Глава IV. Традиционные источники электроэнергии

4.1 ТЭС

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Сейчас мы с вами заглянем во внутрь ТЭС и попытаемся ответить на вопрос, возможно ли распространение ТЭС при сложном механизме или же наоборот, он прост в создании и эксплуатации.

Рассмотрим типичную ТЭС.

Основным «сырьем» для работы ТЭС является органическое топливо, содержащее запас химической энергии, которая освобождается в процессе сгорания.

Топливо подается в котел и для его сжигания сюда же подается окислитель -воздух, содержащий кислород. Воздух берется из атмосферы. В результате химической реакции сгорания, образуются продукты сгорания топлива - смесь различных газов высокой температуры. Именно тепловая энергия продуктов сгорания топлива является источником электроэнергии, вырабатываемой ТЭС.

Далее внутри котла осуществляется передача тепла от дымовых газов к воде, движущейся внутри труб.

Часть тепловой энергии, оставшаяся внутри котла и переданная воде, обеспечивает образование пара. Этот пар направляется в паровую турбину.

Основная потеря тепла на ТЭС возникает из-за передачи теплоты конденсации охлаждающей воде, которая затем отдает ее окружающей среде. С теплом охлаждающей воды теряется более 50 % тепла, поступающего на ТЭС с топливом. Кроме того, в результате происходит тепловое загрязнение окружающей среды.

Тепловая электростанция пропускает через себя огромное количество воды. Например, всего один энергоблок мощностью 300 МВт за 1 с использует 10 м3 охлаждающей воды. Для его работы требуется расход воды, примерно равный среднегодовому расходу Москва-реки в черте города. Для работы насосов, обслуживающих этот энергоблок, требуется электродвигатель мощностью 2,5 МВт.

Огромно и количество используемого воздуха. Например, Рефтинская ГРЭС, работающая на полную мощность 3800 МВт каждую 1 с использует чистого воздуха и выбрасывает в атмосферу дымовые газы, практически не содержащие кислорода, но отравленные диоксидом углерода, оксидами азота и другими вредными соединениями.

Наконец, мощные ТЭС обслуживаются большим количеством персонала. Ориентировочно можно считать, что на 1 МВт установленной мощности требуется 1 персона и, следовательно, персонал мощной ТЭС составляет несколько тысяч человек.

ПЛЮСЫ

• В отличие от ГЭС тепловые электростанции можно размещать относительно свободно с учетом используемого топлива.

• Удельная стоимость установленной мощности (стоимость 1 кВт установленной мощности) и срок строительства ТЭС значительно меньше, чем АЭС и ГЭС.

• Производство электроэнергии на ТЭС, в отличие от ГЭС, не зависит от сезона и определяется только доставкой топлива.

• Площади отчуждения хозяйственных земель для ТЭС существенно меньше, чем для АЭС, и, конечно, не идут ни в какое сравнение с ГЭС, влияние которых на экологию может иметь далеко не региональный характер. Примерами могут служить каскады ГЭС на р. Волге и Днепре.

• На ТЭС можно сжигать практически любое топливо, в том числе самые низкосортные угли, забалластированные золой, водой, породой.

• В отличие от АЭС, нет никаких проблем с утилизацией ТЭС по завершении срока службы.

Таким образом можно сделать вывод, что решение о строительстве одного из трех типов принципиально разных электростанций принимается на основе технико-экономического сопоставления вариантов. Но все же ТЭС имеет ряд преимуществ, в первую очередь связанную с местом и ценой возведения.

МИНУСЫ

• Дороговизна в эксплуатации из-за высокой стоимости горючего (угля, мазута, газа) и его транспортировки;

• Невосполнимость и ограниченность мировых запасов органического топлива;

• Наибольший (по сравнению с ГЭС и АЭС) вред окружающей среде за счёт выбросов в атмосферу продуктов сгорания топлива и тепловое загрязнение водоемов вследствие сброса в них отработанной теплой воды; глубокая очистка выбрасываемых газов и переход на оборотные системы технического водоснабжения, как уже отмечалось выше, приближают стоимость ТЭС к стоимости ГЭС;

• Относительно низкая маневренность, как правило, они работают «в базисе» нагрузки; изменение режима работы блока, например паротурбинной ТЭС требует времени и дополнительных затрат топлива.

• ТЭС существенно зависят от поставки топлива, часто привозного.

АЭС по срокам, стоимости строительства и эксплуатации занимает промежуточное место между ТЭС и ГЭС: стоимость строительства АЭС, как правило, ниже стоимости строительства ГЭС, но выше, чем ТЭС, стоимость же электрической энергии самая высокая на ТЭС, самая низкая - на ГЭС.

4.2 ГЭС

ПРИНЦИП РАБОТЫ

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

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией - естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

ПЛЮСЫ

• Работа ГЭС не сопровождается выбросом вредных газов и других вредных отходов, не загрязняет почву.

• Вода - возобновляемый источник энергии.

