Традиционная энергетика. Основные типы электрических станций. Классификация первичной энергии

Все существующие направления энергетики можно условно разделить на зрелые, развивающиеся и находящиеся в стадии теоретической проработки. Одни технологии доступны для реализации даже в условиях частного хозяйства, а другие могут использоваться только в рамках промышленного обеспечения. Рассматривать и оценивать современные виды энергетики можно с разных позиций, однако принципиальное значение имеют универсальные критерии экономической целесообразности и производственной эффективности. Во многом по этим параметрам сегодня расходятся концепции применения традиционных и альтернативных технологий генерации энергии.

Традиционная энергетика

Это широкий пласт сформировавшихся отраслей тепло- и электроэнергетики, обеспечивающей порядка 95% мировых потребителей энергии. Генерация ресурса происходит на специальных станциях - это объекты ТЭС, ГЭС, АЭС и т. д. Они работают с готовой сырьевой базой, в процессе переработки которой происходит выработка целевой энергии. Выделяют следующие стадии производства энергии:

Изготовление, подготовка и доставка исходного сырья на объект выработки того или иного вида энергии. Это могут быть процессы добычи и обогащения топлива, сжигание нефтепродуктов и т. д.
Передача сырья к узлам и агрегатам, непосредственно преобразующим энергию.
Процессы из первичной во вторичную. Эти циклы присутствуют не на всех станциях, но, к примеру, для удобства доставки и последующего распределения энергии могут использоваться разные ее формы - в основном тепло и электричество.
Обслуживание готовой преобразованной энергии, ее передача и распределение.

На завершающем этапе ресурс отправляется конечным потребителям, в качестве которых могут выступать и отрасли народного хозяйства, и рядовые домовладельцы.

Тепловая электроэнергетика

Самая распространенная отрасль энергетики в в стране производят более 1000 МВт, используя в качестве перерабатываемого сырья уголь, газ, нефтепродукты, сланцевые залежи и торф. Вырабатываемая первичная энергия в дальнейшем преобразуется в электричество. Технологически у таких станций масса преимуществ, которые и обуславливают их популярность. К ним можно отнести нетребовательность к условиям эксплуатации и легкость технической организации рабочего процесса.

Объекты тепловой энергетики в виде конденсационных сооружений и теплоэлектроцентралей могут возводиться прямо в районах добычи расходного ресурса или местах нахождения потребителя. Сезонные колебания никак не влияют на стабильность функционирования станций, что делает такие источники энергии надежными. Но есть и недостатки у ТЭС, к которым можно отнести применение исчерпаемых топливных ресурсов, загрязнение окружающей среды, необходимость подключения больших объемов трудовых ресурсов и др.

Гидроэнергетика

Гидротехнические сооружения в виде энергетических подстанций предназначены для выработки электричества в результате преобразования энергии потока воды. То есть, технологический процесс генерации обеспечивается сочетанием искусственных и природных явлений. В ходе работы станция создает достаточный напор воды, которая в дальнейшем направляется к турбинным лопастям и активизирует электрогенераторы. Гидрологические виды энергетики различаются по типу используемых агрегатов, конфигурации взаимодействия оборудования с естественными потоками воды и т. д. По рабочим показателям можно выделить следующие разновидности гидростанций:

Малые - вырабатывают до 5 МВт.
Средние - до 25 МВт.
Мощные - более 25 МВт.

Также применяется классификация в зависимости от силы напора воды:

Низконапорные станции - до 25 м.
Средненапорные - от 25 м.
Высоконапорные - выше 60 м.

К достоинствам гидроэлектростанций относят экологическую чистоту, экономическую доступность (бесплатная энергия), неисчерпаемость рабочего ресурса. В то же время гидротехнические сооружения требуют больших начальных затрат на техническую организацию аккумулирующей инфраструктуры, а также имеют ограничения по географическому размещению станций - только там, где реки обеспечивают достаточный напор воды.

В некотором смысле это подвид тепловой энергетики, но практически производственные показатели работы ядерных станций на порядок выше ТЭС. В России используют полные циклы выработки атомной электроэнергии, что позволяет генерировать большие объемы энергетического ресурса, но имеют место и огромные риски использования технологий обработки урановой руды. Обсуждением вопросов безопасности и популяризации задач данной отрасли, в частности, занимается АНО «Информационный центр атомной энергетики», имеющий представительства в 17 регионах России.

Ключевую роль в исполнении процессов генерации ядерной энергии играет реактор. Это агрегат, предназначенный для поддержания реакций деления атомов, которые, в свою очередь, сопровождаются выделением тепловой энергии. Существуют разные типы реакторов, отличающиеся применяемым видом топлива и теплоносителем. Чаще используется конфигурация с легководным реактором, использующим в качестве теплоносителя обычную воду. Основным ресурсом переработки в энергетике выступает урановая руда. По этой причине АЭС обычно проектируются с расчетом на размещение реакторов вблизи от месторождений урана. На сегодняшний день в России действует 37 реакторов, совокупная мощность выработки которых составляет около 190 млрд кВт*ч/год.

Характеристика альтернативной энергетики

Практически все источники альтернативной энергии выгодно отличаются финансовой доступностью и экологической чистотой. По сути, в данном случае происходит замена перерабатываемого ресурса (нефти, газа, угля и т. д.) на природную энергию. Это может быть солнечный свет, потоки ветра, тепло земли и другие естественные источники энергии за исключением гидрологических ресурсов, которые сегодня рассматриваются как традиционные. Концепции альтернативной энергетики существуют давно, однако по сей день они занимают небольшую долю в общем мировом энергообеспечении. Задержки в развитии данных отраслей связаны с проблемами технологической организации процессов выработки электричества.

Но чем обусловлено активное развитие альтернативной энергетики в наши дни? В немалой степени необходимостью снижения темпов загрязнения окружающей среды и в целом проблемами экологии. Также в скором будущем человечество может столкнуться с истощением традиционных ресурсов, используемых в производстве энергии. Поэтому, даже несмотря на организационные и экономические препятствия, все больше внимания уделяется проектам развития альтернативных форм энергетики.

