Добавил:
ajieiiika26@gmail.com Делаю контрольные работы, курсовые, дипломные работы. Писать на e-mail. Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
75 группа 2 вариант / Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии / Контрольная работа(без подписей к рисункам).docx
Скачиваний:
78
Добавлен:
18.01.2018
Размер:
686.66 Кб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет

Имени в.И. Ленина»

Кафедра тэс

Контрольная работа

по курсу «Нетрадиционные и возобновляемые

источники энергии»

Вариант №2

Выполнил: студент гр. 3-75

Беляев А.Н.

Иваново 2015.

ЗАДАЧА 1.

Определить мощность и конечное давление турбины ГеоТЭС, которая включена по схеме:

Исходные данные:

  • Расход пароводяной смеси Dc = 60 кг/с;

  • Давление смеси Pc = 4 МПа;

  • Сухость xc = 0.3;

  • Конечная сухость пара за турбиной xk = 0.88;

  • Внутренний относительный КПД ηoe = 0.8;

  • Механический КПД ηм = 0.98;

  • КПД генератора ηг = 0.98;

  • Сухость за сепаратором xc = 1.

Решение:

Так как после турбины пар выбрасывается в атмосферу то Pk = 0.1 МПа.

h,s-диаграмма работы схемы.

Находим h1, h1’, h1’’, S1, S1’’ при Pc = 4 МПа и xc = 1:

  • h1 = h1’’ = 2800.9 кДж/кг;

  • h1’ = 1087.4 кДж/кг;

  • S1 = S1’’ = 6.0697 кДж/(Кг · К).

Схема теплового баланса сепаратора.

Из баланса сепаратора выразим неизвестные величины:

hck = h1’ + xc · (h1’’ – h1’) = 1087.4 + 0.3 · (2800.9 – 1087.4) = 1601.45 кДж/кг.

Так как D · hck = Dx · h1’’ + (D – Dx) · h1’ , следовательно:

Dx = (D · (hck – h1’)) / (h1’’ – h1’) = (60 · (1601.45 – 1087.4)) / (2800.9 – 1087.4) = 18 кг/с.

Найдем S2’’, S2’’’, x2’ при Pk = 0.1 МПа и S1 = S2 = 6.0697 кДж/(кг · К):

S2’’ = 1.3026 кДж/(кг · К);

S2’’’ = 7.3588 кДж/(кг · К);

h2’’ = 417.44 кДж/кг;

h2’’’ = 2674.9 кДж/кг;

x2’ = (S2 – S2’’) / (S2’’’ – S2’’) = (6.0697 – 1.3026) / (7.3588 – 1.3026) = 0.7871.

h2’ = h2’’ + x2’ · (h2’’’ – h2’’) = 417.44 + 0.7871 · (2674.9 – 417.44) = 2194.29 кДж/кг.

Рассчитаем электрическую мощность:

Wэ = Dx · (h1 – h2’) · ηм ·ηг = 18 · (2800.9 – 2194.29) · 0.98 · 0.98 = 10486.6 кВт.

ЗАДАЧА 2.

Определить мощность, конечное давление и разделительное давление Pp турбины ГеоТЭС, которая включена по схеме:

Исходные данные такие же, что и в задаче 1.

Решение:

h,s-диаграмма работы схемы.

Так как условия задачи аналогичны предыдущей, то имеем:

  • h1 = 2800.9 кДж/кг;

  • Dn = 18 кг/с;

  • ηoiцвд = ηoiцнд = 0.8.

Разделительное давление Pp выбираем такое, чтобы:

ηoi = (h1 – h2) / (h1 – h2’) = 0.8.

Поэтому разделительное давление примем Pp = 4.75 бар = 0.475 МПа.

При этом имеем:

  • h2’ = 2420.86 кДж/кг;

  • h2 = 2496.868 кДж/кг;

  • h3 = h3’’ = 2745.815 кДж/кг.

С учетом того, что точка 4 лежит на кривой сухости x4 = 0.88, а Pk неизвестно, то зная что

ηoi = (h3 – h4) / (h3 – h4’) = 0.8,

получаем:

  • h4’ = 2189.43 кДж/кг;

  • h4 = 2300.708 кДж/кг,

при давлении Pk = 0.11 бар = 11 кПа.