• Легкость обслуживания и эксплуатации после введения в работу. Обладают исключительно высокими маневренными свойствами: работающий гидроагрегат может увеличить мощность практически мгновенно, а запуск остановленного гидроагрегата занимает всего 1—2 мин. Неравномерность графика нагрузки практически не влияет на экономичность работы ГЭС.

• Водохранилища, сооружаемые для гидростанций, можно использовать в качестве зон отдыха.

• Вода в искусственных водохранилищах, как правило, чистая, так как примеси осаждаются на дне. Эту воду можно использовать для питья, мытья, купания и ирригации.

• Быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

• Очень дешевая электроэнергия.

Они вообще не нуждаются в топливе, благодаря чему их энергия в 5—6 раз дешевле энергии ТЭС и 8—10 раз дешевле энергии АЭС. КПД гидроэлектростанций очень высок, 80—90%.

НЕДОСТАТКИ

• Повреждение экосистемы и потеря земли

Большие резервуары, необходимые для работы гидроэлектростанций приводят к затоплению обширных земель выше по течению от плотины, уничтожая долины лесов и болота. Потеря земли часто усугубляется уничтожением среды обитания окружающих территорий, занятое водохранилищем.   ГЭС могут привести к уничтожению экосистем, так как вода, проходя через турбины очищается от естественных наносов. Особенно опасны ГЭС на крупных реках, которые ведут к серьезным изменениям среды обитания.

• Заиление Когда течет вода, более тяжелые частицы сплывают вниз по течению. Это оказывает негативное влияние на плотины и впоследствии их электростанций, особенно на реках или в водосборных бассейнах с высокой степенью заиления. Ил может заполнить резервуар и уменьшить его способность контролировать наводнения, вызывая дополнительное горизонтальное давление на плотину. Уменьшение русла реки может привести к снижению вырабатываемой электроэнергии. К тому же даже жаркое лето или малое количество осадков может привести к уменьшению реки.

• Выбросы метана (из водохранилищ)

Наибольшее воздействие оказывают ГЭС в тропических регионах, водоемы электростанций в тропических регионах производят значительные объемы метана. Это связано с наличием растительного материала в затопленных районах, распадающихся в анаэробной среде, и образующих метан и парниковый газ. Если верить докладу Всемирной комиссии по плотинам, в случаях, когда водохранилище большое по сравнению с генерирующей мощностью (менее 100 ватт на квадратный метр площади поверхности) и не была произведена очистка лесов в области водоема, выбросы парниковых газов в резервуаре могут быть выше, чем у обычной ТЭС.

• Переселение

Другим недостатком гидроэлектростанций является необходимость переселения людей, живущих на территории будущих водохранилищ. В 2000 году Всемирная комиссия по плотинам посчитала, что постройка плотин привела к переселению от 40 до 80 миллионов человек во всем мире.

• Ограниченность использования

В ряде стран и экономических районов гидроэнергоресурсы либо недостаточны, либо отдалены от центров потребления энергии. Выработка энергии на ГЭС резко колеблется в зависимости от водности года. Количество плотин и водохранилищ, которые можно построить на реке, ограниченно. Энергия, отбираемая электростанцией у реки, уже не может использоваться ниже по течению. Если на реке построить слишком много электростанций, неминуемы экономические конфликты, связанные с распределением энергии.

• Дороговизна и сложность постройки

Данные показатели намного выше, чем ТЭС или АЭС .

4.3 АЭС

В связи со сложностью и загруженностью физическими формулами при рассмотрение данного источника энергий будет пропущен принцип работы, перейдем к плюсам и минусам.

ПЛЮСЫ

• Выбросы радиоактивных веществ в несколько раз меньше угольной электростанции аналогичной мощности (зола угольных ТЭС содержит процент урана и тория, достаточный для их выгодного извлечения).

• Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки.

• Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок.

• Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой.

• Техническое обслуживание ядерных электростанций — процесс очень важный, но его не нужно проводить так же часто, как дозаправку и техобслуживание традиционных электростанций.

• Ядерные реакторы и связанные с ними периферийные устройства могут работать в отсутствие кислорода. Это значит, что они могут быть целиком изолированы и при необходимости помещены под землю или под воду без вентиляционных систем.

МИНУСЫ

• Облучённое топливо опасно, требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению;

• Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах;

• Последствия возможного инцидента крайне тяжелые, хотя его вероятность достаточно низкая;

• Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700—800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.

• Перевозка расщепляющихся материалов на электростанции для использования в качестве топлива и перевозка радиоактивных отходов к местам их утилизации (захоронения) никогда не могут быть абсолютно безопасным делом. Последствия нарушения системы безопасности могут быть катастрофическими.

• Попадание расщепляющихся ядерных материалов не в те руки может спровоцировать ядерный терроризм или шантаж.

• Из-за перечисленных выше факторов риска широкому применению ядерных электростанций сопротивляются различные общественные организации. Это способствует росту настороженного отношения в обществе к ядерной энергетике в целом, особенно в США.

• Добыча и обогащение урана могут подвергнуть занятый на этих работах персонал воздействию радиоактивной пыли, а также привести к выбросу этой пыли в воздух или в воду.