Классификация ЭС по типу используемых энергоресурсов

Для территорий с малой скоростью ветровых потоков  наиболее эффективной конструкцией признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т. е. карусельного типа, или роторные. Скорость континентальных ветров, как правило, не превышает 12 м/с. При такой скорости ветра эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.

В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра  неисчерпаема, и более экологична. Однако ветряные электростанций имеют и недостатки технического и экономического характера, замедляющие распространение ветроэнергетики. Основным их недостатком является непостоянство ветровых потоков. Это создает проблемы надёжности производства электроэнергии.

Другим неисчерпаемым  источником энергии является энергия солнца. Лучистая энергия солнца представляет собой самый значительный источник энергии, которым располагает человечество. За год на всю Россию поступает солнечной энергии больше, чем энергии от всех российских ресурсов нефти, газа, угля и урана.

Солнечное излучение  преобразовывается в электроэнергию с помощью солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ). В настоящее время СФЭУ находят все более широкое распространение в качестве энергии для малых и средних автономных потребителей, а иногда и для больших солнечных электростанций, работающих в энергосистемах параллельно с традиционными ТЭС, ГЭС и АЭС. Конструкция СФЭУ обычно состоит из солнечных батарей в виде плоских прямоугольных поверхностей, которые преобразуют энергию солнечного излучения в электрическую энергию. В фотоэлектрическом генераторе электрический ток возникает в результате процессов происходящих в фотоэлементе при попадании на него солнечного излучения. Наибольшее распространение получили СФЭУ на основе кремния трех видов: моно- и поликристаллического, а также аморфного.

За последние  десятилетия фотоэнергетика значительно продвинулась вперед в решении двух основных проблем: повышения КПД СФЭУ и снижения стоимости их производства.

Кроме того солнечная  энергетика является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. К недостаткам солнечной энергетики относится зависимость от погоды и времени суток и, как следствие, необходимость аккумуляции энергии или дублирования солнечных ЭС маневренными ЭС сопоставимой мощности. А также, высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов, необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли и других загрязнений, нагрев атмосферы над электростанцией.

На планете  имеются также значительные запасы энергии в виде тепла земных недр. Энергия глубинного тепла земли практически неисчерпаема, а значит, и ее использование также является перспективным направлением развития энергетики. Земля непрерывно отдает в мировое пространство тепло, которое постоянно восполняется за счет распада радиоактивных элементов.

Практическое  использование тепла Земли зависит от глубины залегания достаточно горячих источников. Достичь этого тепла можно с помощью скважин.

Геотермальные месторождения подразделяют на четыре основных типа: месторождения сухого пара; месторождения влажного пара; месторождения горячей воды и месторождения нагретых сухих пород [3, с 59].

Наиболее выгодными  для производства электроэнергии являются месторождения сухого пара, но они  встречаются редко. Более распространенными  являются месторождения, дающие влажный  пар  Термальные регионы имеются во многих частях мира. В России все геотермальный электростанции расположены на Камчатке.

 Для получения электроэнергии на геотермальных электрических станциях (ГеоТЭС) пар из скважины направляется по трубам в турбины, соединённые с электрогенераторами.

Различают две основные технологические схемы ГеоТЭС: электростанции атмосферного выброса и электростанции с циркуляцией конденсата. На электростанциях атмосферного выброса неочищенный сухой пар из скважины (при необходимости после механической очистки) поступает прямо на турбину, которая приводит во вращение электрический генератор (прямое использование пара). Электростанция с атмосферным выбросом имеет более низкую себестоимость по сравнению с другими типами ГеоТЭС, но работать они могут только на месторождениях с паром, который практически не имеет примесей. Такие месторождения встречаются крайне редко.

На электростанциях  с циркуляцией конденсата применяется  метод непрямого использования  пара. По этой технологии пар из скважины через теплообменник поступает в дегазатор, где очищается от других газов, нагревается неочищенным паром и поступает в турбину с температурой около 120 ⁰С. Отработанный в турбине пар поступает в конденсатор, где из него извлекаются борная кислота, аммонийные соли и другие соединения. Для охлаждения отработанного пара используется холодная вода из местного природного водоема или градирни [3, с. 63].

