Сравнительная характеристика энергетических комплексов по используемым. Современная география альтернативной энергетики казахстана

Альтернативная энергетика - это нетрадиционные способы получения, передачи и использования энергии. Известна также как «зелёная» энергия». Под альтернативными источниками понимаются возобновляемые ресурсы (такие как вода, солнечный свет, ветер, энергия волн, геотермальные источники, нетрадиционное сжигание возобновляемого топлива).

Базируется на трёх принципах:

1. Возобновляемость.
2. Экологичность.
3. Экономичность.

Альтернативная энергетика должна решить несколько остро стоящих в мире проблем: трата полезных ископаемых и выделение в атмосферу углекислого газа (это происходит при стандартных способах добычи энергии через газ, нефть и т.д.), что влечёт за собой глобальное потепление, необратимое изменение экологии и парниковый эффект.

Развитие альтернативной энергетики

Направление считается новым, хотя попытки использовать энергию ветра, воды и солнца предпринимались ещё в 18 веке. В 1774 году издан первый научный труд по гидротехническому строительству - «Гидравлическая архитектура». Автор работы - французский инженер Бернар Форест де Белидор. После издания труда почти на 50 лет развитие зелёного направления застыло.

• 1846 - первая ветроустановка, проектировщик - Пол ла Кур.
• 1861 - патент на изобретение солнечной электростанции.
• 1881 - постройка гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде.
• 1913 - сооружение первой геотермальной станции, инженер - итальянец Пьеро Джинори Конти.
• 1931 - постройка первой промышленной ветряной станции в Крыму.
• 1957 - установка в Нидерландах мощной ветротурбины (200 кВт), подключённой к государственной сети.
• 1966 - строительство первой станции, вырабатывающей энергию на основе волн (Франция).

Новый толчок в развитии альтернативная энергетика получила в период жёсткого кризиса 1970 годов. С 90-ых годов по начало 21 века в мире зафиксировано критическое количество аварий на электростанциях, что стало дополнительным стимулом разработки зелёной энергии.

Альтернативная энергетика в России

Доля альтернативной энергетики в нашей стране занимает примерно 1% (по данным Минэнерго). К 2020 году планируется увеличить этот показатель до 4,5%. Развитие зелёной энергии будет проводиться не только средствами Правительства. РФ привлекает частных предпринимателей, обещая небольшой возврат средств (2,5 копеек за 1 кВт в час) тем бизнесменам, которые вплотную займутся альтернативными разработками.

Потенциал развития зелёной энергии в РФ огромен:

• океанские и морские побережья, Сахалин, Камчатка, Чукотка и др. территории ввиду малой заселённости и застроенности могут использоваться в качестве источников ветровой энергии;
• источники солнечной энергии в совокупности превышают то количество ресурсов, которые производятся путём переработки нефти и газа, - наиболее благоприятны в этом отношении Краснодарский и Ставропольский края, Дальний Восток, Северный Кавказ и др.

(Крупнейшая солнечная электростанция на Алтае, Россия )

В последние годы финансирование этой отрасли сократилось: планка в 333 млрд рублей опустилась до 700 млн. Это объясняется мировым экономическим кризисом и наличие неотложных проблем. На данный момент альтернативная энергетика не является приоритетным направлением в промышленности России.

Альтернативная энергетика стран мира

(Ветряные генераторы в Дании )

Наиболее динамично развивается гидроэнергетика (ввиду доступности водных ресурсов). Ветровая и солнечная энергия значительно отстают, хотя некоторые страны предпочитают двигаться именнов этих направлениях.

Так, с помощью ветряных установок добывается энергии (от общего числа):

• 28% в Дании;
• 19% в Португалии;
• 16% в Испании;
• 15% в Ирландии.

Спрос на солнечную энергию ниже, чем предложение: устанавливается половина источников от того числа, которое могут обеспечить производители.

(Солнечная электростанция в Германии )

ТОП-5 лидеров по производству зелёной энергии (данные портала вести.ру):

1. США (24,7%) - (все типы ресурсов, более всего задействован солнечный свет).
2. Германия - 11,7% (все виды альтернативных ресурсов).
3. Испания - 7,8% (ветряные источники).
4. Китай - 7,6% (все типы источников, половина из них - ветряная энергетика).
5. Бразилия - 5% (биотопливо, солнечные и ветряные источники).

(Крупнейшая солнечная электростанция в Испании )

Одна из наиболее труднорешаемых проблем - финансы. Зачастую пользоваться традиционными источниками энергии дешевле, чем устанавливать новое оборудование. Одним из потенциально позитивных решений этой задачи является резкое поднятие цен на свет, газ и т.д., чтобы вынудить людей экономить и со временем полностью перейти на альтернативные источники.

Прогнозы развития сильно варьируются. Так, Wind Energy Association обещает,ч то к 2020 году доля зелёной энергии вырастет до 12%, а EREC предполагает, что в 2030 году уже 35% энергопотребления в мире будет обеспечиваться из возобновляемых источников.

Для получения любого вида энергии необходим определенный источник. Как известно, существуют традиционные и нетрадиционные источники энергии, то есть альтернативные.

Традиционными источниками энергии являются нефть, уголь, природный газ. Запасы данных источников энергии исчерпаемы, подлежат длительному восстановлению, а также отрицательно отражаются на экологическом состоянии планеты. Поэтому, большинством стран мира в качестве основного направления развития энергетики определено производство энергии с помощью альтернативных источников энергии. Альтернативные источники энергии относятся к возобновляемым ресурсам, они более экологичны и экономичны.