Геотермальная энергетика

Один из самых распространенных в бытовых условиях. Геотермальная энергия вырабатывается в процессе аккумуляции, передачи и преобразования внутреннего тепла Земли. В промышленных масштабах обслуживаются подземные породы на глубинах до 2-3 км, где температура может превышать 100°С. Что касается индивидуального применения геотермальных систем, то чаще задействуются поверхностные аккумуляторы, располагаемые не в скважинах на глубине, а горизонтально. В отличие от других подходов к выработке альтернативной энергии, практически все геотермальные виды энергетики в производственном цикле обходятся без этапа преобразования. То есть первичная тепловая энергия в этой же форме и поставляется конечному потребителю. Поэтому используется такое понятие, как геотермальные системы отопления.

Солнечная энергетика

Одна из старейших концепций альтернативной энергетики, задействующая в качестве аккумулятивного оборудования фотоэлектрические и термодинамические системы. Для реализации фотоэлектрического метода генерации используют преобразователи энергии световых фотонов (квантов) в электричество. Термодинамические установки более функциональны и за счет солнечных потоков могут вырабатывать как тепло с электричеством, так и механическую энергию для создания приводного усилия.

Схемы достаточно простые, но есть немало проблем при эксплуатации такого оборудования. Связано это с тем, что солнечная энергетика в принципе характеризуется целым рядом особенностей: нестабильностью из-за суточных и сезонных колебаний, зависимостью от погоды, низкой плотностью потоков света. Поэтому на этапе проектирования солнечных батарей и аккумуляторов много внимания уделяется исследованию метеорологических факторов.

Волновая энергетика

Процесс выработки электричества из волн происходит в результате преобразования энергии прилива. В основе большинства электростанций такого типа находится бассейн, который организуется или в ходе отделения устья реки, или за счет перекрытия залива плотиной. В образованном барьере устраиваются водопропускные отверстия с гидротурбинами. По мере изменения уровня воды во время приливов происходит вращения турбинных лопастей, что и способствует выработке электричества. Отчасти этот вид энергетики схож с но сама механика взаимодействия с водным ресурсом имеет существенные отличия. Волновые станции могут использоваться на побережьях морей и океанов, где уровень воды поднимается до 4 м, позволяя вырабатывать мощность до 80 кВт/м. Недостаток таких сооружений связан с тем, что водопропускные сооружения нарушают обмен пресной и морской воды, а это негативно сказывается на жизни морских организмов.

Еще один доступный для применения в частном хозяйстве способ получения электричества, отличающийся технологической простотой и экономической доступностью. В качестве обрабатываемого ресурса выступает кинетическая энергия воздушных масс, а роль аккумулятора выполняет двигатель с вращающимися лопастями. Обычно в ветровой энергетике применяют генераторы электрического тока, которые активизируются в результате вращения вертикальных или горизонтальных роторов с пропеллерами. Средняя бытовая станция такого типа способна генерировать 2-3 кВт.

Энергетические технологии будущего

По оценкам экспертов, к 2100 г совокупная доля угля и нефти в мировом балансе составит около 3%, что должно отодвинуть термоядерную энергетику на роль второстепенного источника энергетических ресурсов. На первое же место должны встать солнечные станции, а также новые концепции преобразования космической энергии, основанной на беспроводных каналах передачи. Процессы становления должны начаться уже к 2030 г., когда наступит период отказа от углеводородных источников топлива и перехода к «чистым» и возобновляемым ресурсам.

Перспективы российской энергетики

Будущее отечественной энергетики преимущественно связывается с развитием традиционных способов преобразования природных ресурсов. Ключевое место в отрасли должна будет занять ядерная энергетика, но в комбинированном варианте. Инфраструктуру атомных станций должны будут дополнять элементы гидротехники и средства переработки экологически чистого биотоплива. Не последнее место в возможных перспективах развития отводится и солнечным батареям. В России и сегодня этот сегмент предлагает немало привлекательных идей - в частности, панели, которые могут работать даже в зимнее время. Аккумуляторы преобразуют энергию света как такового даже без тепловой нагрузки.

Заключение

Современные обеспечения ставят крупнейшие государства перед выбором между мощностью и экологической чистотой выработки тепла и электричества. Большинство освоенных альтернативных источников энергии при всех своих плюсах не способны в полной мере заменить традиционные ресурсы, которые, в свою очередь, могут использоваться еще несколько десятилетий. Поэтому энергию будущего многие специалисты представляют как некий симбиоз различных концепций генерации энергоресурсов. Причем новые технологии ожидаются не только на промышленном уровне, но и в бытовом хозяйстве. В этой связи можно отметить градиент-температурные и биомассовые принципы энергетической выработки.

Тепловые электростанции.

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в кон. 19 в и получили преимущественное распространение. В сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС - основной вид электрической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в России и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973). Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно снижается, вследствие уменьшения температуры теплоносителя.Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в одельно стоящем доме становится экономически выгодна. На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива сначала в механическую, а затем в электрическую. Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС)..

Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, следующая: уголь подается в топливный бункер 1, а из него - в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400-650°С и под давлением 3-24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов. Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (30- 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции. Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэратор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии. Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60-70%. Такие станции строят обычно вблизи потребителей - промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе. Рассмотренные тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата - паровой турбины - относятся к паротурбинным станциям. Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками.

Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт-ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора. Современные паровые турбины для ТЭС - весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т. е. имеют обычно несколько десятков дисков с рабочими лопатками и такое же количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает струя пара. Давление и температура пара постепенно снижаются. Из курса физики известно, что КПД тепловых двигателей увеличивается с ростом начальной температуры рабочего тела. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру - почти до 550 °С и давление - до 25 МПа. Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром. По мнению ученых в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах. Но структура ее изменится. Должно сократиться использование нефти. Существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется использование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей, например, в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применяться природный газ, запасы которого в стране намного превосходят запасы в других странах. К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века.

2. Гидроэлектростанции.

