсем невелика и определяется потребностями их владельцев.

Виды децентрализованного отопления:

  • Малыми котельными;
  • Электрическое, которое делится на:
    • Прямое;
    • Аккумуляционное;
  • Теплонасосное;
  • Печное.

Тепловые сети

Тепловая сеть — это сложное инженерно-строительное сооружение, служащее для транспорта тепла с помощью теплоносителя, воды или пара, от источника, ТЭЦ или котельной, к тепловым потребителям.

От коллекторов прямой сетевой воды с помощью магистральных теплопроводов горячая вода подаётся в населённые пункты. Магистральные теплопроводы имеют ответвления, к которым присоединяется разводка к тепловым пунктам, в которых находится теплообменное оборудование с регуляторами, обеспечивающими снабжение потребителей тепла и горячей воды. Тепловые магистрали соседних ТЭЦ и котельных для повышения надёжности теплоснабжения соединяют перемычками с запорной арматурой, которые позволяют обеспечить бесперебойное теплоснабжение даже при авариях и ремонтах отдельных участков тепловых сетей и источников теплоснабжения. Таким образом, тепловая сеть любого города является сложнейшим комплексом теплопроводов, источников тепла и его потребителей.

Энергетическое топливо

Так как большинство из традиционных электростанций и источников теплоснабжения выделяют энергию из невозобновляемых ресурсов, вопросы добычи, переработки и доставки топлива чрезвычайно важны в энергетике. В традиционной энергетике используются два принципиально отличных друг от друга видов топлива.

Органическое топливо

В зависимости от агрегатного состояния органическое топливо делится на газообразное, жидкое и твёрдое, каждое из них в свою очередь делится на естественное и искусственное. Доля такового топлива в мировом энергобалансе составляла в 2000 году около 65%, из которых 39% приходились на уголь, 16% на природный газ, 9% на жидкое топливо(2000г). В 2010 году по данным BP доля ископаемого органического топлива 87%, в том числе: нефть 33,6%, уголь 29,6% газ 23,8%. Tо же по данным «Renewable21» 80,6%, не считая традиционной биомассы 8,5%.

Газообразное

Естественным топливом является природный газ, искусственным:

  • Генераторный газ;
  • Коксовый газ;
  • Доменный газ;
  • Продукты перегонки нефти;
  • Газ подземной газификации;
  • Синтез-газ.

Жидкое

Естественным топливом является нефть, искусственным называют продукты его перегонки:

  • Бензин;
  • Керосин;
  • Соляровое масло;
  • Мазут.

Твёрдое

Естественным топливом являются:

  • Торф;
  • Бурый уголь;
  • Каменный уголь;
  • Антрацит;
  • Горючий сланец;
  • Дрова;
  • Древесные отходы;
  • Топливные брикеты;
  • Топливные гранулы.

Искусственным твёрдым топливом являются:

  • Древесный уголь;
  • Кокс и полукокс;
  • Углебрикеты;
  • Отходы углеобогащения.

Ядерное топливо

В использовании ядерного топлива вместо органического состоит главное и принципиальное отличие АЭС от ТЭС.

Ядерное топливо получают из природного урана, который добывают:

  • В шахтах (Франция, Нигер, ЮАР);
  • В открытых карьерах (Австралия, Намибия);
  • Способом подземного выщелачивания (США, Канада, Россия).

Для использования на АЭС требуется обогащение урана, поэтому его после добычи отправляют на обогатительный завод, после переработки на котором 90% побочного обеднённого урана направляется на хранение, а 10% обогащается до нескольких процентов (3—5% для энергетических реакторов). Обогащённый диоксид урана направляется на специальный завод, где из него изготавливают цилиндрические таблетки, которые помещают в герметичные циркониевые трубки длиной почти 4 м, ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы). По нескольку сотен ТВЭЛов для удобства использования объединяют в ТВС, тепловыделяющие сборки.

Источник