Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Реферат

По дисциплине «Энергетические ресурсы»

На тему: «Теплоэлектростанции»

Введение

Необходимость электрической энергии для современного производства и быта человека общеизвестна. Электроэнергию производят на электрических станциях, использующих различные виды природной энергии. Промышленное значение имеет тепловая химически связанная энергия органического топлива, гидравлическая энергия рек, энергия деления атома. Основными являются тепловые электрические станции на органическом топливе (ТЭС), производящие около 75% электроэнергии в мире. Рассматриваемая электростанция является типовой пылеугольной конденсационной электростанцией.

1 Технологическая схема тепловой электростанции

теплоэлектростанция нетрадиционная энергетика

Технологическая схема тепловой электростанции отражает состав и взаимосвязь ее технологических систем, общую последовательность протекающих в них процессов (рис. 1).

В состав тепловой электростанции входят: топливное хозяйство и система подготовки топлива к сжиганию; котельная установка - совокупность котла и вспомогательного оборудования; турбинная установка- совокупность турбины и вспомогательного оборудования; установки водоподготовки и конденсатоочистки; система технического водоснабжения, система золошлакоудаления; электротехнического хозяйство; система управления энергооборудованием.

Топливное хозяйство включает приемно-разгрузочные устройства, транспортные механизмы, топливные склады твердого и жидкого топлива, устройства для предварительной подготовки топлива (дробильные установки для угля). В состав мазутного хозяйства входят также насосы для перекачки мазута и подогреватели.

Подготовка твердого топлива к сжиганию состоит в размоле и сушке его в пылеприготовительной установке, а подготовка мазута заключается в его подогреве, очистке от механических примесей, иногда в обработке специальными присадками. Подготовка газового топлива сводится в основном к регулированию давления газа перед поступлением его в котел.

Необходимый для горения топлива воздух подается в котел дутьевыми вентиляторами. Продукты сгорания топлива- дымовые газы- отсасываются дымососами и отводятся через дымовые трубы в атмосферу. Совокупность каналов (воздуховодов и газоходов) и различных элементов оборудования, по которым проходят воздух и дымовые газы, образуют газовоздушный тракт тепловой электростанции. Входящие в его состав дымососы, дымовая труба и дутьевые вентиляторы составляют тягодутьевую установку. В зоне горения топлива входящие в его состав негорючие (минеральные) примеси претерпевают физико-химические превращения и удаляются из котла частично в виде шлака, а значительная их часть уносится дымовыми газами в виде мелких частиц золы. Для защиты атмосферного воздуха от выбросов золы перед дымососами (для предотвращения их золового износа) устанавливают золоуловители.

Шлак и уловленная зола удаляются обычно гидравлическим способом за пределы территории электростанции на золоотвалы.

При сжигании мазута и газа золоуловители не устанавливаются.

При сжигании топлива химически связанная энергия превращается в тепловую, образуется продукты сгорания, теплоноситель, которые в поверхностях нагрева котла отдают теплоту воде и образующемуся из нее пару.

Совокупность оборудования, отдельных его элементов, трубопроводов, по которым движутся вода и пар, образует водопаровой тракт станции.

В котле вода нагревается температуры насыщения, испаряется, а образовавшийся из кипящей (котловой) воды насыщенный пар перегревается. Из котла перегретый пар направляется по трубопроводам в турбину, где его тепловая энергия превращается в механическую, передаваемую валу турбины. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, отдает теплоту охлаждающей воде и конденсируется.

На современных тепловых электростанциях с агрегатами единичной мощность 200 МВт и выше применяют промежуточный перегрев пара. В этом случае турбина имеет две части: часть высокого и часть низкого давления. Обработав в части высокого давления турбины, пар направляется в промежуточный перегреватель, где к нему дополнительно подводится теплота. Далее пар снова возвращается в турбину, в часть низкого давления, а из нее поступает в конденсатор. Промежуточный перегрев пара увеличивает КПД турбинной установки и повышает надежность ее рабаты.

Из конденсатора конденсат откачивается конденсатным насосом и, пройдя через подогреватели низкого давления (ПНД), поступает в деаэратор. Здесь он нагревается паром до температуры насыщения, при этом из него выделяется и удаляется в атмосферу кислород и углекислота для предотвращения коррозии оборудования. Из деаэратора деаэрированная вода, называемая питательной водой, питательный насосом прокачивается через подогреватели высокого ПВД) и давления (подается в котел.