Основной проблемой  геотермальной энергетики является недостаточная изученность с  точки зрения геофизики и геологии геотермальных месторождений. До сих пор не найдено научное объяснение тому факту, почему теплоноситель двух соседних скважин может иметь различные температуру и давление. Серьезную проблему представляет высокий минеральный состав растворов, который приводит к образованию накипи и вызывает повышенную коррозию технологического оборудования. Кроме того серьезную проблему представляет сброс использованных геотермальных вод, так как применять для этих целей близлежащие водоемы недопустимо по экологическим соображениям. Содержащиеся в термальной воде минеральные соли вызывают значительное химическое и тепловое загрязнение поверхностных вод, обеднение почвы, а извлечение из пласта огромного количества жидкости может привести к оседанию поверхности месторождения. Решение этих и ряда других проблем может слущить стимулом к развитию геотермальной энергетики.

 

 

3. Топливный баланс электростанций России. Тенденции развития.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как видно из диаграмм, изображенных на рис. 5, по данным Российского энергетического агентства [6], основным типом электростанций в России являются тепловые, работающие на органическом топливе. Наиболее мощные ТЭС расположены, как правило, в местах добычи топлива. Тепловые электростанции, использующие местные виды топлива (торф, сланцы, низкокалорийные и многозольные угли), ориентируются на потребителя и одновременно находятся у источников топливных ресурсов. Вблизи от потребителей строят электростанции, использующие высококалорийное топливо, которое экономически выгодно транспортировать. Что же касается тепловых электростанций, работающих на мазуте, то они располагаются преимущественно в центрах нефтеперерабатывающей промышленности.

Преобладание  тепловых электростанций в России по сравнению с другими типами связано  с тем, что их размещение относительно свободно, в связи с широким распространением топливных ресурсов. А так же, потому, что тепловые электростанции способны вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний. И потому выработка электроэнергии на основе применения углеводородов еще долгое время будет занимать лидирующую позицию.

Но, несмотря на все богатства топливных ресурсов России, они исчерпаемы. Кроме того ТЭС имеют низкий КПД и крайне неблагоприятно воздействуют на окружающую среду.

Тепловые электростанции всего мира выбрасывают в атмосферу  ежегодно сотни миллионов тонн золы и десятки миллионов тонн сернистого ангидрида. Они поглощают огромное количество кислорода воздуха. К настоящему времени установлено, что и радиоактивная обстановка вокруг тепловых электростанций, работающих на угле, в среднем в 100 раз выше, чем вблизи АЭС такой же мощности. Этот факт объясняется тем, что обычный уголь содержит микропримеси урана-238, тория-232 и радиоактивный изотоп углерода.

ТЭС на природном  газе более экологичны, чем угольные, мазутные и сланцевые, но прокладка газопроводов наносит природе огромный вред, особенно в северных районах.

Топливный баланс тепловых электростанций России характеризуется  преобладанием газа и мазута. В  ближайшей перспективе планируется  увеличение доли газа в топливном  балансе электростанций западных районов, в регионах со сложной экологической обстановкой, особенно в крупных городах. Тепловые электростанции восточных районов будут базироваться в основном на угле, прежде всего дешевом угле открытой добычи Канско-Ачинского бассейна.

Для увеличения эффективности использования углеводородов, предполагается активное внедрение парогазового цикла. Так, например, 28 сентября 2009 года началось строительство Адлерской теплоэлектростанции. Станция создается  на основе 2-х энергоблоков парогазовой установки общей мощностью 360 МВт (тепловая мощность — 227 Гкал/ч) с КПД 52%. 28 июня 2012 на Адлерской ТЭС состоялись тестовые испытания и набор электрической мощности первой газотурбинной установки (ГТУ-1). В ходе испытаний установка была выведена на номинальную мощность — 65 МВт

Современная технология парогазового цикла обеспечивает высокий  КПД, низкий расход топлива и снижение уровня вредных выбросов в атмосферу  в среднем на 30% по сравнению с  традиционными паросиловыми установками. В будущем ТЭС должна стать не только источником тепла и электричества для объектов зимних Олимпийских игр 2014 года, но и весомым вкладом в энергобаланс г. Сочи и прилегающих районов. ТЭС включена в утвержденную Правительством РФ Программу строительства олимпийских объектов и развития г. Сочи как горноклиматического курорта.

На втором месте  по количеству вырабатываемой электроэнергии в России находится ГЭС. Гидроэлектростанции  являются весьма эффективным источником энергии, поскольку используют возобновляемые ресурсы, обладают простотой управления и имеют высокий КПД (более 80%). Поэтому производимая на ГЭС энергия самая дешевая.

