Будущее геотермального электричества.
Резервуары с паром и горячей водой являются лишь малой частью геотермальных ресурсов. Земная магма и сухая твердая порода обеспечат дешевой, чистой практически неиссякаемой энергией, как только будут разработаны соответствующие технологии по их утилизации. До тех пор, самыми распространенными производителями геотермальной электроэнергии будут электростанции с бинарным циклом.
Чтобы геотермальное электричество стало ключевым элементом энергетической инфраструктуры США, необходимо разработать методы по уменьшению стоимости его получения. Департамент Энергетики США работает с представителями геотермальной промышленности по уменьшению стоимости киловатт-часа до $0,03-0,05. По прогнозам, в ближайшее десятилетие появятся новые геотермальные электростанции мощностью 15 000 МВт.
Солнечные электростанции.
Солнечная электростанция (СЭС) – инженерное сооружение, служащее для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. В зависимости от конструкции электростанции способы преобразования солнечной радиации будут различны. Схематически СЭС состоит из нескольких частей – концентратора солнечной энергии и элемента, преобразующего солнечную радиацию в тепло и электричество. Существует несколько основных типов СЭС – башенного типа и использующие параболические концентраторы солнечной энергии.
СЭС башенного типа основаны на принципе получения водяного пара используя солнечную радиацию. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше) на вершине которой находится резервуар с водой (рисунок 1).
Схематическое изображение СЭС башенного типа
Рис.1
Солнечные параболические концентраторы – СЭС, использующие параболические зеркала (лотки).
Специфика геометрии зеркала не позволяет фокусировать солнечные лучи на удаленных точечных объектах, таких как приемник излучения, расположенный на башне. Приемник обязательно должен быть протяженным объектом – цилиндром (трубкой). Схематическое изображение такого типа концентраторов солнечной энергии представлен на рисунке 2.
Схематическое изображение параболического концентратора
Рис.2
На местности зеркала расположены рядами и объединены единой системой ориентирования на солнце для увеличения КПД преобразования солнечной энергии. Приемные трубки располагаются в фокусе параболы и охватывают все зеркала системы. Трубки представляют собой стальной стержень, окруженный теплоизолирующим стеклянным покровом. Задача сохранения тепла жидкости-носителя крайне важна. Поэтому теплоизоляции уделяется особое внимание. В качестве жидкости-носителя часто используется масло. При фокусировке солнечной радиации на трубку происходит разогрев масла. Обычно температура кипения 350-400оС. Такое низкое значение температуры аккумулирующего тепло материала сильно сказывается на мощности электростанции. По сравнению со станциями башенного типа КПД электростанции на параболических концентраторах ниже. После разогрева до температуры 400оС жидкость-носитель поступает в ряд теплообменников, где она нагревает воду до состояния перегретого пара. Пар в свою очередь приводит в движениетурбогенератор для производства электричества. Остывшее масло возвращается в систему приемных трубок.
Тепловые электростанции.
|
|
Согласно общепринятому определению, тепловые электростанции – это электростанции, вырабатывающие электроэнергию посредством преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора. Первые ТЭС появились еще в конце XIX века в Нью-Йорке (1882 год), а в 1883 году первая тепловая электростанция была построена в России (С.Петербург). С момента своего появление, именно ТЭС получили наибольшее распространение, учитывая все увеличивающуюся энергетическую потребность наступившего техногенного века. Вплоть до середины 70-х годов прошлого века, именно эксплуатация ТЭС являлась доминирующим способом получения электроэнергии. К примеру, в США и СССР доля ТЭС среди всей получаемой электроэнергии составляла 80%, а во всем мире – порядка 73-75%. Данное выше определение хоть и емкое, но не всегда понятное. Попытаемся своими словами объяснить общий принцип работы тепловых электростанций любого типа. Выработка электричества в ТЭС происходить при участии множества последовательных этапов, но общий принцип её работы очень прост. Вначале топливо сжигается в специальной камере сгорания (паровом котле), при этом выделяется большое количество тепла, которое превращает воду, циркулирующую по специальным системам труб расположенным внутри котла, в пар. Постоянно нарастающее давление пара вращает ротор турбины, которая передает энергию вращения на вал генератора, и в результате вырабатывается электрический ток. Система пар/вода замкнута. Пар, после прохождения через турбину, конденсируется и вновь превращается в воду, которая дополнительно проходит через систему подогревателей и вновь попадает в паровой котел. Существует несколько типов тепловых электростанций. В настоящее время, среди ТЭС больше всего тепловых паротурбинных электростанций (ТПЭС). В электростанциях такого типа, тепловая энергия сжигаемого топлива используется в парогенераторе, где достигается очень высокое давление водяного пара, приводящего в движение ротор турбины и, соответственно, генератор. В качестве топлива, на таких теплоэлектростанциях используется мазут или дизель, а также природный газ, уголь, торф, сланцы, иными словами все виды топлива. КПД ТПЭС составляет около 40 %, а их мощность может достигать 3-6 ГВт. ГРЭС (государственная районная электрическая станция) – довольно известное и привычное название. Это не что иное, как тепловая паротурбинная электростанция, оборудованная специальными конденсационными турбинами, которые не утилизируют энергию отработанных газов и не превращают её в тепло, например, для обогрева зданий. Такие электростанции еще называют конденсационными электростанциями. В том же случае, если ТЭС оснащены специальными теплофикационными турбинами, преобразующих вторичную энергию отработанного пара в тепловую энергию, используемую для нужд коммунальных или промышленных служб, то это уже теплоэлектроцентрали или ТЭЦ. К примеру, в СССР на долю ГРЭС приходилось около 65% вырабатываемой паротурбинными электростанциями электроэнергии, и, соответственно, 35% - на долю ТЭЦ. Существуют также иные виды тепловых электростанций. В газотурбинных электростанциях, или ГТЭС, генератор вращается посредством газовой турбины. В качестве топлива на таких ТЭС применяют природный газ или жидкое топливо (дизель, мазут). Однако КПД таких электростанций не очень высок, около 27-29%, так что их используют в основном как резервные источники электроэнергии для покрытия пиков нагрузки на электрическую сеть, или для снабжения электричеством небольших населенных пунктов. Тепловые электростанции с парогазотурбинной установкой (ПГЭС). Это электростанции комбинированного типа. Они оборудованы паротурбинными и газотурбинными механизмами, и их КПД достигает 41-44%. Эти электростанции также позволяют утилизировать тепло и превращать его в тепловую энергию, идущую на отопление зданий. Главным недостатком всех тепловых электростанций является тип используемого топлива. Все виды топлива, которые применяют на ТЭС, являются невосполнимыми природными ресурсами, которые медленно, но неуклонно заканчиваются. Именно поэтому в настоящее время, наряду с использованием атомных электростанций, ведутся разработки механизма выработки электроэнергии при помощи восполняемых или других альтернативных источников энергии. |
|