Конденсат в ПНД и деаэраторе, а также питательная вода в ПВД подогреваются паром, отбираемым из турбины. Такой способ подогрева означает возврат (регенерацию) теплоты в цикл и называется регенеративным подогревом. Благодаря ему уменьшается поступление пара в конденсатор, а следовательно, и количество теплоты, передаваемой охлаждающей воде, что приводит к повышению КПД паротурбинной установки.

Совокупность элементов, обеспечивающих конденсаторы охлаждающей водой, называют системой технического водоснабжения. К ней относятся: источник водоснабжения (река, водохранилище, башенный охладитель-градирня), циркуляционный насос, подводящий и отводящие водоводы. В конденсаторе охлаждающей воде передается около 55% теплоты пара, поступающего в турбину; эта часть теплоты не используется для выработки электроэнергии и бесполезно пропадает.

Эти потери значительно уменьшаются, если отбирать из турбины частично отработавший пар и его теплоту использовать для технологических нужд промышленных предприятий или для подогрева воды на отопление. Таким образом, станция становится теплоэлектроцентралью (ТЭЦ), обеспечивающей комбинированную выработку электрической и тепловой энергии. На ТЭЦ устанавливаются специальные турбины с отборами пара- так называемые теплофикационные.

Конденсат пара, отданного тепловому потребителю, подается на ТЭЦ насосом обратного конденсата.

На ТЭС существуют внутренние потери конденсата и пара, обусловленные неполной герметичностью водопарового тракта, а также безвозвратным расходом пара и конденсата на технические нужды станции. Они составляют небольшую долю общего расхода пара на турбины (около 1-1,5%).

На ТЭЦ могут быть и внешние потери пара и конденсата, связанные с отпуском теплоты промышленным потребителям. В среднем они равны 35-50%. Внутренние и внешние потери пара и конденсата восполняют предварительно обработанной в водоподготовительной установке добавочной водой.

Таким образом, питательная вода котлов представляет собой смесь турбинного конденсата и добавочной воды.

Электротехническое хозяйство станции включает электрический генератор, трансформатор связи, главное распределительное устройство, систему электроснабжения собственных механизмов электростанции через трансформатор собственных нужд.

Система управления энергооборудованием на тепловых электростанциях осуществляет сбор и обработку информации о ходе технологического процесса и состоянии оборудования, автоматическое и дистанционное управление механизмами и регулирование основных процессов, автоматическую защиту оборудования.

Рис. 1. Технологическая схема тепловой электростанции.

1- топливное хозяйство; 2- подготовка топлива; 3- котел; 4- промежуточный пароперегреватель; 5- часть высокого давления турбины; 6- часть низкого давления турбины; 7- генератор; 8- трансформатор собственных нужд; 9- трансформатор связи; 10- главное распределительное устройство; 11- конденсатор; 12- конденсатный насос; 13- циркуляционный насос; 14- источник водоснабжение (река); 15- подогреватель низкого давления; 16- водоподготовительная установка; 17- тепловой потребитель; 18- насос обратного конденсата; 19- деаэратор; 20- питательный насос; 21- подогреватель высокого давления; 22- шлакозолоудаление; 23- золоотвал; 24- дымосос; 25- дымовая труба; 26- дутьевой вентилятор; 27- золоуловитель.

1.1 Особенности конструкции турбин

Конструктивные особенности современных паровых турбин определяются в первую очередь их назначением, мощностью и условиями

работы в энергетической системе, а также начальными параметрами пара и параметрами пара в промежуточном перегревателе.

Конденсационные паровые турбины.

Если мощность конденсационных паровых турбин не превышает 50 МВт, их выполняют одноцилиндровыми, т. е. все ступени размещают в одном корпусе. С ростом единичной мощности агрегатов и повышением параметров свежего пара количество цилиндров возрастает. В настоящее время многие турбины большой мощности имеют до четырех цилиндров, а некоторые, например К-1200-240 ЛМЗ -- пять цилиндров.

Конструктивные особенности конденсационных турбин ТЭС большой мощности рассмотрим на примере турбины К-800- 240 ЛМЗ, продольный разрез которой показан на рис. 2. Турбина рассчитана на начальные параметры пара 23,5 МПа и 540°С при промежуточном перегреве до 540°С, давлении в конденсаторе 3,43 кПа и частоте вращения 50 1/с.