Основная классификация альтернативных источников энергии

№ п/п	Вид альтернативного источника энергии	Способ применения
1	Энергия солнечного излучения	Фотоэлектрическая панель (ФЭП) Солнечный коллектор Солнечная электростанция (СЭС)
2		Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) Ветряная электростанция (ВЭС)
3	Гидроэнергия	Гидроэлектростанция (ГЭС)
4		Приливная электростанция (ПЭС)
5	Энергия волн океанов и морей	Волновая электростанция (ВЭС)
6		Геотермальная станция (ГеоТЭС)
7	Энергия биомассы (биоэнергия)	Переработка твердых, жидких и газообразных видов биотоплива термохимическими, физико-химическими, либо биохимическими методами

Энергия электромагнитного солнечного излучения

Она может использоваться для выработки как электроэнергии, как и тепловой энергии. Прямое преобразование солнечной радиации в электроэнергию производится как путем прямого преобразования за счет явления внутреннего фотоэффекта на фотоэлектрических панелях, так и косвенно с использованием термодинамических методов (получение пара с высоким давлением ) .

Получение тепловой энергии из солнечной производится за счет поглощения данной энергии и дальнейшего нагрева поверхности и теплоносителя, как специальными коллекторами, так и при помощи использования приемов «солнечной архитектуры».

Совокупность установок для преобразования энергии Солнца составляет солнечную электростанцию.

Кинетическая энергия ветра

Она служит для преобразования в механическую, тепловую, а также, чаще всего, в электроэнергию. Чтобы получить механическую энергию из кинетической энергии воздушных масс применяют элементарные ветряные мельницы. Однако, для дальнейшего преобразования полученной механической энергии необходимо использование ветрогенератора .

Ветрогенератор позволяет преобразовать механическую энергию вращения ротора в электрическую энергию. Существует возможность накопления полученной электроэнергии при помощи аккумуляторных батарей и использования только при необходимости. Такая установка будет называться ветроэнергетической, или ветроустановкой. Совокупность нескольких ветроустановок будет называться ветряной электростанцией.

Преобразование ветровой энергии в тепловую энергию может производиться как косвенно (путем преобразования механической энергии в электрическую энергию, и затем, использованием полученной энергии для питания электрических приборов отопления), так и напрямую (прямое преобразование механической энергии в тепловую с нагревом теплоносителя производится путем применения вихревого теплогенератора)

Гидроэнергия

Гидроэнергия представляет собой солнечную энергию, преобразованную в потенциальную энергию, накопленную в плотине или водохранилище естественных и искусственных водоемов. Гидроэнергию можно преобразовывать в механическую либо электроэнергию с помощью гидротурбин. Данные установки называют гидроэлектростанциями (ГЭС).

Преобразование энергии приливов и отливов в электроэнергию производится на приливных электрических станциях двумя способами:

1. Первый способ по принципу преобразования энергии аналогичен преобразованию энергии на гидроэлектростанции путем вращения турбины, связанной с электрогенератором;
2. При втором способе используется энергия движения воды; данный способ основан на перепаде уровня воды при приливах и отливах.

Энергия волн используется для получения механической и электрической энергии. Преобразование происходит на специальных волновых электростанциях, принцип работы которых основан на оказании воздействия волн на следующие применяемые устройства: поплавки, маятники, лопасти. Перемещение данных устройств образует механическую энергию, которая далее при помощи электрогенератора преобразуется в электроэнергию.

Геотермальная энергия или энергия тепла Земли

Она может использоваться по прямому назначению, либо для получения электроэнергии. Преобразование энергии происходит на геотермальных станциях – ГеоТЭС.

Источники геотермальной энергии могут быть высоко- и низкопотенциальными. К высокопотенциальным источникам относятся гидротермальные ресурсы (термальная вода ). Их применяют для отопления помещений.

Низкопотенциальные источники энергии, в свою очередь, бывают естественными (воздух атмосферы, грунтовая вода, сам грунт) и искусственными (вентиляционный воздух помещения, отработанные воздух, вода или тепло). Данные источники применяют для кондиционирования, теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Биоэнергию производят из разных видов биологического сырья, которое получается после переработки биоотходов. Из твердых (щепа, пеллеты, древесина, солома), жидких (биоэтанол, биометанол, биодизель) и газообразных (биогаз, биоводород) видов биологического топлива путем термохимических (пиролиз, сжигание), физико-химических (биоконверсия), либо биохимических (анаэробное брожение биомассы) методов преобразования получают тепловую или электрическую энергию.

Преимущества и недостатки альтернативных источников энергии следует рассматривать в индивидуальном порядке, однако выделим несколько общих плюсов и минусов, характерных для всех источников.

Плюсы использования альтернативных источников энергии

• Возобновляемость
• Экологический аспект.
• Широкое распространение, доступность.
• Низкая себестоимость производства энергии в обозримом будущем.

Минусы применения альтернативных источников энергии

• Непостоянство, зависимость от погодных условий и времени суток.
• Невысокий коэффициент полезного действия (за исключение водных источников энергии).
• Высокая стоимость
• Недостаточная единичная мощность установок.

Не зря говорят: «Энергетика – хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие – «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря – о богатстве любого государства.

В природе запасы энергии огромны. Ее несут солнечные лучи, ветры и движущиеся массы воды, она хранится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безгранична энергия, «запечатанная» в ядрах атомов вещества. Но не все ее формы пригодны для прямого использования.

