Нетрадиційні способи та джерела отримання енергії

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Введення
Енергоозброєність є основою технічного прогресу. Енергетична криза 1970-х років істотно загострив проблему енергозабезпечення суспільства. Стало ясно, що період дешевих і легко доступних джерел енергії закінчився. Енергетичні проблеми нерозривно переплелися з економічними, екологічними, соціальними і політичними проблемами. Енергетика стала одним з найголовніших факторів, що визначають розвиток світової економіки.
У цих умовах особливої ​​актуальності набула завдання пошуку нових, нетрадиційних способів і джерел одержання енергії, особливо відновлюваних. До таких джерел відносяться:
 Сонячне випромінювання.
 Гідравлічна енергія малих річок.
 Геотермальне тепло.
Енергія вітру.
Енергетичні ресурси світового океану.
В даний час світова потреба в первинній енергії оцінюється величиною 12 млрд. тонн умовного палива. Енергоспоживання в Росії становить менш 1 млрд. тонн на рік. Дані про запаси паливно-енергетичних ресурсів РФ наведено в табл. 1. (Див. Додаток).
Якщо орієнтуватися тільки на запаси органічного палива, то, безсумнівно, необхідне повернення до збільшення частки кам'яних та бурого вугілля в паливному балансі країни. Нафта і газ є дорогим сировиною, а їх запаси в порівнянні із запасами вугілля приблизно в 20 разів нижче. Проте вугілля є екологічно «брудних» паливом. Крім того, його видобуток пов'язана з підвищеними витратами і ризиком, тому що запаси кам'яного вугілля на даний час збереглися в основному на великій глибині.
Тому настійно необхідно залучення у виробництво інших видів первинної енергії, таких як:
 гідравлічна енергія малих річок;
 вітрова;
 приливна;
 геотермальна;
 сонячна.
Сучасний внесок у світове енерговиробництво на основі сонячної, вітрової, припливної енергії складає 0,1%, а встановлена ​​потужність електростанцій, що використовують ці енергоресурси досягає 36 Гвт. У той же час технічно здійсненний потенціал цих енергоджерел в світі складає (млрд. тонн):
 сонячна енергія ... ... ... .... 6,0;
 енергія вітру ... ... ... ... ... .... 2,8;
 геотермальна енергія ... .... 1,0.
За найбільш обережними оцінками, в умовах Росії тільки за рахунок сонця і вітру можна отримувати до 0,5 млрд. тонн палива на рік. Це становить 20-25% максимально можливого споживання енергії в РФ на досить віддалену перспективу. Дані про потенціал нетрадиційних джерел енергії в РФ наведено в табл. 2.

Малі гідроелектростанції
Технічно можливий гідроенергетичний потенціал складає приблизно 10% від повних запасів розвіданого органічного палива. В даний час вироблення на гідроелектростанціях (ГЕС) РФ становить 6% від загального виробництва електроенергії. Досвід будівництва гідроелектростанцій в колишньому СРСР показав, що спорудження великих ГЕС можливе лише в економічно розвинених країнах через величезних витрат як на будівництво, так і на природоохоронні заходи. Крім того, необхідні великі капіталовкладення на підтримку в працездатному стані всього комплексу гідротехнічних споруд.
Тому використання гідроенергетичного потенціалу на сучасному етапі можливе лише на основі широкого застосування гідроустановок (ГЕУ) малої потужності. Установки потужністю менш 0,1 МВт відноситься до категорії мікро-ГЕС. Станції потужністю менше 30 МВт можуть бути побудовані як на малих і середніх річках, так, в окремих випадках, і на річках великих (при низьконапірних гідровузлах або при неповному використанні стоку). У Російській Федерації знаходяться в експлуатації малі ГЕС (МГЕС) сумарною потужністю 545 МВт. Вони виробляють 1940 млн. кВт / год електроенергії на рік. Практично всі ці МГЕС розташовані на Європейській території РФ, При цьому, основні сумарні потужності МГЕС (більше 2 / 3) припадають на райони північного Заходу і Північного Кавказу.
ГЕУ малої потужності можуть будуватися на основі греблею і дериваційної схем, а також на базі використання енергії вільного потоку води.
Для збільшення потужності ГЕС, що використовує енергію вільного потоку, необхідно збільшувати швидкість води за рахунок застосування сопел на вході і виході установки.
ГЕУ на основі енергії вільного потоку можуть монтуватися на палях або розташовуватися на плотах (так звані наплавні ГЕС).
Вітроенергетичні установки
У світовій практиці широко використовуються вітроенергетичні установки (ВЕУ). Деякі з них досягають граничної для вітроагрегатів потужністю в 3-4 МВт (табл. 3). (Див. Додаток)
ВЕУ застосовуються для приводу насосних станцій, опріснення мінералізованих вод, меліорації земельних угідь. В даний час застосовують ВЕУ двох конструктивних типів:
 з горизонтальною віссю обертання, паралельної повітряному потоку;
 з вертикальною віссю обертання, перпендикулярної повітряному потоку.