Пар из котла подается к двум установленным перед турбинной блокам клапанов. Каждый блок состоит из стопорного и двух регулирующих клапанов. В турбине применено сопловое парораспределение, поэтому регулирующие клапаны открываются поочередно. От регулирующих клапанов по четырем паровпускным патрубкам, расположенным в средней части внешнего корпуса 1 цилиндра высокого давления, пар проходит в сопловые коробки 4, откуда поступает в одновенечную регулирующую ступень 3. Далее пар проходит пять нерегулируейых ступеней, расположенных во внутреннем корпусе 2. Затем поток пара поворачивает на 180° и проходит сначала между стенками внутреннего 2 и внешнего 1 корпусов ЦВД, охлаждает внутренний корпус и попадает во второй отсек этого цилиндра, где расположены шесть ступеней. Пар, имеющий давление 3,9 МПа и температуру 290° С, по двум паропроводам направляется из ЦВД в промежуточный перегреватель и возвращается к стопорным клапанам ЦСД, имея давление 3,34 МПа и температуру 540°С.

От стопорных клапанов ЦСД, расположенных рядом с турбиной, пар направляется к регулирующим клапанам 7 ЦСД, за которыми разделяется на два потока. В каждом потоке двух - поточного симметричного ЦСД имеется по девять ступеней. На выходе из ЦСД при номинальном режиме давление пара равно 0,28 МПа. Из ЦСД пар перепускается в три двухпоточных ЦНД. Каждый поток имеет пять ступеней. Корпус цилиндра низкого давления состоит из средней части 10 и двух выхлопных патрубков 12, соединенных фланцами. Средняя часть корпуса ЦНД имеет двухстенную конструкцию.

Валопровод паротурбинной установки состоит из роторов 5 и 6 ЦВД и ЦСД, трех роторов 11 ЦНД и ротора генератора, каждый из которых установлен на двух опорных подшипниках. Все роторы соединены жесткими муфтами. Валопровод имеет один комбинированный опорно-упорный подшипник, установленный между ЦВД и ЦСД.

Для организации тепловых расширений турбина имеет три фикспункта. Первый расположен на задней поперечной раме первого ЦНД. От этого фикспункта первый ЦНД, а также ЦСД и ЦВД расширяются в сторону переднего подшипника вдоль продольных шпонок, установленных на фундаментной раме. Два других ЦНД имеют собственные фикспункты, расположенные на передних поперечных рамах, поэтому соединения смежных корпусов подшипников ЦНД выполнены подвижными.

В турбинах, работающих на перегретом паре, применяют типовые однопоточные ЦВД двух вариантов. Вариант с петлевым потоком пара, конструкция которого рассмотрена выше, используют в конденсационных турбинах J1M3, а также в теплофикационных ТМЗ. Вариант типовой конструкции ЦВД с прямым. При больших мощностях турбин ЦСД обычно выполняют двухпоточными. В зоне подвода пара после промперегрева корпуса таких ЦСД имеют двухстенную конструкцию.

Теплофикационные турбины. Продольный разрез теплофикационной турбины Т-100-130 ТМЗ с одним регулируемым отбором пара показан на рис. 68. Конструкция этой турбины мало отличается от конструкции теплофикационных турбин меньших мощностей. Пар с начальными параметрами р0= 12,75 МПа и t0= = 555°С поступает к стопорному клапану, а затем направляется к четырем регулирующим клапанам 1. В одностенном корпусе 3 ЦВД закреплена сопловая коробка, через которую пар проходит в двухвенечную регулирующую ступень 2, а затем расширяется в восьми ступенях ЦВД до давления 3,4 МПа (верхний регенеративный отбор). Из ЦВД пар направляется в ЦСД, корпус 6 которого также одностенный. Промежуточный перегрев пара й этой турбине отсутствует.

В ЦСД пар расширяется в четырнадцати ступенях до давления нижнего отопительного отбора, которое может изменяться от 0,05 до 0,2 МПа, а затем поступает в двухпоточный ЦНД.

Корпус ЦНД состоит из средней части 7 и выхлопных патрубков 8. Первая ступень каждого потока имеет поворотную диаграмму. В каждом потоке ЦНД расположено по две ступени.

В ЦВД и ЦСД потоки пара имеют противоположное направление. Кроме турбин Т-100-130 в последнее время ТМЗ выпускает самые мощные в мире теплофикационные турбины Т-250/300-240 со сверхкритическими начальными параметрами.

Конструкцию теплофикационной турбины с двумя регулируемыми отборами пара рассмотрим на примере турбины ПТ-60- 130/13 ЛМЗ, продольный разрез которой показан на рис. 69.