За долгую историю энергетики накопилось много технических средств и способов добывания энергии и преобразования ее в нужные людям формы. Собственно, и человек-то стал человеком только тогда, когда научился получать и использовать тепловую энергию. Огонь костров зажгли первые люди, еще не понимавшие его природы, однако этот способ преобразования химической энергии в тепловую сохраняется и совершенствуется уже на протяжении тысячелетий.

К энергии собственных мускулов и огня люди добавили мускульную энергию животных. Они изобрели технику для удаления химически связанной воды из глины с помощью тепловой энергии огня – гончарные печи, в которых получали прочные керамические изделия. Конечно, процессы, происходящие при этом, человек познал только тысячелетия спустя.

Потом люди придумали мельницы – технику для преобразования энергии ветряных потоков и ветра в механическую энергии вращающегося вала. Но только с изобретением паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газовой турбин, электрических генератора и двигателя, человечество получило в свое распоряжение достаточно мощные технические устройства. Они способны преобразовать природную энергию в иные ее виды, удобные для применения и получения больших количеств работы. Поиск новых источников энергии на этом не завершился: были изобретены аккумуляторы, топливные элементы, преобразователи солнечной энергии в электрическую и – уже в середине ХХ столетия – атомные реакторы.

Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. В процессе производства электроэнергии на ТЭС происходит выброс вредных веществ в атмосферу. Причем если топливом служит уголь, особенно бурый, малоценный для другого вида использования и с большим содержанием ненужных примесей, выбросы достигают колоссальных размеров. И, наконец, аварии на ТЭС наносят большой ущерб природе, сопоставимый с вредом любого крупного пожара. В худшем случае такой пожар может сопровождаться взрывом с образованием облака угольной пыли или сажи.

Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используются практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. А какой вред причиняют природе гидроэлектростанции! Выбросов в воздух от ГЭС нет никаких, но зато вред водной среде наносит довольно большой. В первую очередь страдают рыбы, которые не могут преодолеть плотины ГЭС. На реках, где построены гидроэлектростанции, особенно если их несколько - так называемые каскады ГЭС, – резко меняется количество воды до и после плотин. На равнинных реках разливаются огромные водохранилища, и затопленные земли безвозвратно потеряны для сельского хозяйства, лесов, лугов и расселения людей. Что касается аварий на ГЭС, то в случае прорыва любой гидроэлектростанции образуется огромная волна, которая сметет все находящиеся ниже плотины ГЭС. А ведь большинство таких плотин расположено вблизи крупных городов с населением в несколько сотен тысяч жителей.

Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда - дорогостоящее и трудно добываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды. Все это дополнительно осложняет отношение к атомной энергетике. Все чаще звучат призывы, требующие отказаться от использования ядерного топлива вообще, закрыть все атомные электростанции и возвратится к производству электроэнергии на ТЭС и ГЭС, а также использовать так называемые возобновимые - малые, или «нетрадиционные», – виды получения энергии. К последним относят прежде всего установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле.

Энергия воды

С середины нашего века началось изучение энергетических ресурсов, относящихся к «возобновляемым источникам энергии».

Океан - гигантский аккумулятор и трансформатор солнечной энергии, преобразуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов - результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца.

Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба океанской среде. При проектировании будущих систем океанской энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.

Приливные электростанции

Уровень воды на морских побережьях в течение суток меняется три раза. Такие колебания особо заметны в заливах и устьях рек, впадающих в море. Древние греки объясняли колебание уровня воды волей повелителя морей Посейдона. В XVIII в. английский физик Исаак Ньютон разгадал тайну морских приливов и отливов: огромные массы воды в мировом океане приводятся в движение силами притяжения Луны и Солнца. Через каждые 6 ч 12 мин прилив сменяется отливом. Максимальная амплитуда приливов в разных местах нашей планеты неодинакова и составляет от 4 до 20 м.

Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн - перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины…

Традиционные источники энергии К традиционным источникам энергии относятся нефть, газ и уголь. К их преимуществам по сравнению с нетрадиционными источниками энергии можно отнести налаженную технологию добычи и сбыта, а к недостаткам - загрязнение окружающей среды, сложность извлечения и ограниченность запасов. В настоящее время нефть является основным энергоресурсом в мировой энергетической системе, ее доля в суммарном энергопотреблении составляет около 39%, а в некоторых странах этот показатель превышает 60%. Нефть и нефтепродукты традиционно используются как сырье для производства электро- и теплоэнергии, в качестве моторного топлива, а также как полуфабрикат для химической промышленности. Мировые запасы нефти составляют около 140 млрд. тонн. Основные ресурсы сосредоточены на Ближнем и Среднем Востоке (64%). Второе место по объему разведанных запасов занимает Америка (15%), за ней следуют Центральная и Восточная Европа (8%) и Африка (7%). Доля газа в мировом энергопотреблении составляет на данный момент около 23%. Газ используется в топливно-энергетической, металлургической, химической, пищевой и целлюлозной промышленности. При этом природный газ является более экологически чистым видом топлива, чем нефть или уголь. Для получения одинакового количества энергии объем образующейся двуокиси углерода при сжигании газа на 50% меньше, чем при сжигании угля, и на 30% меньше, чем при сжигании мазута. На начало 2004 года мировые доказанные запасы природного газа составляли около 164 трлн. куб. м. Основные месторождения сосредоточены в двух регионах - в России (34,6%) и на Среднем Востоке (35,7%). По оценкам экспертов, доля угля в структуре мирового топливно-энергетического баланса на 1 января 2004 года составляла около 24%. Основными отраслями, потребляющими уголь, являются металлургия и электроэнергетика. При этом на долю "энергетических углей" приходится около 75% от общего объема добываемых запасов, на долю "металлургических" - 25%. Несмотря на значительные объемы разведанных запасов, уголь значительно уступает природному газу и нефти по затратным и экологическим показателям его использования, в результате чего спрос на этот вид сырья неуклонно падает. В настоящее время доказанные мировые запасы угля составляют около 600 млрд. тонн. Большая часть угольных запасов сосредоточена в Северной Америке (24,2%), Азиатско-Тихоокеанском регионе (30,9%) и странах СНГ (30,6%). На долю атомной энергии приходится около 7% от общемирового производства энергии, причем в некоторых странах, например во Франции, почти вся энергия вырабатывается на АЭС. Довольно долгое время считалось, что уран сможет со временем заменить органическое топливо, т. к. себестоимость атомной энергии значительно ниже, чем энергии, полученной при сжигании нефти, газа или угля. Однако после серии аварий на АЭС, самые крупные из которых случились в мае 1979 года в Три-Майл-Айленде (США) и в апреле 1986 года в Чернобыле (СССР), во всем мире начались движения "зеленых" против строительства атомных электростанций. В настоящее время экологи имеют очень сильное влияние в некоторых промышленно развитых странах и не дадут развиваться этой отрасли энергетики. Гидроэнергетика дает около 7% энергии, используемой во всем мире. В некоторых странах, например в Норвегии, почти вся электроэнергия вырабатывается на гидроэлектростанциях. Вода является одним из самых экологически чистых и дешевых энергоресурсов.

