Современные электростанции - виды и направления развития

В предыдущей статье «История развития энергетики» мы рассказывали о изобретениях и достижениях энергетики с древности до 20 века. И это не случайно, так как в 20 веке технологии развивались так бурно, за чуть более 100 лет появилось чуть ли не больше изобретений и новых технологий, чем за предыдущие 2000 лет.

Основным источником энергии стали электростанции, коренным образом изменившие жизнь человечества. Это не могло не найти своего отражения в искусстве.

Картина, написанная в 1937 году, «Свет электричества» Рауля Дюфи прославляющая ученых и инженеров, изменивших человеческую жизнь к лучшему, является одной из самых больших в мире. Ее площадь 600 квадратных метров. Она состоит из 250 деревянных пластин.

Рисунок 1. Картина "Свет электричества"

В течение первых десятилетий 20 века электростанции становились все крупнее.

Электрическая станция – совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории. В зависимости от используемого источника энергии различают:

• Тепловые электростанции (ТЭС), которые используют природное топливо (уголь, природный газ, мазут, нефть, водород, торф, дрова)
• Гидроэлектростанции (ГЭС) , использующие в качестве источника энергии движение водных масс
• Атомные электростанции (АЭС), использующие ядерную энергию
• Иные (альтернативны) электростанции, использующие энергию солнца, ветра, приливов, геотермальных источников и другие)

Примерно 70% мировой энергии вырабатывается на тепловых электростанциях. ТЭС делятся не те которые производят только электроэнергию и те которые вырабатывают электроэнергию и тепло.

В России самые распространенные тепловые электростанции. Обычно ТЭС строят там, где добывают топливо либо в районах потребления энергии.

ГЭС наиболее выгодно строить на полноводных реках.

АЭС построены там, где энергии потребляется много и энергоресурсов не хватает.

Основное оборудование ТЭС – котел-парогенератор, турбина, генератор, конденсатор пара, циркуляционный насос.

Схема ТЭЦ отличается тем, что по ней, кроме электрической энергии, вырабатывается и тепловая путем отвода части пара и нагрева с его помощью воды, подаваемой в тепловые магистрали.

Есть ТЭЦ с газотурбинным установками. Рабочее тепло в них – газ с воздухом.

Данные ТЭЦ легче в эксплуатации, но их мощность в 5-8 раз меньше паровых.

Атомная электростанция отличается от ТЭЦ тем, что котел заменен ядерным реактором. Теплота ядерной реакции используется для получения пара. Ядерное горючее для атомных электростанций – уран. Для то что бы защитить окружающую среду от радиации используется слой бетона в несколько метров толщиной.

Схема работы АЭС

Тяньханге АЭС

Для сравнения при сжигании 1 кг каменного угля получается 8 киловатт-час(кВт/ч) электроэнергии, а при расходовании 1 кг урана вырабатывается 23 миллиона киловатт-час электроэнергии.

Гидроэлектростанции- это станции ,на которых используют энергию воды. Во-первых, это электростанция ,которая использует возобновляемые ресурсы – энергию падающей воды. Гидроэлектростанции достаточно просты в управлении и обладают очень высоким коэффициентом полезного действия- более 80%. Себестоимость этого типа установок раз в 5-6 ниже, чем ТЭС, и они требуют намного меньше обслуживающего персонала.

Схема работы ГЭС

Красноярская ГЭС

Гидроэнергетические ресурсы в турбине гидроэнергетической установки преобразуются в механическую энергию, которая в генераторе превращается в электрическую.

То есть основными источниками энергии являются твердое топливо, газ, нефть, энергия распада урана и других радиоактивных веществ.

Все основные типы электростанций оказывают значительное негативное влияние на окружающую среду.

Поэтому последнее время активно идут разработки электростанций, в работе которых использовались бы нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

К ним относят:

• солнечную
• ветровую и геотермальную энергию
• энергию морских приливов и волн
• низкопотенциальную энергию окружающей среды.

Солнечная электростанция

Ветряная электростанция

Приливная электростанция

К возобновляем источникам энергии относятся биомассы (растения, различные виды органических отходов).

Так начитавшись сказок Александра Сергеевича Пушкина в 2003 году австралийцы анонсировали первую в мире электросиловую установку, использующую в качестве топлива ореховую скорлупу. Строительство «зеленого» генератора вроде как обошлось австралийцам в три миллиона местных долларов. Золотые получились орешки у австралийцев, но объявлено, что у данной установки высокая производительность. Электростанция будет перерабатывать до 1680 килограммов ненужной ореховой скорлупы в час, производя при этом 1,5 мегаватта электричества, что позволяет надеяться на ее быструю окупаемость. Мало того, министерство энергетики Австралии планирует удвоить производительность предприятия в течение ближайших двух лет. Но вот ни фотографий электростанции, ни информации о том, работает ли она в данный момент в сети интерне я не нашла.

Индийские ученые придумали использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Батарейки содержат внутри пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди. От четырех таких батареек можно запустить стенные часы, пользоваться электронной игрой или карманным калькулятором. Новинка рассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных батареек.

Возможно, уже в ближайшем будущем человек сможет «вырабатывать» электроэнергию прогуливаясь по парку или совершая утреннюю пробежку. Дело в том, что сейчас разрабатывают технологию, которая позволит получать электричество, наступая на специальные пластмассовые вставки в обуви.

Работать каблучный генератор будет просто: когда человек идет или бежит, давление его ног на вставки заставляет их сжиматься и растягиваться, и вырабатывать небольшое количество электричества. Простая ходьба даст от одного до трех ватт. Генератор можно будет соединить с аккумулятором, запасающим энергию. Ее вполне хватит для того, чтобы послушать радио или СD-плейер.

К положительным характеристикам данных электростанций относятся повсеместная распространенность большинства их видов, экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, т. к. энергия этих источников как бы бесплатная.

К отрицательным качествам относятся - малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства источников энергии. Нужно заметить, что возобновляемые источники энергии цикличны, а способа сохранять непотраченную энергию или же отправить ее на склад до востребования в промышленных масштабах пока сложно и дорого. Также нетрадиционные возобновляемые источники энергии требуют дорогого соответствующего оборудования.

«Василий, направь свою энергию в возобновляемые источники» ну что-то типа этого…