В ЦВД пар расширяется от начального давления до давления первого регулируемого отбора. Проточная часть ЦВД включает в себя одновенечную регулирующую ступень 3 и 16 ступеней активного типа. При больших расходах пара одновременно с открытием последнего регулирующего клапана 2 открывается также обводной клапан 4, перепускающий пар из камеры регулирующей ступени за четвертую ступень.

Вышедший из ЦВД пар разделяется на два потока: один направляется тепловому потребителю, а второй через регулирующий клапан 6 подводится к ЦНД. В этом цилиндре располагаются части среднего и низкого давления. Часть среднего давления состоит из регулирующей ступени 7 и последующих восьми ступеней активного типа, в которых пар расширяется до давления второго регулируемого отбора. После камеры этого отбора одна часть пара направляется тепловому потребителю, а другая через поворотную диафрагму 9 -- в часть низкого давления, где расположены четыре ступени.

Рис. 2. Продольный разрез турбины К-800-240 ЛМЗ (показан один ЦНД из трех):

1, 2, 8, 9 - внешний и внутренний корпуса ЦВД и ЦСД, 3 - регулирующая ступень, 4 - сопловая коробка, 5, 6, 11 - роторы ЦВД, ЦСД и ЦНД, 7 - регулирующий клапан ЦСД, 10 - корпус ЦНД, 12 - выхлопной патрубок.

Рис. 2. Продольный разрез турбины Т-100-130 ТМЗ.

1-регулирующий клапан, 2-регулирующая ступень, 3, 6-корпуса ЦВД и ЦСД, 4, 5, 9-роторы ЦВД, ЦСД и ЦНД, 7-средняя часть корпуса ЦНД, 8-выхлопной патрубок ЦНД.

Рис. 3. Продольный разрез турбины ПТ-60-130/13 ЛМЗ:

1, 8 - корпуса ЦВД и ЦНД, 2, 6 - регулирующие клапаны ЦВД и ЦНД, 3, 7 - регулирующие ступени ЦВД и ЦНД, 4 - обводный клапан, 5, 10 - роторы ЦВД и ЦНД, 9 - поворотная диафрагма.

1.2 Место паровой турбины в схеме преобразования энергии на электростанциях

Турбинами (от латинского слова turbo -- вихрь, вращение) называют лопастные машины, не имеющие поршня и кривошипно - шатунного механизма и преобразующие кинетическую и потенциальную энергию потока рабочего тела в механическую энергию вращения вала. В зависимости от типа рабочего тела турбины разделяют на паровые, газовые и гидравлические.

В паровых турбинах рабочим телом, как правило, служит водяной пар. Паровая турбина является одним из основных элементов тепловой (ТЭС) и атомной (АЭС) электрических станций. Тепловые электрические станции, предназначенные для производства электроэнергии, называют конденсационными электростанциями (КЭС). Если на ТЭС водяной пар используется не только для выработки электроэнергии, но и для теплоснабжения, такую электростанцию называют теплоэлектроцентралью (ТЭЦ). Преобразование тепловой энергии в электрическую на ТЭС происходит в паротурбинной установке (ПТУ), основными элементами которой являются котел, турбина, конденсатор и электрический генератор.

Для определения места турбины в схеме преобразования энергии на ТЭС рассмотрим принципиальную схему ПТУ с промежуточным перегревателем (рис. 4, а). Если потери в турбине и насосах не учитывают (идеальные турбины и насосы), ПТУ работает по идеальному циклу Ренкина с промежуточным перегревом, T, s-диаграмма которого показана на рис. 4, б (далее преобразование энергии будем рассматривать параллельно по рис. 4, а и б).

Рабочим телом в ПТУ являются вода и водяной пар. Рабочее тело от конденсатора 8 до подогревателя 11 называют конденсатом, а от подогревателя 11 до котла 1 -- питательной водой.

Питательный насос 13 служит для повышения давления питательной воды до начального давления р0 и подачи ее в котел. При этом на 1 кг питательной воды затрачивается работа LH. Процесс изоэнтропного (без потерь) сжатия воды насосом изображен в T, s - диаграмме линией аb.

В котле 1 в результате химических реакций окисления (горения) органического топлива происходит выделение теплоты. Эта теплота передается воде и водяному пару. В котле происходят нагрев воды при постоянном давлении до температуры кипения (линия bc на T,s - диаграмме) и испарение ее (линия cd), а также перегрев пара до температуры to (линия de).