Составим уравнение теплового баланса сепаратора.

Схема теплового баланса сепаратора.

h2 · Dn = Dn2 · h3 + Dn · hp’ – Dn2 · hp’,

из данного уравнения выразим Dn2:

Dn2 = Dn · (h2 – hp’) / (h3 – hp’) = 18 · (2496.868 – 632) / (2745.815 – 632) = 15.88 кг/с.

Dk = Dn – Dn2 = 18 – 15.88 = 2.12 кг/с.

Где hp’ = 632 кДж/кг при Pp = 4.75 бар.

Находим электрическую мощность:

Wэ = (Dn · (h1 – h2) + Dn2 · (h3 – h4)) · ηм · ηг =

= (18 · (2800.9 – 2496.868) + 15.88 · (2745.815 – 2300.708)) · 0.98 · 0.98 =

= 12260.97 кВт = 12.26 МВт.

ЗАДАЧА 3.

Определить мощность и Pk турбины, влюченной по схеме:

Исходные данные:

ΔT = 20 К, остальные данные такие же как и в задаче 1.

Решение:

h,s-диаграмма работы схемы.

Условия работы аналогичные:

  • h1 = 2800.9 кДж/кг;

  • T1 = 543.3 К.

По аналогии с решением задачи 2 имеем:

  • h2’ = 2420.86 кДж/кг;

  • h2 = 2496.868 кДж/кг,

  • h3 = 2745.815 кДж/кг,

при Pp = 0.475 МПа.

С учетом ΔT, температура точки 4 будет:

T4 = T1 – ΔT = 543.3 – 20 = 523.3 К.

Тогда при Pp и T4 имеем:

h4 = 2962.3 кДж/кг.

Зная, что точка 5 лежит на кривой сухости x = 0.88, а точка 5 и 5’ лежат на одной линии давления Pk при этом:

ηoi = (h4 – h5) / (h4 – h5’) = 0.8,

определим:

  • h5 = 2237.8 кДж/кг;

  • h5’ = 2056.675 кДж/кг,

при Pk = 0.002 МПа.

Составим уравнение теплового баланса сепаратора.

Схема теплового баланса сепаратора.

  • D1 + D2 = D;

  • Dc = D1 · 0.88;

  • Dk = D1 · 0.12;

  • Dk + Dc + D2 = D;

  • Dc · (h4 – h3) = D2 · (h1 – h1’).

Из данных уравнений выражаем:

D2 = (D · 0.88 · (h4 – h3)) / (0.88 · (h4 – h3) + (h1 – h1’)) =

= (18 · 0.88 · (2962.3 - 2745.815)) / (0.88 · (2962.3 – 2745.815) + (2800.9 - - 1087.4)) = 1.801 кг/с.

D1 = D – D2 = 18 – 1.801 = 16.199 кг/с.

Dc = 0.88 · D1 = 0.88 · 16.199 = 14.255 кг/с.

Dk = 0.12 · D1 = 0.12 · 16.199 = 1.944 кг/с.

Находим электрическую мощность:

Wэ = ηм · ηг · (D1 · (h1 – h2) + Dc · (h4 – h5)) =

= 0.98 · 0.98 · (16.199 · (2800.9 – 2496.868) + 14.255 · (2962.3 – 2237.8)) =

= 14648.75 кВт = 14.65 МВт.

ЗАДАЧА 4.

Определить Wэ турбины двухх давлений, xc = 1. Схема:

Исходные данные такие же что и в предыдущих расчетах.

Решение:

h,s-диаграмма работы схемы.

Из предыдущих расчетов имеем:

  • Dn = 18 кг/с;

  • h1 = 2800.9 кДж/кг;

  • h2’ = 2420.86 кДж/кг;

  • h2 = 2496.868 кДж/кг;

  • Pp = 0.475 МПа;

  • h3 = 2745.815 кДж/кг;

  • h4 = 2300.708 кДж/кг;

  • h4’ = 2189.43 кДж/кг;

  • Pk = 0.011 МПа.