Мировая электроэнергетика

Руководитель: Гаврикова Ольга Николаевна

Нижний Новгород

Рецензия

TOC o «1-2» h z u Введение. PAGEREF _Toc43360883 h 3

Общие положения. PAGEREF _Toc43360884 h 4

Типы и видыэлектростанций. PAGEREF _Toc43360885 h 6

Факторы, влияющие на размещение электрическихстанций. PAGEREF _Toc43360886 h 10

Проблемы развитияядерной энергетики. PAGEREF _Toc43360887 h 11

Альтернативныеисточники энергии. PAGEREF _Toc43360888 h 13

Солнечная энергия. PAGEREF _Toc43360889 h 14

Энергия ветра. PAGEREF _Toc43360890 h 15

Морская энергия. PAGEREF _Toc43360891 h 16

Энергия рек. PAGEREF _Toc43360892 h 16

Энергия мировогоокеана. PAGEREF _Toc43360893 h 17

Энергия земли. PAGEREF _Toc43360894 h 20

Энергия из отходов. PAGEREF _Toc43360895 h 20

Энергия навоза. PAGEREF _Toc43360896 h 20

Водородная энергетика. PAGEREF _Toc43360897 h 21

Заключение. PAGEREF _Toc43360898 h 24

Список литературы… PAGEREF _Toc43360899 h 25

Введение

Современное общество кконцу ХХ века столкнулось с энергетическими проблемами, которые приводилиизвестной степени даже к кризисам. Человечество старается найти новые источникиэнергии, которые были бы выгодны во всех отношениях: простота добычи, дешевизнатранспортировки, экологическая чистота, восполняемость. Уголь и газ отходят навторой план: их применяют только там, где невозможно использовать что-либодругое. Всё большее место в нашей жизни занимает атомная энергия: её можноиспользовать как в ядерных реакторах космических челноков, так и в легковомавтомобиле.

Все традиционныеисточники энергии обязательно закончатся, особенно при постоянно возрастающихпотребностях людей. Поэтому на рубеже XXI века человек стал задумываться о том,что станет основой его существования в новой эре. Есть и другие причины, всвязи с которыми человечество обратилось к альтернативным источникам энергии. Во-первых,непрерывный рост промышленности, как основного потребителя всех видов энергии(при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на – 35 –40 лет, газа – на 50 лет). Во-вторых, необходимость значительныхфинансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работысвязаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) идругими сложными и наукоемкими технологиями. И, в третьих, экологическиепроблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Не менее важной причинойнеобходимости освоения альтернативных источников энергии является проблемаглобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2),высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла,электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловоеизлучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемыйпарниковый эффект.

Общие положения

Электроэнергетика - отрасль промышленности, занимающаяся производством электроэнергии наэлектростанциях и передачей ее потребителям, является также одной из базовыхотраслей тяжёлой промышленности.

Энергетика является основой развития производственныхсил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работупромышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств.Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейсяэнергетики.

Научно-технический прогресс невозможен без развитияэнергетики, электрификации. Для повышения производительности трудапервостепенное значение имеет механизация и автоматизация производственныхпроцессов, замена человеческого труда (особенно тяжелого или монотонного)машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации иавтоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенноширокое применение электрическая энергия получила для привода в действиеэлектрических моторов. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения)различна: от долей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отрасляхтехники и в бытовых изделиях) до огромных величин, превышающих миллион киловатт(генераторы электростанций).

Человечеству электроэнергия нужна, причем потребностив ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природныхтоплив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерноготоплива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителяхплутоний. Поэтому важно на сегодняшний день найти выгодные источники электроэнергии,причем выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зренияпростоты конструкций, эксплуатации, дешевизны материалов, необходимых дляпостройки станции, долговечности станций.

Энергетическая промышленность является частьютопливно-энергетической промышленности и неразрывно связана с другойсоставляющей этого гигантского хозяйственного комплекса - топливнойпромышленностью.