Гидроэлектрическая станция, гидроэлектростанция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического. оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию. По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопления уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высоту плотины. Русловые и приплотинные ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах. В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и водосбросные сооружения. Состав гидротехнических сооружений зависит от высоты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолжением плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной стороны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой - нижний бьеф. Подводящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями закладываются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа. В соответствии с назначением гидроузла в его состав могут входить судоходные шлюзы или судоподъёмник, рыбопропускные сооружения, водозаборные сооружения для ирригации и водоснабжения. В русловых ГЭС иногда единственным сооружением, пропускающим воду, является здание ГЭС. В этих случаях полезно используемая вода последовательно проходит входное сечение с мусорозадерживающими решётками, спиральную камеру, гидротурбину, отсасывающую трубу, а по специальным водоводам между соседними турбинными камерами производится сброс паводковых расходов реки. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30-40 м, к простейшим русловым ГЭС относятся также ранее строившиеся сельские ГЭС небольшой мощности. На крупных равнинных реках основное русло перекрывается земляной плотиной, к которой примыкает бетонная водосливная плотина и сооружается здание ГЭС. Такая компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках. Волжская ГЭС им. 22-го съезда КПСС- наиболее крупная среди станций руслового типа. При более высоких напорах оказывается нецелесообразным передавать на здание ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за плотиной, примыкает к нижнему бьефу. В состав гидравлической трассы между верхним и нижним бьефом ГЭС такого типа входят глубинный водоприёмник с мусорозадерживающей решёткой, турбинный водовод, спиральная камера, гидротурбина, отсасывающая труба. В качестве дополнит, сооружений в состав узла могут входить судоходные сооружения и рыбоходы, а также дополнительные водосбросы Примером подобного типа станций на многоводной реке служит Братская ГЭС на реке Ангара. Несмотря на снижение доли ГЭС в общей выработке, абсолютные значения производства электроэнергии и мощности ГЭС непрерывно растут вследствие строительства новых крупных электростанций. В 1969 в мире насчитывалось свыше 50 действующих и строящихся ГЭС единичной мощностью 1000 Мвт и выше, причём 16 из них - на территории бывшего Советского Союза. Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами - их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 квт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.

3. Атомные электростанции.

Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основе 233U, 235U, 239Pu). Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе. Кроме того, необходимо учитывать всё увеличивающийся объём потребления угля и нефти для технологических целей мировой химической промышленности, которая становится серьёзным конкурентом тепловых электростанций. Несмотря на открытие новых месторождений органического топлива и совершенствование способов его добычи, в мире наблюдается тенденция к относительному, увеличению его стоимости. Это создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих ограниченные запасы топлива органического происхождения. Очевидна необходимость быстрейшего развития атомной энергетики, которая уже занимает заметное место в энергетическом балансе ряда промышленных стран мира. Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения (рис. 1) мощностью 5 Мвт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась в военных целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955, Женева). Принципиальная схема АЭС с ядерным реактором, имеющим водяное охлаждение, приведена на рис. 2. Тепло, выделяется в активной зоне реактора, теплоносителем, вбирается водой (теплоносителем 1-го контура), которая прокачивается через реактор циркуляционным насосом 2. Нагретая вода из реактора поступав в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образованный пар поступает в турбину 4. Наиболее часто на АЭС применяют 4 типа реакторов на тепловых нейтронах 1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) графито-водные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; 3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя 4) графито-газовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем. В России строят главным образом графито-водные и водо-водяные реакторы. На АЭС США наибольшее распространение получили водо-водяные реакторы. Графито-газовые реакторы применяются в Англии. В атомной энергетике Канады преобладают АЭС с тяжеловодными реакторами. В зависимости от вида и агрегатного состояния теплоносителя создается тот или иной термодинамический цикл АЭС. Выбор верхней температурной границы термодинамического цикла определяется максимально допустимой температурой оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), содержащих ядерное горючее, допустимой темп-рой собственно ядерного горючего, а также свойствами теплоносителя, принятого для данного типа реактора. На АЭС тепловой реактор, которой охлаждается водой, обычно пользуются низкотемпературными паровыми циклами. Реакторы с газовым теплоносителем позволяют применять относительно более экономичные циклы водяного пара с повышенными начальными давлением и температурой. Тепловая схема АЭС в этих двух случаях выполняется 2-контурной: в 1-м контуре циркулирует теплоноситель, 2-й контур - пароводяной. При реакторах с кипящим водяным или высокотемпературным газовым теплоносителем возможна одноконтурная тепловая АЭС. В кипящих реакторах вода кипит в активной зоне, полученная пароводяная смесь сепарируется, и насыщенный пар направляется или непосредственно в турбину, или предварительно возвращается в активную зону для перегрева.(рис. 3). В высокотемпературных графито-газовых реакторах возможно применение обычного газотурбинного цикла. Реактор в этом случае выполняет роль камеры сгорания. При работе реактора концентрация делящихся изотопов в ядерном топливе постепенно уменьшается, и топливо выгорает. Поэтому со временем их заменяют свежими. Ядерное горючее перезагружают с помощью механизмов и приспособлений с дистанционным управлением. Отработавшее топливо переносят в бассейн выдержки, а затем направляют на переработку. К реактору и обслуживающим его системам относятся: собственно реактор с биологической защитой, теплообменники, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоносителя; трубопроводы и арматура циркуляции контура; устройства для перезагрузки ядерного горючего; системы спец. вентиляции, аварийного расхолаживания и др. В зависимости от конструктивного исполнения реакторы имеют отличительные, особенности: в корпусных реакторах топливо и замедлитель расположены внутри корпуса, несущего полное давление теплоносителя; в канальных реакторах топливо, охлаждаемые теплоносителем, устанавливаются в спец. трубах-каналах, пронизывающих замедлитель, заключённый в тонкостенный кожух. Такие реакторы применяются в России (Сибирская, Белоярская АЭС и др.), Для предохранения персонала АЭС от радиационного облучения реактор окружают биологической защитой, основным материалом для которой служат бетон, вода, песок. Оборудование реакторного контура должно быть полностью герметичным. Предусматривается система контроля мест возможной утечки теплоносителя, принимают меры, чтобы появление не плотностей и разрывов контура не приводило к радиоактивным выбросам и загрязнению помещений АЭС и окружающей местности. Оборудование реакторного контура обычно устанавливают в герметичных боксах, которые отделены от остальных помещений АЭС биологической защитой и при работе реактора не обслуживаются, Радиоактивный воздух и небольшое количество паров теплоносителя, обусловленное наличием протечек из контура, удаляют из необслуживаемых помещений АЭС спец. системой вентиляции, в которой для исключения возможности загрязнения атмосферы предусмотрены очистные фильтры и газгольдеры выдержки. За выполнением правил радиационной безопасности персоналом АЭС следит служба дозиметрического контроля. При авариях в системе охлаждения реактора для исключения перегрева и нарушения герметичности оболочек ТВЭЛов предусматривают быстрое (в течение несколько секунд) глушение ядерной реакции; аварийная система расхолаживания имеет автономные источники питания. Наличие биологической защиты, систем специальной вентиляции и аварийного расхолаживания и службы дозиметрического контроля позволяет полностью обезопасить обслуживающий персонал АЭС от вредных воздействий радиоактивного облучения. Оборудование машинного зала АЭС аналогично оборудованию машинного зала ТЭС. Отличительная, особенность большинства АЭС - использование пара сравнительно низких параметров, насыщенного или слабо перегретого. При этом для исключения эрозионного повреждения лопаток последних ступеней турбины частицами влаги, содержащейся в пару, в турбине устанавливают сепарирующие устройства. Иногда необходимо применение выносных сепараторов и промежуточных перегревателей пара. В связи с тем, что теплоноситель и содержащиеся в нём примеси при прохождении через активную зону реактора активируются, конструктивное решение оборудования машинного зала и системы охлаждения конденсатора турбины одноконтурных АЭС должно полностью исключать возможность утечки теплоносителя. На двухконтурных АЭС с высокими параметрами пара подобные требования к оборудованию машинного зала не предъявляются. В число специфичных требований к компоновке оборудования АЭС входят: минимально возможная протяжённость коммуникаций, связанных с радиоактивными средами, повышенная жёсткость фундаментов и несущих конструкций реактора, надёжная организация вентиляции помещений. В реакторном зале размещены: реактор с биологической защитой, запасные ТВЭЛы и аппаратура контроля. АЭС скомпонована по блочному принципу реактор-турбина. В машинном зале расположены турбогенераторы и обслуживающие их системы. Между машинным и реакторным залами размещены вспомогательные оборудование и системы управления станцией. В большинстве промышленно развитых стран (Россия, США, Англия, Франция, Канада, ФРГ, Япония, ГДР и др.) мощность действующих и строящихся АЭС к 1980 доведена до десятков Гвт. По данным Международного атомного агентства ООН, опубликованным в 1967, установленная мощность всех АЭС в мире к 1980 достигла 300 Гвт. За годы, прошедшие со времени пуска в эксплуатацию первой АЭС, было создано несколько конструкций ядерных реакторов, на основе которых началось широкое развитие атомной энергетики в нашей стране. АЭС являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС. Об экономичности и эффективности атомных электростанций может говорить тот факт, что из 1 кг урана можно получить столько же теплоты, сколько при сжигании примерно 3000 т каменного угля. Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеют. Однако нельзя не заметить опасность АЭС при возможных форсмажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п. - здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора.