Составим уравнение теплового баланса расширителя:

Схема теплового баланса расширителя.

D’ · h1’ = Dk · hp’ + Dp · h3.

Так как Dk = D’ – Dp, то:

Dp = D’ · (h1’ – hp’) / (h3 – hp’) = (60 - 18) · (1087.4 – 632) / (2745.815 – 632) =

= 9.05 кг/с.

Составим уравнение теплового баланса сепаратора:

Схема теплового баланса сепаратора.

Dn · h2 = (Dn – Dc) · hp’ + Dc · h3.

Отсюда:

Dc = Dn · (h2 – hp’) / (h3 – hp’) = 18 · (2496.868 – 632) / (2745.815 – 632) =

= 15.88 кг/с.

Перед ИНД:

Dинд = Dc + Dp = 15.88 + 9.05 = 24.93 кг/с.

Найдем электрическую мощность:

Wэ = ηм · ηг · (Dn · (h1 – h2) + Dинд · (h3 – h4)) =

= 0.98 · 0.98 · (18 · (2800.9 - 2496.868) + 24.93 · (2745.815 - 2300.708)) =

= 15912.9 кВт = 15.9 МВт.

ЗАДАЧА 5.

Определить Wэ турбины двух давлений включенной по схеме:

Исходные данные такие же что и в предыдущих заданиях.

Решение:

h,s-диаграмма работы схемы.

В предыдущих задачах получены параметры:

  • Dn = 18 кг/с;

  • h1 = 2800.9 кДж/кг.

По аналогии с 3-й задачей:

  • Pp = 0.475 МПа;

  • ΔT = 20 К;

  • h2’ = 2420.86 кДж/кг;

  • h2 = 2496.868 кДж/кг;

  • h3 = 2745.815 кДж/кг;

  • h4 = 2962.3 кДж/кг;

  • h5 = 2237.8 кДж/кг;

  • h5’ = 2056.675 кДж/кг.

По аналогии с 4-й задачей:

Dp = Dn · (h1’ – hp’) / (h3 – hp’) = 18 · (1087.4 – 632) / (2745.815 – 632) =

= 3.88 кг/с.

По аналогии с задачей 3:

(Dc + Dp) · (h4 – h3) = (h1 – h1’) · D2.

Тогда:

D2 = ((D · 0.88 + Dp) · (h4 – h3)) / (0.88 · (h4 – h3) + (h1 – h1’)) =

= ((18 · 0.88 + 3.88) · (2962.3 - 2745.815)) / (0.88 · (2962.3 – 2745.815) + (2800.9 - - 1087.4)) = 2.24 кг/с.

Отсюда:

D1 = Dn – D2 = 18 – 2.24 = 15.76 кг/с;

Dc = 0.88 · D1 = 0.88 · 15.76 = 13.86 кг/с;

Dk = 0.12 · D1 = 0.12 · 15.76 = 1.9 кг/с.

Тогда:

Dинд = Dc + Dp = 13.86 + 3.88 = 17.74 кг/с.

Находим электрическую мощность:

Wэ = ηм · ηг ·(D1 · (h1 – h2) + Dинд · (h4 – h5)) =

= 0.98 · 0.98 · (15.76 · (2800.9 – 2496.868) + 17.74 · (2962.3 – 2237.8)) =

= 16945.5 кВт = 16.9 МВт.

Полученные результаты расчетов:

Номер задачи

Wэ, МВт

Pp, МПа

Pk, МПа

1

10.5

-

0.1

2

12.26

0.475

0.011

3

14.65

0.475

0.002

4

15.9

0.475

0.011

5

16.9

0.475

0.002

Вопрос №3. Какова связь между энергосбережением и выбросами энергопредприятий?

Размышления о потреблении энергии неизбежно наводят на мысль об энергосбережении. Действительно, энергосбережение – это оптимальный путь сокращения общемирового потребления энергии, а следовательно, и снижения выбросов парниковых газов.

