Лекция №27 Современные технологии в энергетике

На долю энергетики приходится 25% всех потребляемых энергоресурсов. Все технологические процессы связаны с затратами или выделением энергии. Она необходима для транспортировки и готовой продукции, для подготовки сырья к переработке, для изготовления продукции. Для получения электрической энергии используют энергию воды, ветра, солнца и т.д. Эти виды энергии на электростанциях превращают в электрическую энергию. Их название зависит от энергии, которая преобразуется в электрическую:

1. Гидроэлектростанция (ГЭС) – гидротехническое сооружение, предназначенное для превращения энергии потока воды в электрическую. Ее составными частями являются водохранилище, гидротурбина и электрогенератор. Энергия воды падает с высоты 200 м на лопасти турбины, которая вращает генератор. Кроме ГЭС, бывают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), которые ночью накапливают энергию, получаемую другими электростанциями, а в час "пик" отдают ее (см. рис. 22). Недостатком крупных ГЭС является создание искусственных морей, которые занимают большие площади урожайных земель и нарушают природное равновесие.

а) ГЭС б) ГАЭС

О О

Рис. 22. Схемы работы гидроаккумулирующей станции

а - в режиме ГЭС

б - в режиме ГАЭС

2. Ветровая электростанция (ВЭС) была построена впервые в 1931 г. в Крыму. Ее мощность – 100 кВт. Однако, еще до появления первых ВЭВ, ветер начал использоваться в Египте и на Ближнем Востоке для мельниц. В Европе ветряные мельницы появились в 12 веке. Источником энергии ветра является солнечное излучение, переходящее в энергию воздушных течений. В настоящее время ВЭС при высоте 10 м могут иметь мощность до 20 МВт и вырабатывать в год 35 млн. кВт-ч энергии. Коэффициент полезного действия ВЭС доходит до 45%. В Китае работает более 40 тыс. ветроустановок. Составной частью ВЭС является колесо с лопастями, расположенное на валу, который передает вращательные движения электрогенератору.

ГЭС и ВЭС энергию воды и ветра преобразуют непосредственно в электрическую. На всех остальных электростанциях сначала получают пар или газ, а потом уже электрическую энергию.

3. Тепловая электростанция (ТЭС) в настоящее время является основным источником электроэнергии. Принцип ее действия основан на превращении тепловой энергии водяного пара или газа в механическую энергию вращения турбины, а затем с помощью электрогенератора в электрическую (рис. 23).

1

2

3

Вода Пар механизм электрический

Вода энергии ток

Рис. 23. Принципиальная схема работы ТЭС:

1 -котельная, 2 - паровая турбина,

3 - генератор электрического тока

В настоящее время ТЭС вырабатывают около 70% всей электроэнергии. Они выбрасывают в атмосферу 30% общего количества всех вредных отходов промышленности. Тепловые электростанции требуют большого количества топлива, при сгорании которого выделяются вредные вещества, которые загрязняют окружающую среду. Так, например, при сжигании на станции за 1 час 1060 т донецкого угля из котлов удаляется 34,5 т шлака, из бункеров электрофильтров 193, 5 т золы, в атмосферу выбрасывается 10 млн. дымовых газов. Сточные воды загрязняют водоемы и оказывают влияние на качество воды и водные организмы.

Для повышения эффективности использования топлива за счет расширения выработки теплоты и электроэнергии в больших городах строят теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). На них отработанный пар, который имеет большой запас тепловой энергии, направляют потребителю и на станцию не возвращают. Есть другой способ использования пара: он отдает свое тепло в теплообменнике воде, которая идет к потребителю, а пар возвращается назад в систему. Пар от ТЭЦ подают на расстояние до нескольких километров, а газовую воду - до 30 км. Использование тепловой энергии отработанного пара повышает КПД станции на 50-60%. ТЭЦ обеспечивают теплом и горячей водой жилые и общественные здания, а также промышленные предприятия.