Электроэнергетика наряду с другими отраслями народногохозяйства рассматривается как часть единой народно-хозяйственной экономическойсистемы. В настоящее время без электрической энергии наша жизнь немыслима.Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленностьи сельское хозяйство, науку и космос. Представить без электроэнергии наш быттакже невозможно. Столь широкое распространение объясняется ее специфическимисвойствами:

o

возможностипревращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую,звуковую, световую и другие);

o

способностиотносительно просто передаваться на значительные расстояния в большихколичествах;

o

огромнымскоростям протекания электромагнитных процессов;

o

способности кдроблению энергии и образование ее параметров (изменение напряжения, частоты).

Основным потребителем электроэнергии остаетсяпромышленность, хотя ее удельный вес в общем полезном потребленииэлектроэнергии во всём мире значительно снижается. Электрическая энергия впромышленности применяется для приведения в действие различных механизмов и непосредственнов технологических процессах. В настоящее время коэффициент электрификации силовогопривода в промышленности составляет 80%. При этом около 1/3электроэнергиирасходуется непосредственно на технологические нужды.

В сельском хозяйстве электроэнергия применяется дляобогрева теплиц и помещений для скота, освещения, автоматизации ручного трудана фермах.

Огромную роль электроэнергия играет в транспортномкомплексе. Большое количество электроэнергии потребляет электрифицированныйжелезнодорожный транспорт, что позволяет повышать пропускную способность дорогза счет увеличения скорости движения поездов, снижать себестоимость перевозок,повышать экономию топлива. Электрифицированный номинал железных дорог в России,составлял по протяженности 38% всех железных дорог страны и около 3% железныхдорог мира, обеспечивает 63% грузооборота железных дорог России и 1/4 мировогогрузооборота железнодорожного транспорта. В Америке и, особенно в странахЕвропы, эти показатели несколько выше.

Электроэнергия в быту является основной частьюобеспечения комфортабельной жизни людей. Многие бытовые приборы (холодильники,телевизоры, стиральные машины, утюги и другие) были созданы благодаря развитиюэлектротехнической промышленности.

Сегодня по потреблению электроэнергии на душунаселения Россия уступает 17 странам мира, среди которых США, Франция, Германия,от многих из этих стран отстает и по уровню электровооруженности труда впромышленности и сельском хозяйстве. Потребление электроэнергии в быту и сфереуслуг в России 2-5 раз ниже, чем в других развитых странах. При этомэффективность и результативность использования электроэнергии в России заметно меньше,чем в ряде других стран.

Электроэнергетика - важнейшая часть жизнедеятельностичеловека. Уровень ее развития отражает уровень развития производительных силобщества и возможности научно-технического прогресса.

Типы и видыэлектростанций

Теплоэнергетика

Первые ТЭС появились в конце XIXвека (в 1882 - в Нью-Йорке, 1883 - в Петербурге, 1884- в Берлине) и получили преимущественное распространение. В середине 70-х годовХХ века ТЭС - основной вид электрических станций. Доля вырабатываемой имиэлектроэнергии составляла: в России и США 80% (1975), в мире около 76% (1973).

Сейчас около 50% всей электроэнергии мира производитсяна тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС.Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не толькоэлектроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-такинепрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайнонизка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжениясильно при передаче также понижается (КПД достигает 60 – 70%). Подсчитано, чтопри протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинствагородов) установка электрического бойлера в отдельно стоящем доме становитсяэкономически выгодна. На размещение тепловых электростанций оказывает основноевлияние топливный и потребительский факторы. Наиболее мощные ТЭС расположены вместах добычи топлива. Тепловые электростанции, использующие местные виды органическиетоплив (торф, сланцы, низкокалорийные и многозольные угли, мазут, газ),ориентируются на потребителя и одновременно находятся у источников топливныхресурсов.

Принцип работы тепловых станций основан напоследовательном преобразовании химической энергии топлива в тепловую иэлектрическую энергию. Основным оборудованием ТЭС является котел, турбина,генератор. В котле при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, котораяпреобразуется в энергию водяного пара. В турбине водяной пар превращается вмеханическую энергию вращения. Генератор превращает энергию вращения вэлектрическую. Тепловая энергия для нужд потребления может быть взята в видепара из турбины либо котла.

Тепловые электростанции имеют как свои преимущества,так и недостатки. Положительным по сравнению с другими типами электростанцийявляется относительно свободное размещение, связанное с широкимраспространением и разнообразием топливных ресурсов; способность вырабатыватьэлектроэнергию без сезонных колебаний. К отрицательным относятся следующиефакторы: ТЭС обладает низким коэффициентом полезного действия, еслипоследовательно оценить различные этапы преобразования энергии, то увидим, чтоне более 32% энергии топлива превращается в электрическую. Топливные ресурсынашей планеты ограничены, поэтому нужны электростанции, которые не будутиспользовать органическое топливо. Кроме того, ТЭС оказывает крайне неблагоприятноевоздействие на окружающую среду. Тепловые электростанции всего мира, в томчисле и России выбрасывает в атмосферу ежегодно 200-250 млн. тонн золы и около60 млн. тонн сернистого ангидрида, они поглощают огромное количество кислорода.

Гидроэнергетика

По количеству вырабатываемой энергии на втором местенаходятся гидравлические электростанции (ГЭС). Они производят наиболее дешевуюэлектроэнергию, но имеют довольно большую себестоимость постройки. Именно ГЭС позволилисоветскому правительству в первые десятилетия советской власти совершить большойпрорыв в промышленности.