Показателен в этом отношении пример Японии, национальные электроэнергетические компании которой сообщили в конце 2012 г. о снижении продаж электроэнергии за год на 6,3 % (по сравнению с 2011 г.). Добиться такого результата помогли согласованные действия практически всех граждан страны.

Однако основные объёмы энергии, конечно, экономятся за счёт более сложных и масштабных технических решений. Например, там же в Японии на острове Сикоку одна из местных компаний создала систему сбережения электроэнергии для частных домов с помощью установленных в помещениях датчиков. Компьютер считывает с них информацию и отключает свет в тех помещениях дома, в которых в данный момент никого нет. Подобные технологии внедрены в настоящее время и в Санкт-Петербурге: в Национальном минерально-сырьевом университете «Горный», в компании Philip Morris International и многих других.

Опыт Японии наглядно показывает всему миру, что даже страна с мощным промышленным комплексом и исключительно развитой экономикой способна снизить потребление энергии.

Остаётся надеяться, что в мире возникнет мода на экономию энергии в духе Страны восходящего солнца.

В последние годы в России предпринимаются активные меры по энергосбережению и повышению энергоэффективности в совокупности со снижением выбросов парниковых газов. К основным программным документам в этих направлениях можно отнести:

  • Постановление Правительства РФ № 321 от 15 апреля 2014 г. об утверждении госпрограммы «Энергоэффективность и развитие энергетики»;

  • «Изменение климата и возможности низкоуглеродной энергетики в России» – общественный доклад, подготовленный рабочей группой по климату и энергетике Российского Социально-экологического Союза и участниками проекта «Декоматом», в котором освещены проблемы изменения климата, последствий использовании ископаемого топлива, рисков и опасностей атомной энергетики, энергосбережения и энергоэффективности, перспективы возобновляемой энергетики в России;

  • Меры по снижению в России выбросов парниковых газов и приоритеты работы российских неправительственных организаций;

  • «Энергоэффективная Россия. Пути снижения энергоемкости выбросов парниковых газов» – независимое исследование McKinsey & Company о возможностях повышения энергоэффективности и снижения выбросов парниковых газов в России на основе экономической целесообразности.

Цель госпрограммы – надёжное обеспечение страны топливно-энергетическими ресурсами, повышение эффективности их использования, снижение антропогенного воздействия ТЭК на окружающую среду.

В связи с этим поставлены следующие задачи:

  • обеспечить развитие энергосбережения и повысить энергоэффективность;

  • усовершенствовать технологии добычи и транспортировки углеводородного сырья и увеличить глубину его переработки;

  • развить использование возобновляемых источников энергии и повысить экологическую эффективность энергетики;

  • содействовать инновационному развитию ТЭК.

Реализация госпрограммы к 2020 г. позволит, в частности, снизить энергоёмкость ВВП на 13,5% (по сравнению с 2007 г.); увеличить среднюю глубину переработки нефти на уровне не ниже 85,0 %; снизить выбросы парниковых газов на 393 млн т экв. СО2 .

Совместными усилиями экологических организаций северных стран по выделению национальных приоритетов в снижении выбросов парниковых газов и их объединению в скоординированные действия общественности подготовлен проект «Меры по снижению в России выбросов парниковых газов и приоритеты работы российских неправительственных организаций» (руководитель проекта А.О.Кокорин, WWF России, Москва). В проекте приведён детальный обзор мер по энергосбережению в российской экономике в совокупности с обязательным снижением выбросов парниковых газов. Приоритет отдаётся, прежде всего, жилому сектору, транспорту, переработке отходов, возобновляемым источникам энергии, лесам, а также вопиющей ситуации со сжиганием попутного нефтяного газа в факелах и гигантским утечкам природного газа в «ведомстве» Газпрома.

В проекте приводится оценка целого ряда мер повышения энергоэффективности различных сфер промышленности, жизнедеятельности человека и энергосбережения с обязательной расчётной оценкой прогнозируемого снижения выбросов парниковых газов к 2020 г.:

  • повышение энергоэффективности зданий;

  • повышение эффективности в энергетике;

  • повышение энергоэффективности в транспортном секторе;

  • повышение эффективности в секторе обращения с отходами;

  • повышение эффективности лесного хозяйства;

  • введение эффективных платежей за выбросы ПГ.

