Глава 3. Геотермальная энергия.

ВВЕДЕНИЕ.

 

Энергетика имеет большое значение в жизни человечества. Уровень ее развития отражает уровень развития производительных сил общества и возможности научно-технического прогресса.

Сегодня энергетика мира в основном базируется на невозобновляемых источниках энергии. В качестве главных энергоносителей выступают нефть, газ и уголь. Ближайшие перспективы развития энергетики связаны с поисками лучшего соотношения энергоносителей и, прежде всего с тем, чтобы попытаться уменьшить долю жидкого топлива. Но можно сказать, что человечество уже сегодня вступило в переходный период.

Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание также берется экологичность и экономичность.

Целью моего реферата является изучение основ альтернативных источников элетроэнергии.

 

 

ГЛАВА 1 ГИДРОЭНЕРГИЯ.

Почти полторы тысячи лет после распада Римской империи водяные колеса служили основным источником энергии для всевозможных производственных процессов в Европе, заменяя физический труд человека.

Устройства, в которых энергия воды используется для совершения работы, принято называть водяными (или гидравлическими.) двигателями. Гидравлический двигатель это машина, преобразующая энергию потока жидкости в механическую энергию ведомого звена (вала, штока).

В современной гидроэлектростанции масса воды с большой скоростью устремляется на лопатки турбин. Вода из-за плотины течет – через защитную сетку и регулируемый затвор – по стальному трубопроводу к турбине, над которой установлен генератор. Механическая энергия воды посредством турбины передается генераторам и в них преобразуется в электрическую. После совершения работы вода стекает в реку через постепенно расширяющийся туннель, теряя при этом свою скорость.

Важнейшие характеристики гидроэлектростанции:

По мощности:

1) Мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше

2) Средние — до 25 МВт

3) Малые гидроэлектростанции — до 5 МВ

По напору:

1) Низконапорные ГЭС (напор от 3 до 25 м)

2) Среднего напора (от 25 м)

3) Высоконапорные (свыше 60 м)

 

 

Затраты на строительство ГЭС велики, но они компенсируются тем, что не приходится платить (во всяком случае, в явной форме) за источник энергии – воду. Мощность современных ГЭС, спроектированных на высоком инженерном уровне, превышает 100 МВт, а К.П.Д. составляет 95% (водяные колеса имеют К.П.Д. 50–85%). Такая мощность достигается при довольно малых скоростях вращения ротора (порядка 100 об / мин), поэтому современные гидротурбины поражают своими размерами. Например, рабочее колесо турбины Волжской ГЭС им. В. И. Ленина имеет высоту около 10 м и весит 420 т.

Преимущества гидроэлектростанций очевидны – постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным.

Поэтому в начале XX века было построено всего несколько гидроэлектростанций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на горной реке Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с многозначительным названием «Белый уголь». Это было лишь началом.

На данный момент в Российской Федерации насчитывается 14 ГЭС мощностью более 1000 МВт, 31 ГЭС мощностью от 100 МВт до 1000 МВт, 53 ГЭС мощностью от 10 МВт до 100 МВт, 93 ГЭС мощностью менее 10 МВт.

Самая крупная гидроэлектростанция в России Саяно-Шушенская ГЭС мощностью 6400 МВт, высота плотины 245 м, станция является 9-ой по размеру ГЭС в мире. Первая по мощности гидроэлектростанция (Три ущелья) действует в Китае, её мощность составляет 22 500 МВт.

 

 

ГЛАВА 2. ЭНЕРГИЯ ВЕТРА.

 

Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумывался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра.

Идея использовать силу ветра для получения электрической энергии не нова. Она родилась ещё в конце 19 века, а именно зимой 1887-88 годов, когда один из основателей американской электрической индустрии, Чарльз Ф. Браш построил прототип автоматически управляемой ветровой турбины для производства электроэнергии. На тот момент она была гигантской — диаметр ротора равнялся 17 метрам и состоял из 144 лопастей, изготовленных из кедра.