Современные ГЭС позволяют производить до 7 млн. кВтэнергии, что вдвое превышает показатели действующих в настоящее время ТЭС и, пока,АЭС, однако размещение ГЭС в Европе затруднено по причине дороговизны земли и невозможностизатопления больших территорий в данных регионах. Важным недостатком ГЭСявляется сезонность их работы, столь неудобная для промышленности.

ГЭС можно разделить на две основные группы: ГЭС накрупных равнинных реках и ГЭС на горных реках. В нашей стране большая часть ГЭСсооружалась на равнинных реках. Равнинные водохранилища обычно велики поплощади и изменяют природные условия на значительных территориях. Ухудшаетсясанитарное состояние водоемов: нечистоты, которые раньше выносились реками,накапливаются в водохранилищах, приходится применять специальные меры дляпромывки русел рек и водохранилищ. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно,чем на горных, но иногда это необходимо, например, для создания нормальногосудоходства и орошения. Во всех странах мира стараются отказаться от использованияГЭС на равнинных реках, переходя на быстрые горные реки или АЭС.

Гидравлические электростанции используют для выработкиэлектроэнергии гидроэнергетические ресурсы, то есть силу падающей воды.Существует три основных вида ГЭС:

1.

Гидроэлектрические станции.

Технологическая схема их работы довольна проста.Естественные водные ресурсы реки преобразуются в гидроэнергетические ресурсы спомощью строительства гидротехнических сооружений. Гидроэнергетические ресурсыиспользуются в турбине и превращаются в механическую энергию, механическаяэнергия используется в генераторе и превращается в электрическую энергию.

2.

Приливные станции.

Природа сама создает условия для получения напора, подкоторым может быть использована вода морей. В результате приливов и отливовуровень морей меняется на северных морях - Охотском, Беринговом, волнадостигает 13 метров. Между уровнем бассейна и моря создается разница и такимобразом создается напор. Так как приливная волна периодически изменяется, то всоответствии с ней меняется напор и мощность станций. Пока еще использованиеприливной энергии ведется в скромных масштабах. Главным недостатком такихстанций является вынужденный режим. Приливные станции (ПЭС) дают свою мощностьне тогда, когда этого требует потребитель, а в зависимости от приливов иотливов воды. Велика также стоимость сооружений таких станций.

3.

Гидроаккумулирующие электростанции.

Их действие основано на цикличном перемещении одного итого же объема воды между двумя бассейнами: верхним и нижним. В ночные часы,когда потребность электроэнергии мала, вода перекачивается из нижнеговодохранилища в верхний бассейн, потребляя при этом излишки энергии,производимой электростанциями ночью. Днем, когда резко возрастает потреблениеэлектричества, вода сбрасывается из верхнего бассейна вниз через турбины, вырабатываяпри этом энергию. Это выгодно, так как остановки ТЭС в ночное время невозможны.Таким образом ГАЭС позволяет решать проблемы пиковых нагрузок. В России,особенно в европейской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций,в том числе ГАЭС.

Кроме перечисленных достоинств и недостатковгидравлические электростанции имеют следующие: ГЭС являются весьма эффективнымиисточниками энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, они просты вуправлении и имеют высокий КПД - более 80%. В результате производимая энергияна ГЭС самая дешевая. Огромное достоинство ГЭС – возможность практическимгновенного автоматического запуска и отключение любого требуемого количестваагрегатов. Но строительство ГЭС требует длительных сроков и больших удельныхкапиталовложений, это связано с потерей земель на равнинах, наносит ущербрыбному хозяйству. Доля участия ГЭС в выработке электроэнергии значительноменьше их доли в установленной мощности, что объясняется тем, что их полнаямощность реализуется лишь в короткий период времени, причем только в многоводныегоды. Поэтому, несмотря на обеспеченность многих стран мира гидроэнергетическимиресурсами, они не могут служить основной выработки электроэнергии.

Атомная энергетика.

Первая в мире АЭС - Обнинская была пущена в 1954 годув России. Персонал 9 российских АЭС составляет 40,6 тыс. человек или 4% отобщего числа населения занятого в энергетике. 11,8% или 119,6 млрд. кВт всейэлектроэнергии, произведенной в России выработано на АЭС. Только на АЭС ростпроизводства электроэнергии сохраняется высоким.

Планировалось, что удельный вес АЭС в производствеэлектроэнергии достигнет в СССР в 1990 г. 20%, фактически было достигнутотолько 12,3%. Чернобыльская катастрофа вызвала сокращение программы атомногостроительства, с 1986 г. в эксплуатацию были введены только 4 энергоблока. АЭС,являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенныхпреимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционированияони обсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источникусырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новыеэнергоблоки имеют мощность практичеки равную мощности средней ГЭС, однакокоэффициэнт использования установленной мощности на АЭС (80%) значительнопревышает этот показатель у ГЭС или ТЭС.

Значительных недостатков АЭС при нормальных условияхфункционирования практически не имеют. Однако нельзя не заметить опасность АЭСпри возможных форс-мажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п.- здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасностьрадиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора. Однакоповседневная работа АЭС сопровождается рядом негативных последствий:

1.

Существующиетрудности в использовании атомной энергии – захоронение радиоактивныхотходов. Для вывоза со станций сооружаются контейнеры с мощной защитой исистемой охлаждения. Захоронение производится в земле, на больших глубинах в теологическистабильных пластах.

2.