План:

1 Электроэнергетика
- 1.1 Традиционная электроэнергетика
  - 1.1.1 Тепловая энергетика
  - 1.1.2 Гидроэнергетика
  - 1.1.3 Ядерная энергетика
- 1.2 Нетрадиционная электроэнергетика
- 1.3 Электрические сети
2 Теплоснабжение
- 2.1 Централизованное теплоснабжение
- 2.2 Децентрализованное теплоснабжение
- 2.3 Тепловые сети
3 Энергетическое топливо
- 3.1 Органическое топливо
  - 3.1.1 Газообразное
  - 3.1.2 Жидкое
  - 3.1.3 Твёрдое
- 3.2 Ядерное топливо
4 Энергетические системы

Введение

Градирни - необходимый элемент многих электростанций мира.

ГЭС в Бразилии демонстрирует мощь гидроэнергии.

Энерге́тика - область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;
передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;
преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;
передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи .

1. Электроэнергетика

Доля выработки электроэнергии в России: красный - ТЭС(68%), синий - ГЭС(16%), зелёный - АЭС(16%).

Электроэнергетика - это подсистема энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях и её доставку потребителям по линии электропередачи. Центральными её элементами являются электростанции, которые принято классифицировать по виду используемой первичной энергии и виду применяемых для этого преобразователей. Необходимо отметить, что преобладание того или иного вида электростанций в определённом государстве зависит в первую очередь от наличия соответствующих ресурсов. Электроэнергетику принято делить на традиционную и нетрадиционную .

1.1. Традиционная электроэнергетика

Характерной чертой традиционной электроэнергетики является её давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях, их единичная электрическая мощность очень часто превышает 1000 Мвт. Традиционная электроэнергетика делится на несколько направлений .

1.1.1. Тепловая энергетика

В этой отрасли производство электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС ), использующих для этого химическую энергию органического топлива. Они делятся на:

Паротурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью паротурбинной установки;
Газотурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью газотурбинной установки;
Парогазовые электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью парогазовой установки .

Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов, на базе нефти вырабатывается 39 % всей электроэнергии мира, на базе угля - 27 %, газа - 24 %, то есть всего 90 % от общей выработки всех электростанций мира . Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов - газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Австралии, Мексике.

Крупная канадская ГЭС «Сэр Адам Бек» на Ниагарском водопаде.

1.1.2. Гидроэнергетика

В этой отрасли электроэнергия производится на Гидравлических Электростанциях (ГЭС ), использующих для этого энергию водного потока.

ГЭС преобладает в ряде стран - в Норвегии и Бразилии вся выработка электроэнергии происходит на них. Список стран, в которых доля выработки ГЭС превышает 70 %, включает несколько десятков из них.

1.1.3. Ядерная энергетика

Балаковская АЭС ночью.

Отрасль, в которой электроэнергия производится на Атомных электростанциях (АЭС ), использующих для этого энергию цепной ядерной реакции, чаще всего урана.

По доле АЭС в выработке электроэнергии первенствует Франция , около 80 %. Преобладает она также в Бельгии, Республике Корея и некоторых других странах. Мировыми лидерами по производству электроэнергии на АЭС являются США, Франция и Япония .

1.2. Нетрадиционная электроэнергетика

Ветряные турбины в Германии.

Большинство направлений нетрадиционной электроэнергетики основаны на вполне традиционных принципах, но первичной энергией в них служат либо источники локального значения, например ветряные, геотермальные, либо источники находящиеся в стадии освоения, например топливные элементы или источники, которые могут найти применение в перспективе, например термоядерная энергетика. Характерными чертами нетрадиционной энергетики являются их экологическая чистота, чрезвычайно большие затраты на капитальное строительство (например для солнечной электростанции мощностью 1000 Мвт требуется покрыть весьма дорогостоящими зеркалами площадь около 4-х км²) и малая единичная мощность . Направления нетрадиционной энергетики :

Малые гидроэлектростанции ;
Ветровая энергетика ;
Геотермальная энергетика ;
Солнечная энергетика ;
Биоэнергетика ;
Установки на топливных элементах
Водородная энергетика ;
Термоядерная энергетика .