Рис. 4. Принципиальная схема паротурбинной установки ТЕС с промежуточным перегревателем (а) и Т, s - диаграмма ее цикла (b):

1 -- котел, 2 -- перегреватель, 3 -- промежуточный перегреватель, 4, 5, 6 -- ЧВД, ЧСД и ЧНД турбины, 7 -- электрический генератор, 8 -- конденсатор, 9 -- циркуляционный насос, 10 -- конденсатный насос, 11-- регенеративный подогреватель, 12 -- деаэратор, 13 -- питательный насос

Вышедший из пароперегревателя пар, имеющий энтальпию h0 и температуру t0 (точка е на T, s-диаграмме), направляется в часть 4 высокого давления (ЧВД) турбины, где расширяется я направляется в промежуточный перегреватель 3. Из промежуточного перегревателя пар, имеющий энтальпию hпn и температуру tпп (точка g на T, s-диаграмме), снова поступает в турбину-- в ее часть 5 среднего давления (ЧСД), а затем в часть 6 низкого давления (ЧНД).

В турбине, работающей без потерь и теплообмена с внешней средой, процесс расширения пара протекает по изоэнтропе-- линии ef для ЧВД и gm для ЧСД и ЧНД на T, s-диаграмме.

Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор 8, где при неизменном давлении рк производится отбор от него теплоты охлаждающей (циркуляционной) водой, которая подводится к конденсатору циркуляционным насосом 9. Процесс конденсации пара показан на T, s-диаграмме линией та. Конденсат, имеющий энтальпию h/, откачивается конденсатным насосом и поступает в регенеративный подогреватель 11. Для упрощения на рис. 4, а показан только один регенеративный подогреватель. В зависимости от типа и параметров паротурбинной установки регенеративных подогревателей может быть семь -- десять.

В регенеративном подогревателе энтальпия конденсата повышается до hп за счет теплоты, полученной от пара, отбираемого из проточной части турбины. Далее питательная вода поступает в деаэратор 12, где освобождается от растворенных в ней газов, для чего используется пар, отбираемый из проточной части турбины. Из деаэратора питательная вода откачивается питательным насосом и подается в котел. Таким образом замыкается цикл рабочего тела в паротурбинной установке.

Энергия вращения вала турбины передается ротору электрического генератора 7. В генераторе происходит преобразование механической энергии вращения ротора в электрическую. Частота f (Гц) вырабатываемого генератором тока и частота вращения n его ротора связаны соотношением

f=(m/2)n/60, (1)

где m -- число полюсов генератора.

В СССР принята частота переменного тока 50 Гц, поэтому в ПТУ, имеющих частоту вращения n=3000 об/мин применяют двухполюсные генераторы. На АЭС применяют также турбины, имеющие частоту вращения n=1500 об/мин. В этом случае необходимы специальные четырехполюсные генераторы.

Так как на выводах генератора пока не удается получить напряжение выше 20 000 В, то для уменьшения потерь энергии в линиях электропередачи повышают с помощью трансформатора напряжение.

Таким образом, в многоступенчатой схеме преобразования энергии сгорания топлива в электрическую энергию паровая турбина занимает промежуточное положение -- преобразует тепловую энергию водяного пара в механическую энергию вращения вала.

1.3 Турбины для комбинированной выработки теплоты и электроэнергии

В нашей стране на теплоэлектроцентралях для комбинированной выработки электрической энергии и теплоты широко применяют теплофикационные турбины -- с противодавлением и турбины с регулируемыми отборами пара.

Турбины с противодавлением

Схема турбины с противодавлением (типа Р) показана на рис. 5. Пар с начальными параметрами ро, to подводится из котла в турбину 3, где расширяется до давления рп, и, покидая его, направляется к тепловому потребителю 1. Для отопительных установок (сетевых подогревателей-бойлеров) давление пара рп= = 70/250 кПа, а для промышленных целей он колеблется в более широких пределах: от 0,4--0,7 до 1,3--1,8 МПа.

Поскольку весь покидающий турбину пар используется тепловым потребителем, электрическая мощность паротурбинной установки определяется этим расходом пара, задаваемым потребителем теплоты:

p=GH0n0,.

Так как в большинстве случаев графики потребления тепловой и электрической энергии не совпадают, то турбина, работая по тепловому графику, не может полностью обеспечить потребителей электроэнергией. Поэтому в современных энергетических системах турбины с противодавлением работают не изолированно, а параллельно с конденсационными турбинами 5. При этом вырабатывает лишь количество электроэнергии, определяемое расходом пара, идущего тепловому потребителю, а остальная электроэнергия вырабатывается конденсационными турбинами. Конденсационные турбины не обязательно должны быть установлены на одной станции. Важно, чтобы их генераторы были включены в общую электрическую сеть.