Для ВЕУ першого типу застосовують дволопатеве вітроколесо, яке забезпечує більш високу енергоємність, ніж багатолопатеве. Захист від руйнування лопатей при надмірній силі вітру здійснюється поворотним механізмом, який при граничній швидкості вітру розгортає лопаті під флюгерне ​​становище. Недолік вітродвигунів з горизонтальною віссю обертання полягає в необхідності установки їх на досить високій башті. Це пов'язано, по-перше, із забезпеченням вільного простору для обертання лопатей, і, по-друге, з тим, що швидкість вітру зростає із збільшенням висоти.
Робочий момент на вітроколесі створюється за рахунок аеродинамічних сил, що виникають на лопатях, які мають спеціальний профіль. Процес виникнення сил на лопатях підкоряється тим же законам, що й процес появи підйомної сили крила літака. При цьому під крилом створюється область підвищеного тиску, а над ним - зниженого.
Вітродвигуни з вертикальною віссю обертання має кілька важливих переваг у порівнянні з крильчатиє ВЕУ з горизонтальною віссю:
 відпадає необхідність у пристроях для орієнтації на напрямок вітру;
 спрощується конструкція та монтаж, більш зручним стає розташування генератора і редуктора;
 знижуються додаткові механічні напруги в лопатях, системі передач, викликані гіроскопічними навантаженнями.
Є кілька типів вітродвигунів з вертикальною віссю обертання, прикладом яких є ротор Савоніуса. Цей ротор виготовляється з циліндричної труби, розрізаної вздовж і закріпленої між нижніми і верхніми фланцями. Обидві лопаті кілька розсунуті, причому зазор між ними може змінюватися.
До ветропріемним пристроїв з вертикальною віссю обертання відноситься ротор Дар'ї. Він оснащується двома або трьома тонкими лопатями і обертається зі швидкістю в три-чотири рази перевищує швидкість вітру. Для запуску ротора Дарині необхідний допоміжний двигун, розганяє його до номінальної швидкості.
Застосовуються більш складні конструкції вітроагрегатів з вертикальною віссю обертання. До них відносяться:
 вітроагрегат з двоярусними вертикальними лопатями на загальному валу
 вітроагрегат з двома лопатями, розташованими на візках (ВЛ-2)
 багатолопатеве вітроагрегат, з лопатами розташованими на візках
Як лопатей для агрегатів ВЛ-2 і ПЛ-МЛП використовуються крила літаків.
Розвиток промислової вітроенергетики почалося на початку 70-х років. Найбільшого розвитку в даний час вітроустановки досягли в США, де експлуатуються ВЕУ сумарною потужністю 1700МВт, у Німеччині - 630МВт, Данії - 539МВт, Індії - 200МВт, Великобританії - 170МВт, Нідерландах - 16 МВт. Ще в чотирьох країнах (Швеції, Греції, Китаї та Італії) потужність ВЕУ досягла 20 ... 40 МВт, і, як мінімум, у восьми країнах - від кількох мегават до 10 МВт.
У країнах Північної та Південної Америки, разом узятих, і в країнах Європи сумарна потужність експлуатованих ВЕУ становить по 1725 МВт, у країнах інших континентів потужність ВЕУ - всього 280 МВт.
Середня одинична потужність експлуатованих в світі ВЕУ складає ~ 140 кВт. Приблизно до середини 80-х років вітроелектростанції створювалися на базі ВЕУ одиничною потужністю менше 100 кВт. З середини 80-х років стали впроваджуватися ВЕУ потужністю 100-300 кВт, а до кінця 80-х - і ВЕУ 600 ... 700 кВт. Створюються для серійного виробництва нові моделі ВЕУ потужністю 500 ... 1500 кВт. Перехід в даний час до ВЕУ граничної потужності (3 ... 4 МВт) оцінюється у світі як передчасний. Практично весь світовий парк ВЕУ складається з крильчастих установок. Роботи по інших типах ВЕУ, а також по крильчатиє ВЕУ граничної потужності проводяться, проте широкого розвитку вони не отримали.
Таким чином, до теперішнього часу світова вітроенергетика перетворилася в галузь, що вносить в окремих країнах відчутну частку у виробництві електроенергії.
Найбільш перспективні зони для використання вітрової енергії в Росії знаходяться на прибережній смузі шириною 50 ... 100 км уздовж морів Північного Льодовитого океану, в окремих прибережних районах Далекого Сходу, в районах Балтійського, Чорного та Каспійського морів. У цих районах середньорічна швидкість вітру дорівнює 5 ... 6 м / с і більше.