Также можно выделить важное из-за своей массовости понятие - малая энергетика , этот термин не является в настоящее время общепринятым, наряду с ним употребляются термины локальная энергетика , распределённая энергетика , автономная энергетика и др . Чаще всего так называют электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. К ним можно отнести как экологичные виды энергетики, перечисленные выше, так и малые электростанции на органическом топливе, такие как дизельные электростанции (среди малых электростанций их подавляющее большинство, например в России - примерно 96 % ), газопоршневые электростанции, газотурбинные установки малой мощности на дизельном и газовом топливе .

1.3. Электрические сети

Электрическая подстанция в Багдаде, Ирак.

Электрическая сеть - совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии . Электрическая сеть обеспечивает возможность выдачи мощности электростанций, её передачи на расстояние, преобразование параметров электроэнергии (напряжения, тока) на подстанциях и её распределение по территории вплоть до непосредственных электроприёмников.

Электрические сети современных энергосистем являются многоступенчатыми , то есть электроэнергия претерпевает большое количество трансформаций на пути от источников электроэнергии к её потребителям. Также для современных электрических сетей характерна многорежимность , под чем понимается разнообразие загрузки элементов сети в суточном и годовом разрезе, а также обилие режимов, возникающих при выводе различных элементов сети в плановый ремонт и при их аварийных отключениях. Эти и другие характерные черты современных электросетей делают их структуры и конфигурации весьма сложными и разнообразными .

2. Теплоснабжение

ТЭЦ в Финляндии.

Жизнь современного человека связана с широким использованием не только электрической, но и тепловой энергии. Для того, чтобы человек чувствовал себя комфортно дома, на работе, в любом общественном месте, все помещения должны отапливаться и снабжаться горячей водой для бытовых целей. Так как это напрямую связано со здоровьем человека, в развитых государствах пригодные температурные условия в различного рода помещениях регламентируются санитарными правилами и стандартами . Такие условия могут быть реализованы в большинстве стран мира только при постоянном подводе к объекту отопления (теплоприёмнику ) определённого количества тепла, которое зависит от температуры наружного воздуха, для чего чаще всего используется горячая вода с конечной температурой у потребителей около 80-90 °C. Также для различных технологических процессов промышленных предприятий может требоваться так называемый производственный пар с давлением 1-3 МПа. В общем случае снабжение любого объекта теплом обеспечивается системой, состоящей из:

источника тепла, например котельной;
тепловой сети, например из трубопроводов горячей воды или пара;
теплоприёмника, например батареи водяного отопления.

2.1. Централизованное теплоснабжение

Новосибирская ТЭЦ-5.

Характерной чертой централизованного теплоснабжения является наличие разветвлённой тепловой сети, от которой питаются многочисленные потребители (заводы, здания, жилые помещения и пр.). Для централизованного теплоснабжения используются два вида источников:

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ ), которые также могут вырабатывать и электроэнергию;
Котельные, которые делятся на:
- Водогрейные;
- Паровые.

2.2. Децентрализованное теплоснабжение

Систему теплоснабжения называют децентрализованной, если источник теплоты и теплоприёмник практически совмещены, то есть тепловая сеть или очень маленькая, или отсутствует. Такое теплоснабжение может быть индивидуальным, когда в каждом помещении используются отдельные отпительные приборы, например электрические, или местным, например обогрев здания с помощью собственной малой котельной. Обычно теплопроизводительность таких котельных не превышает 1 Гкал/ч (1,163 МВт). Мощность тепловых источников индивидуального теплоснабжения обычно совсем невелика и определяется потребностями их владельцев. Виды децентрализованного отопления:

Малыми котельными;
Электрическое, которое делится на:
- Прямое;
- Аккумуляционное;
- Теплонасосное;
Печное.

2.3. Тепловые сети

Тепловая сеть - это сложное инженерно-строительное сооружение, служащее для транспорта тепла с помощью теплоносителя, воды или пара, от источника, ТЭЦ или котельной, к тепловым потребителям.

От коллекторов прямой сетевой воды с помощью магистральных теплопроводов горячая вода подаётся в населённые пункты. Магистральные теплопроводы имеют ответвления, к которым присоединяется разводка к тепловым пунктам, в которых находится теплообменное оборудование с регуляторами, обеспечивающими снабжение потребителей тепла и горячей воды. Тепловые магистрали соседних ТЭЦ и котельных для повышения надёжности теплоснабжения соединяют перемычками с запорной арматурой, которые позволяют обеспечить бесперебойное теплоснабжение даже при авариях и ремонтах отдельных участков тепловых сетей и источников теплоснабжения. Таким образом, тепловая сеть любого города является сложнейшим комплексом теплопроводов, источников тепла и его потребителей .

3. Энергетическое топливо

Газовый факел в Таиланде.

Так как большинство из традиционных электростанций и источников теплоснабжения выделяют энергию из невозобновляемых ресурсов, вопросы добычи, переработки и доставки топлива чрезвычайно важны в энергетике. В традиционной энергетике используются два принципиально отличных друг от друга видов топлива.

3.1. Органическое топливо

В зависимости от агрегатного состояния органическое топливо делится на газообразное, жидкое и твёрдое, каждое из них в свою очередь делится на естественное и искусственное. Доля такового топлива в балансе мировой энергетики составляет около 65 %, из которых 39 % приходится на уголь, 16 % на природный газ, 9 % на жидкое топливо .

3.1.1. Газообразное

Естественным топливом является природный газ, искусственным:

Генераторный газ;
Коксовый газ;
Доменный газ;
Продукты перегонки нефти;
Газ подземной газификации;
Синтез-газ.

3.1.2. Жидкое

Естественным топливом является нефть, искусственным называют продукты его перегонки:

Бензин;
Керосин;
Соляровое масло;
Мазут.

3.1.3. Твёрдое

Естественным топливом являются:

Ископаемое топливо:
- Торф;
- Бурый уголь;
- Каменный уголь;
- Антрацит;
- Горючий сланец;
Растительное топливо:
- Дрова;
- Древесные отходы;
- Биомасса.