Вопрос №13. Каковы основные достижения за рубежом в деле строительства СЭС, ФЭС, ГеоТЭС?

СЭС, ФЭС:

Солнечная энергия часто подвергается критике, так как обладает рядом недостатков по сравнению с традиционными видами, такими как уголь, нефть и газ. Но нет никаких сомнений, что многие страны с крупнейшими экономиками активно развивают это направление.

Если нынешние темпы роста сектора сохранятся, то к 2020 г. около 10% электроэнергии в мире может вырабатываться за счет фотоэлектрических систем. Основной рост ожидается в Китае, Японии, Германии и США.

Большая часть подобной электроэнергии производится за счет масштабных наземных установок, или солнечных ферм, которые представляют собой тысячи фотоэлектрических панелей на нескольких милях пустынной местности. По-видимому, они символизируются будущее альтернативной энергетики.

Именно такие системы позволяют производить электроэнергию за счет энергии солнца в промышленных масштабах. Они даже больше похожи на солнечные города, а не на солнечные фермы.

Крупнейшие зарубежные СЭС:

  • Sambhar Lake (Озеро Самбхар), Индия. Мощность: 4000 МВт;

  • Topaz, Калифорния, США. Мощность: 580 МВт;

  • Solar Star, Калифорния. Мощность: 579 МВт;

  • Ivanpah, Калифорния. Мощность: 392 МВт;

  • Agua Caliente, Аризона. Мощность: 290 МВт;

  • Setouchi, Япония. Мощность: 231 МВт;

  • Nzema Solar Park, Гана. Мощность: 155 МВт;

  • Redstone Solar Thermal Power Plant, ЮАР. Мощность: 100 МВт;

  • Amanecer Solar CAP Plant, Чили. Мощность: 100 МВт;

  • Jasper PV Project, ЮАР. Мощность: 96 МВт.

ГеоТЭС:

Геотермальные электростанции производят электроэнергию за счет тепловой энергии Земли. Самые крупные ГеоЭС расположены в США и на Филиппинах.

Геотермальная энергетика имеет целый ряд преимуществ по сравнению с другими видами возобновляемой энергии: этот источник практически неисчерпаем и бесперебоен. Но первоначальные вложения в строительство геотермальных станций достаточно велики. В последние 10 лет суммарная мощность таких станций растет на 3% в год. На 2005 год двадцать четыре страны мира производили 56,786 ГВт.

Крупнейшие ГеоТЭС:

  • The Geysers («Гейзеры»), США. Мощность 725 МВт;

  • Makiling Banahaw («Макилинг-Банахау»), Филиппины. Мощность более 458 МВт;

  • Tiwi («Тиви»), Филиппины. Мощность 330 МВт;

  • Imperial Valley Geothermal Area, США. Мощность 327 МВТ;

  • Navy 1 Geothermal Area, США. Мощность более 270 МВт.

Вопрос №23. Каков принцип действия реакторов – размножителей на быстрых нейтронах?

Реактор на быстрых нейтронах — ядерный реактор, использующий для поддержания цепной ядерной реакции нейтроны с энергией > 105 эВ.

Принцип действия.

В активную зону и отражатель реактора на быстрых нейтронах входят в основном тяжёлые материалы. Замедляющие ядра вводят в активную зону в составе ядерного топлива (карбид урана UC, двуокись плутония PuO2 и пр.) и теплоносителя. Концентрацию замедлителя в активной зоне стремятся уменьшить до минимума, так как лёгкие ядра смягчают энергетический спектр нейтронов. Прежде чем поглотиться, нейтроны деления успевают замедлиться в результате неупругих столкновений с тяжёлыми ядрами лишь до энергий 0,1—0,4 МэВ.