Если в часы максимальных тепловых нагрузок расход пара, необходимый тепловым потребителям, превышает максимальную пропускную способность теплофикационной турбины, в его линию дополнительно поступает пар из редукционно-охладительной установки (РОУ) 2. Эта установка позволяет также снабжать теплового потребителя 1 паром в период остановов турбины 3.

Как уже отмечалось, мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, определяется нагрузкой теплового потребителя. Это не позволяет эффективно использовать установленную мощность турбогенератора и, в свою очередь, ограничивает область применения турбин с противодавлением. Допустим, что турбина с противодавлением обслуживает отопительное тепловое потребление. Следовательно, в зимние месяцы, когда расход теплоты на отопление большой, турбина развивает значительную электрическую мощность. Летом же, когда отопление не требуется, турбина может оказаться совсем без нагрузки. В этом случае не только турбина, но и связанное с ней электрическое оборудование не используются. Поэтому турбину с противодавлением целесообразно устанавливать при наличии таких тепловых потребителей, нагрузка которых не прерывается в течение суток и держится на достаточно высоком уровне круглый год. Давление пара, поступающего к тепловому потребителю, необходимо, как правило, поддерживать постоянным.

Конструктивно турбина с противодавлением отличается от конденсационной только отсутствием ступеней, работающих в области низких давлений. Поэтому турбину с противодавлением выполняют так же, как ЧВД конденсационной турбины.

Рис. 5. Схема турбины с противодавлением:

1 -- тепловой потребитель, 2 -- редукционно-охладительная установка, 3, 5 -- турбины с противодавлением и конденсационная, 4 -- генераторы, 6 -- конденсатор.

2 Нетрадиционная энергетика

В нашем индустриальном обществе от энергии зависит все. С ее помощью движутся автомобили, улетают в космос ракеты. С ее помощью можно поджарить хлеб, обогреть жилище и привести в действие кондиционеры, осветить улицы, вывести в море корабли.

Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования и развития человечества, оказывает воздействие на природу и окружающую человека среду. С одной стороны в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепла и электроэнергии и т.д.

Во второй половине ХХ столетия перед человечеством восстала глобальная проблема - это загрязнение окружающей среды продуктами сгорания органического топлива. Даже если рассматривать отдельно каждую отрасль этой проблемы, то картина будет складываться ужасная. К примеру, вот данные статистики по выбросам в окружающую среду вредных веществ автомобилями: с выхлопными газами автомобилей в атмосферу попало 14,7 миллиона тонн оксида углерода, 3,4 миллиона тонн углеводородов, около одного миллиона тонн оксидов азота, более 5,5 тысячи тонн высокотоксичных соединений свинца. И это данные на далекий 1993 год и если учесть, что каждый год с конвейеров автомобильных заводов сходит свыше 40 миллионов машин, и темпы производства растут, то можно сказать, что уже через десять лет все крупные города мира увязнут в смоге. К этому еще необходимо добавить продукты сгорания топлива на тепловых электростанциях, затопление огромных территорий гидроэлектростанциями и постоянная опасность в районах АЭС. Но у этой проблемы есть и вторая сторона медали: все ныне используемые источники энергии являются исчерпаемыми ресурсами. То есть через столетие при таких темпах потребления угля, нефти и газа население Земли увязнет в энергетическом кризисе.

В мире все больше ученых инженеров занимаются поисками новых, нетрадиционных источников, которые могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией. Решение этой задачи исследователи ищут на разных путях. Самым заманчивым, конечно, является использование вечных, возобновляемых источников энергии-энергии текущей воды и ветра, океанских приливов и отливов, тепла земных недр, солнца. Много внимания уделяется развитию атомной энергетики, ученые ищут способы воспроизведения на Земле процессов, протекающих в звездах и снабжающих их колоссальными запасами энергии.

В отличие от ископаемых топлив нетрадиционные формы энергии не ограничены геологически накопленными запасами. Это означает, что их использование и потребление не ведет к неизбежному исчерпанию запасов.

Основной фактор при оценке целесообразности использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии - стоимость производимой энергии в сравнении со стоимостью энергии, получаемой при использовании традиционных источников. Особое значение приобретают нетрадиционные источники для удовлетворения локальных потребителей энергии.