Искусственным твёрдым топливом являются:

Древесный уголь;
Кокс и полукокс;
Углебрикеты;
Отходы углеобогащения .

3.2. Ядерное топливо

Судя по характерному черенковскому свечению, это топливо уже вступало в ядерную реакцию.

В использовании ядерного топлива вместо органического состоит главное и принципиальное отличие АЭС от ТЭС. Ядерное топливо получают из природного урана, который добывают:

В шахтах (Франция, Нигер, ЮАР);
В открытых карьерах (Австралия, Намибия);
Способом подземного выщелачивания (США, Канада, Россия).

Для использования на АЭС требуется обогащение урана, поэтому его после добычи отправляют на обогатительный завод, после переработки на котором 90 % побочного обеднённого урана направляется на хранение, а 10 % обогащается до нескольких процентов (3,3-4,4 % для энергетических реакторов). Обогащённый диоксид урана направляется на специальный завод, где из него изготавливают цилиндрические таблетки , которые помещают в герметичные циркониевые трубки длиной почти 4 м, ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы). По нескольку сотен ТВЭЛов для удобства использования объединяют в ТВС, тепловыделяющие сборки .

4. Энергетические системы

Канада. Массивы опор линий электропередачи уходят далеко за горизонт.

Энергетическая система (энергосистема) - в общем смысле cовокупность энергетических ресурсов всех видов, а также методов и средств для их получения, преобразования, распределения и использования, которые обеспечивают снабжение потребителей всеми видами энергии. В энергосистему входят системы электроэнергетическая, нефте- и газоснабжения, угольной промышленности, ядерной энергетики и другие. Обычно все эти системы объединяются в масштабах страны в единую энергетическую систему, в масштабах нескольких районов - в объединённые энергосистемы. Объединение отдельных энергоснабжающих систем в единую систему также называют межотраслевым топливно-энергетическим комплексом , оно обусловлено прежде всего взаимозаменяемостью различных видов энергии и энергоресурсов .

Часто под энергосистемой в более узком смысле понимают совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, которые соединёны между собой и связаны общими режимами непрерывных производственных процессов преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии, что позволяет осуществлять централизованное управление такой системой . В современном мире снабжение потребителей электроэнергией производится от электростанций, которые могут находиться вблизи потребителей или могут быть удалены от них на значительные расстояния. В обоих случаях передача электроэнергии осуществляется по линиям электропередачи. Однако в случае удалённости потребителей от электростанции передачу приходится осуществлять на повышенном напряжении, а между ними сооружать повышающие и понижающие подстанции. Через эти подстанции с помощью электрических линий электростанции связывают друг с другом для параллельной работы на общую нагрузку, также через тепловые пункты с помощью теплопроводов, только на гораздо меньших расстояниях связывают между собой ТЭЦ и котельные. Совокупность всех этих элементов называют энергосистемой , при таком объединении возникают существенные технико-экономические преимущества:

существенное снижение стоимости электро- и теплоэнергии;
значительное повышение надёжности электро- и теплоснабжения потребителей;
повышение экономичности работы различных типов электростанций;
снижение необходимой резервной мощности электростанций.

Такие огромные преимущества в использовании энергосистем привели к тому, что уже к 1974 году лишь менее 3 % всего количества электроэнергии мира было выработано отдельно работавшими электростанциями. С тех пор мощность энергетических систем непрерывно возрастала, а из более мелких создавались мощные объединённые системы .

Примечания

1 2 3 4 5 том 1 под редакцией проф.А.Д.Трухния // Основы современной энергетики. В 2-х томах. - Москва: Издательский дом МЭИ, 2008. - ISBN 978 5 383 00162 2
То есть мощность одной установки (или энергоблока).
1 2 Классификация Российской Академии Наук, которая ей всё же считается достаточно условной
Это самое молодое направление традиционной электроэнергетики, возраст которого немногим более 20 лет.
1 2 Данные за 2000 год.
До недавнего закрытия своей единственной Игналинской АЭС, наряду с Францией по этому показателю также лидировала Литва.
В.А.Веников, Е.В.Путятин Введение в специальность: Электроэнергетика. - Москва: Высшая школа, 1988.
1 2 Энергетика в россии и в мире: проблемы и перспективы. М.:МАИК «Наука/Интерпереодика», 2001.
Эти понятия могут различно трактоваться.
Данные за 2005 год
А.Михайлов, д.т.н., проф., А.Агафонов, д.т.н., проф., В.Сайданов, к.т.н., доц. Малая энергетика России. Классификация, задачи, применение - www.news.elteh.ru/arh/2005/35/04.php // Новости Электротехники : Информационно-справочное издание. - Санкт-Петербург: 2005. - № 5.
ГОСТ 24291-90 Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения
1 2 Под общей редакцией чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова том 2 по редакцией проф.А.П.Бурмана и проф.В.А.Строева // Основы современной энергетики. В 2-х томах. - Москва: Издательский дом МЭИ, 2008. - ISBN 978 5 383 00163 9
Например СНИП 2.08.01-89: Жилые здания - www.proektstroy.ru/standarts/view/1511?gp=3 или ГОСТ Р 51617-2000: Жилищно-коммунальные услуги. Общие технические условия. - www.yondi.ru/inner_c_article_id_324.phtm в России
В зависимости от климата в некоторых странах нет такой необходимости.
Диаметром около 9 мм и высотой 15-30 мм.
Т.Х.Маргулова Атомные электрические станции. - Москва: ИздАТ, 1994.
Энергосистема - bse.sci-lib.com/article126652.html - статья из Большой советской энциклопедии
ГОСТ 21027-75 Системы энергетические. Термины и определения
Не более нескольких километров.
Под редакцией С.С.Рокотяна и И.М.Шапиро Справочник по проектированию энергетических систем. - Москва: Энергоатомиздат, 1985.

См. также

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии . , Традиционная монгольская медицина .

Традиционную энергетику главным образом разделяют на электроэнергетику и теплоэнергетику.

Наиболее удобный вид энергии - электрическая, которая может считаться основой цивилизации. Преобразование пер
вичной энергии в электрическую производится на электростанциях: ТЭС, ГЭС, АЭС.

Примерно 70 % электроэнергии вырабатывают на ТЭС. Они делятся на конденсационные тепловые электростанции (КЭС), вырабатывающие только электроэнергию, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые производят электроэнергию и теплоту.