Сечение деления в быстрой области энергий не превышает 2 барн. Поэтому для осуществления цепной реакции на быстрых нейтронах необходима высокая концентрация делящегося вещества в активной зоне — в десятки раз больше концентрации делящегося вещества в активной зоне реактора на тепловых нейтронах. Несмотря на это, проектирование и строительство дорогостоящих реакторов на быстрых нейтронах экономически выгодно, так как на каждый захват нейтрона в активной зоне такого реактора испускается в 1,5 раза больше нейтронов деления, чем в активной зоне реактора на тепловых нейтронах. Следовательно, для переработки ядерного сырья в реакторе на быстрых нейтронах можно использовать значительно бо́льшую долю нейтронов. Это главная причина, из-за которой проводят широкие исследования в области применения реакторов на быстрых нейтронах.

Отражатель реакторов на быстрых нейтронах изготавливают из тяжёлых материалов: 238U, 232Th. Они возвращают в активную зону быстрые нейтроны с энергиями выше 0,1 МэВ. Более холодные нейтроны, захваченные ядрами 238U, 232Th, расходуются на получение делящихся ядер 239Pu и 233U.

Мощность реактора регулируется подвижными тепловыделяющими сборками — ТВЭЛами со стержнями из природного урана или тория. В небольших реакторах на быстрых нейтронах более эффективен как регулятор подвижный отражатель: ходом цепной реакции управляют, изменяя утечку нейтронов. Если слой отражателя удалять из реактора, то утечка нейтронов увеличивается, вследствие чего тормозится развитие цепного процесса, и наоборот. Наиболее эффективны подвижные слои отражателя на границе с активной зоной.

Выбор конструкционных материалов для реакторов на быстрых нейтронах практически не ограничивается сечением поглощения, так как эти сечения в области быстрых энергий у всех веществ очень малы по сравнению с сечением деления. По этой же причине захват нейтронов продуктами деления мало влияет на загрузку ядерного топлива в реактор.

Вопрос №33. Что такое пиролиз топлива? Какие продукты получаются при пиролизе?

Пиролиз (от др.-греч. πῦρ — огонь, жар и λύσις — разложение, распад) — термическое разложение органических и многих неорганических соединений. В узком смысле, разложение органических природных соединений при недостатке кислорода (древесины, нефтепродуктов и прочего). В более широком смысле — разложение любых соединений на составляющие менее тяжёлые молекулы, или элементы под действием повышения температуры. При пиролизе образуется синтез-газ (сингаз), а также другие продукты. При пиролизе древесины (450—500 °C) образуется очень много различных веществ, наибольшие концентрации в газообразных продуктах пиролиза имеют: метиловый спирт, (поэтому метанол носит устаревшее название «древесный спирт»), уксусная кислота, ацетон, бензол, фуран и др. Нелетучие продукты неполного пиролиза — жидкие и пастообразные смолы.

Вопрос №43. Каковы достижения в деле аккумулирования теплоты на ТЭС и АЭС?

В последнее время в энергетике все большее внимание уделяется вопросам аккумулирования энергии. РАО ЕЭС России ввело отдельные тарифы на электроэнергию при пиковых нагрузках и в остальное время.

По сути, речь идет о качестве вырабатываемой электроэнергии. АЭС не могут конкурировать в этом вопросе с тепловыми и газовыми электростанциями, так как для АЭС имеются ограничения маневренных характеристик, в основном, связанные с требованиями сохранения целостности твэлов. С сентября 2006 года вводится понижающий коэффициент от стоимости электроэнергии для электростанций, не участвующих в режиме общего первичного регулирования частоты (ОПРЧ) сети. Потери в несколько процентов (до 5% от стоимости вырабатываемой электроэнергии) очень существенны, если учесть, что станции борются за каждый процент повышения эффективности выработки электроэнергии. По мнению гендиректора концерна Росэнергоатом С.Обозова, «неудачная работа за одну неделю может списать все дополнительные доходы, накопленные за полгода. ...Если мы не выполняем регулируемый договор и недопоставляем энергию, то автоматически покупаем ее на рынке на сутки вперед, а там цены в 4-5 раз выше, а на балансирующем рынке цена мо­жет быть больше в 12 раз». Единственным выходом может служить установка аккумуляторов энергии, которые будут выдавать энергию при пиковых нагрузках и аккумулировать электроэнергию в другое время суток и при спаде нагрузки, а также участвовать в режиме регулирования частоты в сети. До последнего времени приемлемым единственным типом аккумулирования считалась гидроаккумулирующая электростанция. Однако в последнее время многие фирмы, такие как Сименс, Urenco Power Technologies (Великобритания), американская компания Beacon Power проводят исследования супермаховиков для этих целей. При этом эти фирмы используют накопленный опыт в области высокооборотных центрифуг для обогащения урана. По такому показателю, как удельная емкость энергии (кВт·ч/кг) супермаховики вышли на первое место. При этом их срок службы намного больше, чем, например, у батарей. Например, в Исследовательском центре имени Гленна и Космическом центре Джонсона создана маховичная энергетическая установка для международной космической станции (МКС), заметно превосходящая использовавшиеся ранее никель-водородные аккумуляторы. Маховики могут запасать 5,5 кВт·ч энергии против 4,6 кВт·ч у электрохимических аккумуляторов, при этом срок их службы оценивается в 15 лет, а батарей - в 5-6 лет.