В данной работе будут рассмотрены проблемы нахождения новых видов топлива, которые можно было бы назвать безотходными и неисчерпаемыми.

2.1 Солнечная энергия

Всего за три дня Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько её содержится во всех разведанных запасах ископаемых топлив, а за 1 сек. - 170 млрд. Дж. Большую часть этой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть её достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той её части, которую получает Земля, в 5 млрд. раз. Но даже такая «ничтожная» величина в 1600 раз больше энергии, которую дают все остальные источники, вместе взятые. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Солнечная энергия - наиболее грандиозный, дешевый, но и, пожалуй, наименее используемый человеком источник энергии.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности энергетики, основанные на использовании непосредственного солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Использование всего лишь 0,0125% энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5% полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти громадные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах

Только очень небольшая часть этой энергии может быть практически использована. Едва ли не главная причина подобной ситуации - слабая плотность солнечной энергии. Простой расчет показывает, что если снимаемая с 1 м 2 освещенной солнцем поверхности мощность в среднем составляет 160 Вт, то для генерирования 100 тыс. кВт нужно снимать энергию с площади в 1,6 км 2. Ни один из известных в настоящее время способов преобразования энергии не может обеспечить экономическую эффективность такой трансформации.

Выше говорилось о средних величинах. Доказано, что в высоких широтах плотность солнечной энергии составляет 80 - 130 Вт/м2, в умеренном поясе - 130 - 210, а в пустынях тропического пояса 210 - 250 Вт /м 2. Это означает, что наиболее благоприятные условия для использования солнечной энергии существуют в развивающихся странах Африки, Южной Америки, в Японии, Израиле, Австралии, в отдельных районах США (Флорида, Калифорния). В СНГ в районах, благоприятных для этого, живет примерно 130 млн. человек, в том числе 60 млн. в сельской местности.

Однако даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт /м 2. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения «собирали» за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества, нужно разместить их на территории 130 000 км 2. Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты, Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км 2, требует примерно 10000 тонн алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1170000 000 тонн.

Из вышеизложенного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а, следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Пока ещё электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проводят на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Но, тем не менее, станции-преобразователи солнечной энергии строят, и они работают.

Солнечную радиацию при помощи гелиоустановок преобразуют в тепловую или электрическую энергию, удобную для практического применения. В южных районах нашей страны созданы десятки солнечных установок и систем. Они осуществляют горячее водоснабжение, отопление и кондиционирование воздуха жилых и общественных зданий, животноводческих ферм и теплиц, сушку сельскохозяйственной продукции, термообработку строительных конструкций, подъем и опреснение минерализованной воды и др.

С 1988 года на Керченском полуострове работает Крымская солнечная электростанция. Она невелика - мощность всего 5 МВт. Она работает без каких-либо выбросов в окружающую среду, что особо важно в курортной зоне, и без использования органического топлива. Работая 2000 часов в год, станция вырабатывает 6 млн. кВт электроэнергии.

С начала 50-х годов в нашей стране космические летательные аппараты используют в качестве основного источника энергопитания солнечные батареи, которые непосредственно преобразуют энергию солнечной радиации в электрическую. Они являются практически незаменимым источником электрического тока в ракетах, спутниках и автоматических межпланетных станциях.

Освоение космического пространства позволяет разрабатывать проекты солнечно-космических электростанций для энергоснабжения Земли. Эти станции, в отличие от земных, не только смогут получать более плотный поток теплового солнечного излучения, но и не зависят от погодных условий и смены дня и ночи. Ведь в космосе Солнце сияет с неизменной интенсивностью.

Продолжается изучение возможностей более широкого использования гелиоустановок: «солнечные» крыши на домах для энергоснабжения и теплоснабжения, «солнечные» крыши на автомобилях для подзарядки аккумуляторов, «солнечные» фермы в сельских районах и т.д.

Ученые и энергетики продолжают вести работу по поиску новых более дешевых возможностей использования солнечной энергии. Возникают новые идеи, новые проекты.

Заключение

Энергия - это движущая сила любого производства. Тот факт, что в распоряжении человека оказалось большое количество относительно дешевой энергии, в значительной степени способствовало индустриализации и развитию общества. Однако в настоящее время при огромной численности населения и производство, и потребление энергии становится потенциально опасным. Наряду с локальными экологическими последствиями, сопровождающимися загрязнением воздуха и воды, эрозией почвы, существует опасность изменения мирового климата в результате действия парникового эффекта.