Катастрофическиепоследствия аварий на некоторых устаревших АЭС – следствие несовершенной защитысистемы.

3.

Тепловоезагрязнение используемых АЭС водоёмов.

Функционирование АЭС, как объектов повышеннойопасности, требует участия государственных органов власти и управления вформировании направлений развития, выделения необходимых средств.

Факторы, влияющие на размещение электрических станций

На размещение различных видов электростанций влияютразличные факторы. На размещение тепловых электростанций оказывает основноевлияние топливный и потребительский факторы. Наиболее мощные ТЭС расположены,как правило, в местах добычи топлива, чем крупнее электростанция, тем дальшеона может передавать электроэнергию. Потребительскую ориентацию имеют электростанции,использующие высококалорийное топливо, которое экономически выгодно транспортировать.Электростанции, работающие на мазуте, располагаются преимущественно в центрахнефтеперерабатывающей промышленности.

Так как гидравлические электростанции используют длявыработки электроэнергии силу падающей воды, то, соответственно, ориентированына гидроэнергетические ресурсы. Огромные гидроэнергетические ресурсы мирарасположены неравномерно. Для гидростроительства в нашей стране было характерносооружение на реках каскадов гидроэлектростанциях. Каскад-группа ТЭС, расположенныхступенями по течению водного потока для последовательного использования егоэнергии. При этом помимо получения электроэнергии, решаются проблемы снабжениянаселения и производства водой, устранение паводков, улучшения транспортныхусловий. К сожалению, создание каскадов в стране привело к крайне негативнымпоследствиям: потере ценных сельскохозяйственных земель, нарушениюэкологического равновесия.

Равнинные водохранилища обычно велики по площадиизменяют природные условия на значительных территориях. Ухудшается санитарноесостояние водоемов: нечистоты, которые раньше выносились реками, накапливаютсяв водохранилищах, приходится применять специальные меры для промывки русел реки водохранилищ. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно, чем нагорных, но иногда это необходимо, например, для создания нормального судоходстваи орошения.

Атомные электростанции можно строить в любом районе,независимо от его энергетических ресурсов: атомное топливо отличается большимсодержанием энергии (в 1 кг основного ядерного топлива – урана - содержитсяэнергии столько же, сколько в 2500 т. угля). В условиях безаварийной работы АЭСне дают выбросов в атмосферу, поэтому безвредны для потребителя. В последнее времясоздаются АТЭЦ и АСТ. На АТЭЦ, как и на обычной ТЭЦ, производится иэлектрическая и тепловая энергия, а на АСТ только тепловая.

Проблемы развитияядерной энергетики

После катастрофы на Чернобыльской АЭС под влияниемобщественности в России были существенно приторможены темпы развития атомнойэнергетики. Существовавшая ранее программа ускоренного достижения суммарноймощности АЭС в 100 млн. кВт (США уже достигли этого показателя) была фактическизаконсервирована. Огромные прямые убытки повлекло закрытие всех строившихся вРоссии АЭС, станции, признанные зарубежными экспертами как вполне надежные,были заморожены даже в стадии монтажа оборудования. Однако, последнее времяположение начинает меняться: в июне 93го года пущен 4ыйэнергоблок Балаковской АЭС, в ближайшие несколько лет планируется пуск ещенескольких атомных станций и дополнительных энергоблоков принципиально новойконструкции. Известно, что себестоимость атомной энергии значительно превышаетсебестоимость электроэнергии, полученной на тепловых или гидравлическихстанциях, однако использование энергии АЭС во многих конкретных случаях нетолько незаменимо, но и является экономически выгодным - в США АЭС за период с58 года по настоящий момент принесли 60 млрд. долларов чистой прибыли. Большоепреимущество для развития атомной энергетики в России создаютроссийско-американские соглашения о СНВ-1 и СНВ-2, по которым будутвысвобождаться огромные количества оружейного плутония, невоенное использованиекоторого возможно лишь на АЭС. Именно благодаря разоружению традиционносчитавшаяся дорогой электроэнергия, получаемая от АЭС, может стать примерно вдва раза дешевле электроэнергии ТЭС.

Российские и зарубежные ученые-ядерщики в один голосговорят, что для радиофобии, возникшей после чернобыльской аварии, серьезныхоснований научно-технического характера не существует. Как сообщилаправительственная комиссия по проверке причин аварии на Чернобыльской АЭС,«авария произошла вследствие грубейших нарушений порядка управления атомнымреактором РБМК-1000 оператором и его помощниками, имевшими крайне низкуюквалификацию». Большую роль в аварии сыграла и состоявшаяся незадолго до неепередача станции из Минсредмаша, накопившего к тому времени огромный опытуправления ядерными объектами в МинЭнерго, где такого опыта совсем не было. Кнастоящему времени система безопасности реактора РБМК существенно улучшена:усовершенствована защита активной зоны от пережога, ускорена система срабатыванияаварийных сенсоров. Журнал ScientificAmericanпризнал эти усовершенствованиярешающими для безопасности реактора. В проектах нового поколения атомных реакторовосновное внимание уделяется надежному охлаждению активной зоны реактора.Последние несколько лет сбои в работе на АЭС в разных странах происходят редкои классифицируются как крайне незначительные.

Развитие атомной энергетики в мире неотвратимо и этосейчас понимает большинство населения планеты, да и сам отказ от ядернойэнергетики потребовал бы колоссальных затрат. Так, если выключить сегодня всеАЭС, потребуется дополнительно около 100 млрд. тонн условного топлива, котороепросто неоткуда взять.