Современный ветряк — это стальная башня высотой от 70 до 125 м, на вершине которой установлены генератор и ротор с лопастями из композиционных материалов. Сегодня используют 56-метровые лопасти. Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает энергию электрическую. Получается, что ветроэлектростанции работают как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра превращается электрический ток. Для получения энергии ветра применяют раз­ные конструкции: 1) Первая конструкция «ромашка» это — Многолопастные винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью (тогда у нее есть груз проти­вовес) 2) Вторая конструкция это — вертикальные роторы, напоминающие разре­занную вдоль и насажанную на ось бочку (некое по­добие «вставшего дыбом» вертолетного винта: на­ружные концы его лопастей загнуты вверх и соеди­нены между собой). Вертикальные конструкции хо­роши тем, что улавливают ветер любого направле­ния. Остальным приходится разворачиваться по ветру. Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы». Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком близко, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому ферма занимает много места. Такие фермы есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше. На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и возобновляемых источников энергии. Но строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работающих в любую погоду под открытым небом, стоит недешево. Ветроэлектростанция такой же мощности, как ГЭС, ТЭЦ или АЭС, по сравнению с ними должна занимать большую площадь. К тому же ветроэлектростанции небезвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями. Сейчас в мире некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику. В частности, на 2015 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 42 % всего электричества в Португалии — 27 %; в Никарагуа — 21 %; в Испании — 20 %; Ирландии — 19 %; в Германии — 8 %; в сумме в Европе производится 10 % энергии с помощью ветрогенераторов. Самый большой на данный момент ветрогенератор - Enercon E-126, расположен в Германии. Его высота 198 метров, а размах лопастей 128 метров.

 

ГЛАВА 3. ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ.

 

Геотермальная энергия – это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин..Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно как для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии.

В странах, где термальные воды подходят близко к поверхности, сооружаются геотермальные электростанции (геоТЭС). Они преобразуют тепловую энергию подземных источников в электрическую. Первая промышленная геотермальная электростанция была была построена в 1904 году в Италии. В России первая геоТЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г. на юге Камчатки, в долине реки Паужетка, в районе вулканов Кошелева и Кабального. В 1980 г. ее мощность составляла уже 11 МВт. В Италии 11 таких станций общей мощностью 384 МВт. ГеоТЭС действуют также в США (в Калифорнии), Исландии, Новой Зеландии, Мексике и Японии. Геотермальные станции устроены относительно просто: здесь нет котельной,оборудования для подачи топлива и многих других приспособлений, необходимых для обычных тепловых электростанций. Поскольку топливо у геоТЭС бесплатное, то и себестоимость вырабатываемой электроэнергиив несколько раз ниже. Существует несколько схем полу­чения электроэнергии на геотермальнойэлектростанции. 1) Прямая схема: природ­ный пар направляется по трубам в тур­бины, соединенные с электрогенерато­рами. 2) Непрямая схема: пар предвари­тельно (до того как попадает в турбины) очищают от газов, вызывающих разруше­ние труб. 3) Смешенная схема: неочищен­ный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшейся в результате кон­денсации, удаляют не растворившиеся в ней газы (Именно по смешанной схеме работает Паужетская электростанция). Пароводяная смесь, содержащая тепло в количестве 840 кДж/кг, выводится через буровую скважину глубиной 350 м на поверхность и направляется в специальное устройство. Здесь пар при давлении 225 кПа (свыше 2 атм) отделяется от воды и по трубам поступают в турбины; те вращаются и приводят в действие электрогенераторы. Отработавший в турбинах пар попадает в смешивающий конденсатор, где охлаждается и превращается в воду. Выделившиеся при этом газы (азот и кислород) удаляют насосом. Также горячую воду (120 ºС) используют для теплоснабжения населенных пунктов. Вода для охлаждения пара подается самотеком по трубопроводу длиной 600м из реки. Во многих странах термальными водами обогревают здания, теплицы, парники, плавательные бассейны. А столица Исландии Рейкьявик получает тепло исключительно от горячих подземных источников.