Человечество стоит перед дилеммой: с одной стороны, без энергии нельзя обеспечить благополучия людей, а с другой - сохранение существующих темпов ее производства и потребления может привести к разрушению окружающей среды, серьезному ущербу здоровья человека.

Сегодня около половины мирового энергобаланса приходится на долю нефти, около трети - на долю газа и атома (примерно по одной шестой) и около одной пятой - на долю угля. На все остальные источники энергии остается всего несколько процентов. Совершенно очевидно, что без тепловых и атомных электростанций на современном этапе человечество обойтись не в состоянии, и все же по возможности там, где есть, следует внедрять альтернативные источники энергии, чтобы смягчить неизбежный переход от традиционной энергетики к альтернативной. Тогда будет жизненно важно, сколько солнечных батарей успеет вступить в действие, сколько заработает “мини-ГЭС” и приливных станций, открывающих дорогу тысячам других, сколько цепочек ветряков встанет по горам и сколько цепочек волновых буйков закачается у побережий.

Ядерная энергия играет исключительную роль в современном мире: ядерное оружие оказывает влияние на политику, оно нависло угрозой над всем, живущим на Земле. А пока человечество стремится утолить свои непрерывно растущие потребности в энергии путем беспредельного развития ядерной энергетики, радиоактивные отходы загрязняют нашу планету. В действительности жизнь на Земле всегда зависела от ядерной энергии: ядерный синтез питает энергией Солнце, радиоактивные процессы в недрах Земли нагревают ее жидкое ядро, влияют на подвижность материковых плит.

Первая половина 20 века ознаменовалась крупнейшей победой науки - техническим решением задачи использования громадных запасов энергии тяжелых атомных ядер - урана и тория. Этого вида топлива, сжигаемого в атомных котлах, не так уж много в земной коре. Если всю энергетику земного шара перевести на него, то при современных темпах роста потребления энергии урана и тория хватит лишь на 100 - 200 лет. За этот же срок исчерпаются запасы угля и нефти.

Вторая половина 20 века стала веком термоядерной энергии. В термоядерных реакциях происходит выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий. Быстро протекающие термоядерные реакции осуществляются в водородных бомбах.

В термоядерных реакторах, безусловно, будет использоваться не обычный, а тяжелый водород. В результате использования водорода с атомным весом, отличным от наиболее часто встречающегося в природе, удастся получить ситуацию, при которой литр обычной воды по энергии окажется, равноценен примерно 400 литрам нефти. Элементарные расчеты показывают, что дейтерия (разновидность водорода, которая будет использоваться в подобных реакциях) хватит на земле на сотни лет при самом бурном развитии энергетики, в результате чего проблема заботы о топливе отпадет практически навсегда.

И все-таки вновь и вновь мы обращаемся к вопросу, из какого материала и какими методами в будущем человечество должно получать энергию? На сегодня существует несколько основных концепций решения проблемы.

Расширение сети станций на урановом топливе.

Переход к использованию в качестве ядерного топлива тория-232, который в природе более распространен, нежели уран.

Переход к атомным реакторам на быстрых нейтронах, которые могли бы обеспечить производство ядерного топлива более чем на 3000 лет, в настоящее время является сложной инженерной проблемой и несет в себе огромную экологическую опасность, в связи, с чем испытывает серьезное противодействие со стороны мировой экологической общественности и является малоперспективным.

Освоение термоядерных реакций, во время которых происходит выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий [10; стр. 40-67].

В настоящее время наиболее разумным представляется развитие энергетики в расширении сети урановых и уран-ториевых атомных станций в период решения проблемы управления термоядерной реакцией.

Однако, главная проблема современной энергетики - не истощение минеральных ресурсов, а угрожающая экологическая обстановка: еще задолго до того, как будут использованы все мыслимые ресурсы, разразиться экологическая катастрофа, которая превратит Землю в планету, совершенно не приспособленную для жизни человека.

Литература

1. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии в Энергетической программе СССР - География в школе. 4/90 - М.: Педагогика, 1990 г

2. Кононов Ю.Д. Энергетика и экономика. Проблемы перехода к новым источникам энергии. - М.: Наука, 1981.

3. Энергетические ресурсы мира. Под редакцией Непорожнего П.С., Попкова В.И. - М.: Энергоатомиздат. 1995 г.

4. Занин А.И., Соколов В. С. Паровые турбины: Учебное пособие для СПТУ-М. Высшая школа 1988г.

5.Материалы интернета.

Размещено на Allbest.ru