С июля 2000 г. Siemens испытывает на одной из действующих линий трамвая в Кёльне длиной 20 км опытный высокооборотный инерционный аккумулятор энергии мощностью 600 кВт.

Супермаховик способен запасать больше энергии на единицу массы (5 - 15 МДж/кг или 1.4-4.17кВт·ч/кг), чем все известные накопители энергии - электрохимические аккумуляторы, конденсаторы, пружины... Это объясняется тем, что супермаховик можно разогнать до огромных скоростей, причём "зарядка" такого накопителя происходит очень быстро.

Супермаховик, изготовленный еще лет десять назад из обычного углеродного волокна в Л иверморской лаборатории в США имеет удельную энергоемкость 0,5 кВт·ч/кг, что недостижимо пока для других накопителей энергии.

Компания Active Power выпускает накопители CleanSource, в которых маховики объединены с мотором/генератором в один агрегат. Компания Active Power подписала OEM соглашение с GE в декабре 2005 года на внедрению ма­ховиков в источники бесперебойного питания, выпускаемые GE. Накопители энергии на базе маховиков обладают рядом существенных преимуществ перед химическими аккумуляторами: они более компактны, могут работать в широком диапазоне температур, чрезвычайно надежны и не требуют ремонта в те­чение 15...20-летнего срока эксплуатации, имеют более высокий КПД.

Существуют следующие виды аккумулирующих систем:

  • Pumped hydropower - гидроаккумулирующие станции;

  • Тепловые аккумуляторы;

  • Compressed air energy storage (CAES) - аккумулирование энергии с помощью сжатого воздуха;

  • Batteries - батареи;

  • Flywheels - маховики;

  • Superconducting magnetic energy storage (SMES) - аккумуляторы на сверхпроводниках;

  • Supercapacitors – суперконденсаторы;

  • Плазмоидные аккумуляторы.

Гидроаккумулирующие станции (ГАС) используются с 1929 г. ГАС состоит из 2 больших резервуаров, разнесенных по высоте. Для аккумулирования энергии вода закачивается в верхний резервуар. Для выдачи энергии вода сливается в нижний через гидротурбину с генератором.

Аккумулирование энергии с помощью ГАС:

  • Требует, как минимум, 100 м подъема воды (разность высот резервуаров);

  • Требует искусственного водохранилища значительного объема на высоте или подземного водохранилища;

  • КПД гидроподъема и выработки электроэнергии относительно низкое.

Пневматические аккумуляторы. Compressed Air Energy Storage (caes) - аккумулирование энергии с помощью сжатого воздуха: Caes использует непико­вую энергию для сжатия и хранения воздуха в воздухонепроницаемом подземном резервуаре или пещере. При пиковой нагрузке запасенный воздух выпускается из пещеры и пропускается через турбину с генератором. В 1991 г., первый в США CAES мощностью ПО МВТ был построен в Mclntosh, Штате Алабама, Алабамским Электрическим Обществом и EPRI. В настоящее время, изготовители могут создать CAES системы в пределах от 5-350 МВТ. EPRI оценил, что больше чем 85% пещер США имеют геологические характеристики, которые можно приспособить для CAES.