Принципиально новое направление в развитии энергетикии возможной замене АЭС представляют исследования по бестопливнымэлектрохимическим генераторам. Потребляя натрий, содержащийся в морской воде визбытке этот генератор имеет КПД около 75%. Продуктом реакции здесь являетсяхлор и кальцинированная сода, причем возможно последующее использование этихвеществ в промышленности.

Средний коэффициент использованной мощности АЭС постранам мира составил 70%, однако в некоторых регионах он был выше 80%.

Альтернативныеисточники энергии

К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь небесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет,израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумыватьсянад тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишьпри этом условии запасов топлива может хватить на века. К сожалению, многиенефтедобывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещадно расходуют подаренныеим природой нефтяные запасы. Сейчас многие из этих стран, особенно в районеПерсидского залива, буквально купаются в золоте, не задумываясь, что черезнесколько десятков лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда, – а эторано или поздно случится, – когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны?Происшедшее повышение цен на нефть, необходимую не только энергетике, но итранспорту, и химии, заставило задуматься о других видах топлива, пригодных длязамены нефти и газа. Особенно призадумались тогда те страны, где нетсобственных запасов нефти и газа, и которым приходится их покупать.

Поэтому в общую типологию электростанций включаютсяэлектростанции, работающие на так называемых нетрадиционных или альтернативныхисточниках энергии. К ним относят:

o

энергию приливови отливов;

o

энергию малыхрек;

o

энергию ветра;

o

энергию Солнца;

o

геотермальнуюэнергию;

o

энергию горючихотходов и выбросов;

o

энергию вторичныхили сбросовых источников тепла и другие.

Несмотря на то, что нетрадиционные виды электростанцийзанимают всего несколько процентов в производстве электроэнергии, в миреразвитие этого направления имеет большое значение, особенно учитывая разнообразиетерриторий стран. В России единственным представителем этого типа ЭС являетсяПаужетская ГеоТЭС на Камчатке мощностью 11МВт. Станция эксплуатируется с 1964года и уже устарела как морально, так и физически. Уровень технологическихразработок России в этой области сильно отстает от мирового. В удаленных илитруднодоступных районах России, где нет необходимости строить большуюэлектростанцию, да и обслуживать ее зачастую некому, “нетрадиционные” источникиэлектроэнергии - наилучшее решение.

Возрастанию числа электростанций на альтернативныхисточниках энергии будут способствовать следующие принципы:

o

более низкаястоимость электроэнергии и тепла, получаемая от нетрадиционных источников энергии,чем от всех других источников;

o

возможностьпрактически во всех странах иметь локальные электростанции, делающие их независимымиот общей энергосистемы;

o

доступность итехнически реализуемая плотность, мощность для полезного использования;

o

возобновляемостьнетрадиционных источников энергии;

o

экономия илизамена традиционных энергоресурсов и энергоносителей;

o

заменаэксплуатируемых энергоносителей для перехода к экологически более чистым видамэнергии;

o

повышениенадежности существующих энергосистем.

Практически каждая страна располагает каким-либо видомэтой энергии и в ближайшей перспективе может внести существенный вклад втопливно-энергетический баланс мира.

Солнечная энергия

Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекунднодает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чемвсе электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Например, Тибет - самая близкая к Солнцу часть нашей планеты - по праву считает солнечную энергиюсвоим богатством. На сегодня в Тибетском автономном районе Китая построено ужеболее пятидесяти тысяч гелиопечей. Солнечной энергией отапливаются жилые помещенияплощадью 150 тысяч квадратных метров, созданы гелиотеплицы общей площадьюмиллион квадратных метров.

Хотя солнечная энергия и бесплатна, получениеэлектричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалистынепрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы и сделать ихэффективнее. Новый рекорд в этом отношении принадлежит Центру прогрессивных технологийкомпании “Боинг”. Созданный там солнечный элемент преобразует в электроэнергию37 % попавшего на него солнечного света.

В Японии ученые работают над совершенствованиемфотогальванических элементов на кремниевой основе. Если толщину солнечногоэлемента существующего стандарта уменьшить в 100 раз, то такие тонкопленочныеэлементы потребуют гораздо меньше сырья, что обеспечит их высокую эффективностьи экономичность. Кроме того, их малый вес и исключительная прозрачность позволятлегко устанавливать их на фасадах зданий и даже на окнах, для обеспечения электроэнергиейжилых домов. Однако поскольку интенсивность солнечного света не всегда и невезде одинакова, то даже при установке множества солнечных батарей, зданиюпотребуется дополнительный источник электричества. Одним из возможных решенийэтого вопроса является использование солнечных элементов в комплексе сдвухсторонним топливным элементом. В дневное время, когда работают солнечныеэлементы, избыточную электроэнергию можно пропускать через водородный топливныйэлемент и таким образом получать водород из воды. Ночью же топливный элементсможет использовать этот водород для производства электроэнергии.

Компактная передвижная электростанция сконструированагерманским инженером Хербертом Бойерманом. При собственном весе 500 кг онаимеет мощность 4 кВт, иначе говоря, способна полностью обеспечить электротокомдостаточной мощности загородное жилье. Это довольно хитроумный агрегат, где энергиювырабатывают сразу два устройства - ветрогенератор нового типа и комплектсолнечных панелей. Первый оснащен тремя полусферами, которые (в отличие отобычного ветрового колеса) вращаются при малейшем движении воздуха, второй - автоматикой, аккуратно ориентирующей солярные элементы на светило. Добытаяэнергия накапливается в аккумулят