Рис. 2.2. Принципиальная схема тепловой электростанции: ПГ - парогенератор; Т - турбина; Г - генератор;

И - циркуляционный насос; К - конденсатор

В котле парогенератора ПГ при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в энергию водяного пара. В турбине Т энергия водяного пара превращается в механическую энергию вращения. Генератор Г превращает механическую энергию вращения в электрическую. Схема ТЭЦ отличается тем, что по ней, помимо электрической энергии, вырабатывается и тепловая путем отвода части пара и нагрева с его помощью воды, подаваемой в тепловые магистрали.

Есть ТЭС с газотурбинными установками. Рабочее тело в них - газ с воздухом. Газ выделяется при сгорании органического топлива и смешивается с нагретым воздухом. Газовоздушная смесь при 750-770 °С подается в турбину, которая вращает генератор. ТЭС с газотурбинными установками более маневренна, легко пускается, останавливается, регулируется. Но их мощность в 5-8 раз меньше паровых.

Процесс производства электроэнергии на ТЭС можно разделить на три цикла: химический - процесс горения, в результате которого теплота передается пару; механический - тепловая энергия пара превращается в энергию вращения; электрический - механическая энергия превращается в электрическую.

Общий КПД ТЭС состоит из произведения КПД (ті) циклов:

Лтэс Лх"Лм"Лэ. Лх ~ Пэ ~ 90 % .

КПД идеального механического цикла определяется так называемым циклом Карно:

Где Ті и Т2 ■- температура пара на входе и выходе паровой турбины. На современных ТЭС Tt = 550 °С (823 °К), Т2 = 23 °С (296 °К).

823-296 1ЛП0/ __0/ Лм = -- 100 % = 63 %.

Г)тэс= 0,9 0,63 0,9 = 0,5 %.

Практически с учетом потерь г|тэс = 36-39 % . Из-за более полного использования тепловой энергии КПД ТЭЦ = 60-65 %.

Атомная электростанция отличается от ТЭС тем, что заменен ядерным реактором. Теплота ядерной реакции используется для получения пара (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Принципиальная схема атомной электростанции: 1 - реактор; 2 - парогенератор; 3 - турбина; 4 - генератор; 5 - трансформатор; 6 - электролинии

Первичной энергией на АЭС является внутренняя ядерная энергия, которая при делении ядра выделяется в виде колоссальной кинетической энергии, которая, в свою очередь, пре
вращается в тепловую. Установка, где идут эти превращения, называется реактором.

Через активную зону реактора проходит вещество теплоноситель, которое служит для отвода тепла (вода, инертные газы и т. д.). Теплоноситель уносит тепло в парогенератор, отдавая его воде. Образующийся водяной пар поступает в турбину. Регулирование мощности реактора производится с помощью специальных стержней. Они вводятся в активную зону и изменяют поток нейтронов, а значит, и интенсивность ядерной реакции.

Природное ядерное горючее атомной электрической станции - уран. Для биологической защиты от радиации используется слой бетона в несколько метров толщиной.

При сжигании 1 кг каменного угля можно получить 8 кВт-ч электроэнергии, а при расходе 1 кг ядерного топлива вырабатывается 23 млн кВт-ч электроэнергии.

Более 2000 лет человечество использует водную энергию Земли. Теперь энергия воды используется на гидроэнергетических установках (ГЭУ) трех видов: 1) гидравлические электростанции (ГЭС); 2) приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов морей и океанов; 3) гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), накапливающие и использующие энергию водоемов и озер.

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

Таким образом, основными источниками энергии являются твердое топливо, нефть, газ, вода, энергия распада ядер урана и других радиоактивных веществ.

1. Тепловая энергетика

В этой отрасли производство электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС), использующих для этого химическую энергию органического топлива. Они делятся на:

· Паротурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью паротурбинной установки;

· Газотурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью газотурбинной установки;

· Парогазовые электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью парогазовой установки.

Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов, на базе нефти вырабатывается 39 % всей электроэнергии мира, на базе угля - 27 %, газа - 24 %, то есть всего 90 % от общей выработки всех электростанций мира. Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов - газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Австралии, Мексике.

2. Гидроэнергетика

В этой отрасли электроэнергия производится на Гидроэлектростанциях (ГЭС), использующих для этого энергию водного потока. ГЭС преобладает в ряде стран - в Норвегии и Бразилии вся выработка электроэнергии происходит на них. Список стран, в которых доля выработки ГЭС превышает 70 %, включает несколько десятков.

3. Ядерная энергетика

Отрасль, в которой электроэнергия производится на атомных электростанциях (АЭС), использующих для этого энергию управляемой цепной ядерной реакции, чаще всего урана и плутония.

По доле АЭС в выработке электроэнергии первенствует Франция, около 80 %. Преобладает она также в Бельгии, Республике Корея и некоторых других странах. Мировыми лидерами по производству электроэнергии на АЭС являются США, Франция и Япония.

ГЛАВА 5

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОТРЕБЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ

Бурно развивающаяся экономика стран нашей планеты в 20 веке требовала всё больше и больше затрат топливно-энергетических ресурсов. Добыча нефти, угля, газа с каждым годом всё возрастала и возрастала. Эти источники казались неистощимыми. Разразившийся в 1973-1974 годах нефтяной кризис заставил многие страны серьёзно задуматься над использованием альтернативных источников энергии и экономным использованием топливно-энергетических ресурсов, что и обусловило повышение многими странами уровня самообеспечения энергоресурсами. Однако энергетическая проблема остаётся актуальной и в настоящее время практически для всех стран Европы, поскольку степень обеспеченности собственными ресурсами составляет в отдельных странах Европы 40-50%.

Остро она ощутима и в РБ, способной обеспечить себя примерно на 16% собственными топливными ресурсами, остальное количество их приходиться завозить из-за рубежа и платить большие деньги. Удельный вес ввоза топливно-энергетических сырьевых и материально-технических ресурсов в ВВП составляет более 43%. Республика импортирует (в основном из России) весь потребляемый уголь, более 90% нефти, 100% природного и четверть сжиженного газа.