Пневмоаккумуляторы - устройства, накапливающие газ и отдающие ее в моменты наибольшего расходования с преобразованием в другие виды энергии или без этого преобразования. В ракетной технике есть почти забытый (из-за того, что само устройство давно уже не применяется) термин воз­душный аккумулятор давления (ВАД).

Химические аккумуляторы - устройства для получения электрического тока и напряжений в результате химической реакции, как правило, в группе из однотипных батарей (многоразовых гальванических элементов), соединенных электрически и конструктивно. В настоящее время широко используются в аэрокосмической технике. Попытки улучшения энергомассовых характеристик этого типа аккумуляторов ведут многие электрические, электронные и автомобильные компании мира.

Маховики в настоящее время используются для множества побочных применений. Для хранения энергии исследования начаты сравнительно недавно. Маховик состоит из махового колеса, которое вращается с очень высокой скоростью и имеет связь с электрическим аппаратом, который может работать или как двигатель или как генератор. Использование магнитных подшипников и вакуумной камеры позволяет уменьшить потери энергии (потери не более 2%). Основные проблемы в прочности материала колеса, способного выдержать сверхвысокие скорости вращения.

Сверхпроводящие аккумуляторы - электронакопительные системы, состоящие из замкнутого проводника с нулевым сопротивлением. Очевидный плюс этой системы - компактность, энергоемкость, способность хранить энергию без потерь на протяжении сколь угодно долгого времени, пока в проводнике будет сохраняться состояние сверх­проводимости. Учитывая, что в настоящее время широко производятся только холодные и теплые сверхпроводники (с хладагентами гелием и азотом соответственно), надо добавить, что при длительном использовании такого аккумулятора понадобятся дополнительные расходы энергии на охлаждение сверхпроводников. Наилучшим вариантом, конечно же. было бы создание сверхпроводящего аккумулятора из горячих сверхпроводников, сохраняющих свои свойства при температурах +100-200 и выше градусов Цельсия. Работы по созданию таких материалов в настоящее время усиленно ведутся во всем мире.

Конденсаторные аккумуляторы - системы, накапливающие электрические заряды по принципу работы конденсатора, состоящие из двух и более подвижных или неподвижных электродов (обкладок), разделенных диэлектриком. Один из несомненных плюсов конденсаторов - способность выдать всю или часть запасенной энергии в самые короткие сроки, один из минусов - опасность непредвиденного пробоя, который при мгновенном выделении всей запасенной энергии будет сравним с взрывом. В перспективе конденсаторные батареи вполне могут значительно повысить свои энергомассовые характеристики - настолько, что станут вполне конкурентоспособными с любыми применяющимися аккумуляторами или даже превзойти их. Все зависит от того - сумеют ли современные ученые значительно повысить емкость конденсаторов за счет применения новых технологий, материалов и конструкций.

Суперконденсаторы находятся на самой ранней стадии развития в качестве технологии хранения энергии. Электрохимический конденсатор состо­ит из двух противоположно заряженных электродов, сепаратора, электролита и сборки. В настоящее время только маленькие суперконденсаторы в диапазоне семи - десяти ватт широко доступны для домашних электрических устройств. Развитие конденсаторов большего масштаба было сосредоточено на электрических транспортных средствах. В настоящее время, для мощностей smal-масштаба (<250 kW), суперконденсатор является одним из самых многообещающих аккумуляторов.

Теплоаккумуляторы - устройства, накапливающие тепло, предназначенное для покрытия пиков тепловой нагрузки или для получения других видов энергии. Устройства такого типа эффективны в прямой зависимости от существующей в агрегате и вокруг его разницы температур. Тепловые аккумуляторы уже использовались на спускаемых аппаратах АМС "Венера-9" и других автоматических зондах для охлаждения аппаратуры.

В рамках Инновационного форума Росатома предлагался проект теплового аккумулятора для блока АЭС с ВВЭР-1000. В настоящее время предлагается схема отбора пара турбины на нагрев аккумулирующего вещества в период низкого энергопотребления и производство дополнительного па­ра на турбину от саккумулированного тепла в период пиковых нагрузок.