Кроме того ГЭС  обладает таким достоинством, как  высокая маневренность, т. е. возможность  практически мгновенного автоматического  запуска и отключения любого требуемого количества агрегатов. Все это позволяет использовать мощные ГЭС для обеспечения устойчивой работы крупных энергосистем в качестве максимально маневренных  электростанций и  в период суточных пиков нагрузки электросистемы, когда имеющихся в наличии мощностей ТЭС не хватает. Естественно, это под силу только мощным ГЭС.

Однако строительство  ГЭС требует больших сроков и  больших удельных капиталовложении, ведет к потерям равнинных  земель и наносит ущерб рыбному  хозяйству. Доля участия ГЭС в  выработке электроэнергии существенно меньше их доли в установленной мощности. Это объясняется тем, что их полная мощность реализуется лишь в короткий период времени, причем только в многоводные годы. Поэтому, несмотря на обеспеченность России гидроэнергетическими ресурсами гидроэнергетика не может служить основой выработки электроэнергии в стране.

Для гидроэнергетики  в нашей стране характерно сооружение на реках каскадов гидроэлектростанций. Каскад - это группа ГЭС, расположенных  ступенями по течению водного  потока с целью последовательного использования его энергии. При этом помимо получения электроэнергии решаются проблемы снабжения населения и производства водой, устранения паводков, улучшения транспортных условий. Однако, создание каскадов в стране привело к потере ценных сельскохозяйственных земель, нарушению экологического равновесия и другим крайне нежелательным последствиям.

В нашей стране большая часть ГЭС сооружалась  на равнинных реках. Равнинные водохранилища  обычно велики по площади и изменяют природные условия на значительных территориях. Ухудшается санитарное состояние водоемов. Нечистоты, которые раньше выносились реками, накапливаются в водохранилищах, приходится применять специальные меры для промывки русел рек и водохранилищ. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно, чем на горных. Но иногда для создания нормального судоходства и орошения это необходимо.

Самые крупные  ГЭС в стране входят в состав Ангаро-Енисейского  каскада: Саяно-Шушенская (востонавливается после аварии 2009 года), Красноярская на Енисее, Иркутская, Братская, Усть-Илимская на Ангаре, строится Богучанская ГЭС (проектная мощность 3000 МВт).

В европейской  части страны создан крупный каскад ГЭС на Волге: Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Горьковская, Чебоксарская, Жигулевская, Саратовская, Волжская.

На третьем  месте по удельному весу в производстве электроэнергии в России находится  атомная энергетика. После аварии на Чернобыльской АЭС программа  атомного строительства была сокращена. В настоящее время ситуация меняется. Сейчас в России на 10 действующих АЭС эксплуатируется 33 энергоблока общей мощностью 23 643 МВт. Высокое значение атомная энергетика имеет в европейской части России и, особенно на северо-западе, где доля выработки электроэнергии на АЭС достигает 42 %.

После запуска энергоблока Волгодонской АЭС в 2010 году, В. В. Путин озвучил планы доведения атомной генерации в общем энергобалансе России с 16 % до 20-30%. Кроме того было отмечено, что Россия собирается построить 26 энергоблоков, а за все время существования СССР было возведено лишь 30 блоков [7].

В Энергетической стратегии России на период до 2030 г. предусмотрено увеличение производства электроэнергии на атомных электростанциях почти в 4 раза.

Заложены меры, направленные на развитие альтернативной энергетики. «Энергетика, основанная на возобновляемых источниках энергии, будет развиваться в том числе в виде малых гидроэлектростанций, солнечных энергоустановок, геотермальных электростанций и теплоснабжающих установок, биоэнергетических и ветровых установок, мусоросжигающих и мусороперерабатывающих энергокомплексов в крупных городах. Возможно использование энергии приливов» [1, п.7 раздел IV].

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По мнению многих ученых в основе энергетики ближайшего будущего лидирующие позиции по-прежнему останутся за теплоэнергетикой на не возобновляемых ресурсах. Но структура ее изменится. Вероятней всего произойдет  сокращение использования нефти и значительно увеличится производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется использование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей, например, в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Увеличится объем применения природного газа, запасы которого в стране намного превосходят запасы в других странах.