Если сравнивать энергоёмкость продукции наших предприятий, то она значительно выше, чем в индустриально развитых странах. Так, например, при получении 1т извести у нас тратиться электроэнергии в 5,5 раза больше, чем на Западе, серной кислоты – в 2,7, железобетона – в 1,7 раза. На каждый доллар США произведённой в РБ продукции расходуется 1,4 кг условного топлива, тогда как в странах ЕС – 0,81 кг. Правда, следует учитывать, что климат в нашей стране более холодный, что обуславливает и больший расход ТЭР на обогрев производственных зданий и жилищно-бытового сектора.

На состоявшемся в 1997 году республиканском семинаре, посвященном проблеме энергосбережения, было отмечено, что энергоёмкость ВВП в нашей стране составляет 165 тонн условного топлива на 1 млрд руб., что в 4-5 раз выше, чем в странах ЕС.

Отечественная промышленность по удельным расходам топлива и электроэнергии пока весьма далека от европейских стандартов. Не лучшее положение с энергоёмкостью и в агропромышленном комплексе. Энергоёмкость нашей продукции в 3-5 раз выше, чем в развитых странах. Так, на 1 т говядины тратиться 550 кВт*ч электроэнергии, на одну тонну свинины – в 2,5 раза больше. Совокупный расход энергоресурсов в производстве 1 тонны зерна составляет 28-30 кг условного топлива.

Высокие удельные расходы топлива и электроэнергии явились следствием существовавшей в условиях командно-административной системы практики разработки самими производителями или отраслевыми организациями норм расхода топлива, тепла, электроэнергии и сырья на выпуск той или иной продукции. Затем эти нормы утверждались отраслевыми министерствами. Каждая отраслевая организация стремилась любым путём обеспечить своему ведомству режим «наибольшего благоприятствования», т.е. разработать такие нормы, которые при любой, даже самой чрезвычайной ситуации, исключали бы перерасход этих ресурсов. Иными словами, нормы расхода устанавливали не по действительному расходу, а по верхнему допускаемому пределу. К тому же 1 Квт*ч для села стоил 1копейку. Доходило дело до того, что колхозам и совхозам доводили план потребления энергии.

Такая «практика» несла, помимо экономических, значительные социальные издержки, поскольку этот заведомый перерасход закладывался в цены на продукцию, выпускаемую предприятиями. В результате в стоимость товаров включались потери, которые оплачивали мы, потребители. И хотя удельный вес топливно-энергетических затрат в себестоимости иных видов продукции не самый высокий, но он составляет в зависимости от отрасли, 5-50 %. И каждый новый виток цен на энергоносители делал и делает эти товары всё более дорогими.

Нельзя сбрасывать со счетов и технологическое отставание нашего производства от производства Запада. До самого недавнего времени приоритет отдавался дальнейшему наращиванию мощностей, хотя для того, чтобы сэкономить какое-то количество энергоресурсов, требуется затратить в 2-3 раза меньше средств на действующих мощностях путём их модернизации (реконструкции) по сравнению с созданием новых. И, несмотря на всё вышеизложенное, в результате осуществляемых с 1993 года мер по энергосбережению, начиная с 1995 года, в РБ обеспечено повышение ВВП на 36% практически без прироста ТЭР. Энергоёмкость ВВП до 2004 года снизилась на 34,2%.

Оплата в год за энергоносители нашей страной достигает 1,8 млрд долларов, а на закупку хлеба для всего населения при условии, если бы у нас его не выращивалось вовсе, понадобилось 700 млн долларов.

Специалисты подсчитали, что при разумной организации потребления страной энергоносителей, ввозимых извне, можно снизить расходы на закупку на 40% и сэкономить 700-800 тыс. долларов.

Поэтому энергосбережение является приоритетом государственной политики, важным направлением в деятельности всех без исключения субъектов хозяйствования и самым дешёвым, но не бесплатным, источником энергии. По мнению специалистов, только в сельском хозяйстве возможно сэкономить до 50% электроэнергии, а в некоторых производствах строительной индустрии – и того больше. При этом во многих случаях мероприятия по внедрению энергосберегающих технологий не требуют больших финансовых затрат, т.к. расходы на производство первичной энергии в 3-4 раза больше, чем на её сбережение. И это подтверждается практикой. Так, в Гомельской области целенаправленная работа по энергосбережению в последние годы обусловила отдачу от каждого вложенного рубля тремя рублями прибыли. От реализации энергосберегающих технологий в процессе производства напрямую зависит себестоимость продукции, а значит, и цена её, которая напрямую влияет на уровень доходов и расходов населения, а,следовательно, и на уровень его жизни.

Состояние и развитие производства первичных энергетических ресурсов, с одной стороны, и состояние и развитие потребления подведенной (конечной) энергии, с другой стороны, есть два полюса, два стержня энергетики, находящиеся в постоянном взаимодействии и относительном равновесии и определяющих перспективы развития энергетики в целом. Поэтому, что бы выявить и понять перспективы развития энергетики во всем мире и в нашей стране, рассмотрим основные принципы энергообеспечения экономики, условия и динамику потребления энергии.

Растения поглощают солнечную энергию в процессе фотосинтеза; животные потребляют эту энергию косвенным путем, поедая растения и других животных; нагревая поверхность суши, морей и океанов, солнечная энергия способствует испарению воды и возникновению ветра - важным компонентам в цепочке круговорота веществ в природе. В свою очередь, ветер также может быть использован как источник энергии для совершения полезной работы.

Человек потребляет солнечную энергию с пищей. Однако еще в глубокой древности человек научился перерабатывать энергию солнца путем сжигания биологической материи (например, древесины). И сегодня миллионы людей используют этот важный источник энергии для обогрева жилища или приготовления пищи. Таким образом, солнечная энергия - основа и залог существования всей жизни на Земле.

Стремление жить лучше, комфортней, приводило и приводит к большему потреблению энергии (лучшее освещение и отопление жилища, лучший транспорт и т.д.). Каждая эпоха характеризовалась своей энергосистемой, которая была неотъемлемым компонентом инфраструктуры данного общества.

До первой промышленной революции человечество в обеспечении своих энергетических потребностей ориентировалось главным образом на выращивание растений и разведение животных: растения использовались для пищи и в качестве топлива, а животные – для пищи и механической работы. Энергия ветра и рек использовались лишь для мельниц и судов. В XVIII столетии с появлением паровых машин и фабричного производства основным видом топлива для нужд промышленности становится уголь. В конце XIX века после создания двигателей внутреннего сгорания к нему присоединяется нефть, а в XХ веке еще и природный газ.