Практичне освоєння вітроенергетики в РФ тільки починається. Розробляються і створюються кілька моделей крильчастих ВЕУ потужністю 250 ... 300 кВт, одна модель крильчатий ВЕУ потужністю 1000 кВт і модель ВЕУ з вертикальною віссю обертання потужністю 1250 кВт. У 1991-1992 роках змонтовано дві ВЕУ типу АВЕ-250 на полігонах у селищі Дубки (Чіркейская ГЕС, Дагестан) і в Іван-місті (Ленінградська обл.) Та одна - на полігоні НВО «Вітроен» в Геленджику. У 1993 р. змонтований агрегат АВЕ-250 у м. Воркуті.
У 1993 р. в м. Новоросійську побудована дослідно-експериментальна ВЕУ типу ДП-250. Однак після перших випробувань установка відправлена ​​на завод для доопрацювання і додаткових стендових випробувань. У 1994 р. на дослідно-експериментальної Калмицької ВЕУ змонтована перша вітроустановка типу «Р-1» потужністю 1000 кВт.
У системі РАО ЄЕС Росії в даний час у стадії будівництва знаходяться три ВЕУ:
 Експериментальна установка потужністю 5 МВт (селище Дубки Чіркейская ГЕС, Дагенерго).
 Заполярная ВЕУ потужністю 8 МВт (г Воркута, Коміенерго).
 Калмицька ВЕУ потужністю 22 МВт (Калменерго).
Проектуються сім ВЕУ: Магаданська 50 МВт (Магаданенерго); Дагестанська 6 МВт (Дагенерго); Ленінградська 25 МВт (Лененерго); Приморська 30 МВт (Дальенерго); Морська 30 МВт (Кареленерго); Новоросійська 2 МВт (Краснодаренерго); Західно-Приморська 30 МВт (Янтарьенерго). При здійсненні тільки цих проектів вже до 2005 р. в Росії існуватиме вітроенергетика, як відчутна для деяких районів складова частина електроенергетики.
Шкідливі дії вітроустановок на довкілля виражаються в наступному:
 ВЕУ спотворюють природний пейзаж;
 створюють шум, у тому числі можуть порушувати інфразвукові коливання, що несприятливо впливають на мешканців біосфери поблизу ВЕУ;
 генерують електромагнітні перешкоди.
Основним недоліком ВЕУ є нерівномірність вітрового картини, тому їх застосування можливе лише в комплексі з накопичувачами електричної енергії.
Сонячні електростанції
Сонце є основним джерелом усіх видів одержуваної на нашій планеті енергії. В даний час пильну увагу приділяється прямого використання сонячної енергії. Сонце випромінює щомиті 370Ч10 12 ТДж теплоти. З цієї кількості на Землю потрапляє в енергетичному еквіваленті лише 1,2 Ч10 5 ТВт, тобто за рік 38Ч10 20 кВт / год, або в 10 8 разів більше, ніж сьогодні споживається у світі. При визначенні практичної доцільності використання сонячної енергії виходять з того, що максимальна щільність енергії сонячного випромінювання досягає 1 кВт / м 2. Однак така щільність має місце протягом 1-2 годин в розпал літнього дня в екваторіальних широтах. У більшості районів планети середня щільність енергії сонячного випромінювання становить 200 ... 300 Вт / м 2.
Основний напрямок утилізації сонячної теплоти базується на використанні схем з концентруванням сонячної енергії за допомогою дзеркал або лінз. Існує багато способів перетворення сонячної енергії в електричну. Ефективним для великої енергетики є паротурбінний спосіб, аналогічний вживаному на звичайних ТЕС. При цьому використовуються два типи сонячних електростанцій (СЕС): баштові СЕС та СЕС з сонячними ставками.
Сонячні електростанції баштового типу. У районах з великою кількістю сонячних днів у році доцільно спорудження сонячних електростанцій (СЕС) баштового типу (рис. 10).
Розміщені на великій площі (мал. 11) фокусують елементи (геліостати) вловлюють сонячні промені і концентрують їх, спрямовуючи на паровий котел, встановлений на вершині вежі. При висоті вежі 200 ... 300 метрів потужність такої станції може досягати 100 МВт при ККД, що дорівнює 17%.
Переривчастий характер сонячної радіації призводить до того, що вона не може використовуватися як гарантоване джерело електроенергії. Для підвищення надійності електропостачання в технологічну схему СЕС включають акумулятор енергії. Як правило, здійснюється акумулювання теплоти. При цьому використовується дві схеми накопичення теплової енергії: послідовна; паралельна.
У першій схемі теплової накопичувач розташовується між приймачем і теплообмінником. Нагрітий в теплоприймача теплоносій витрачається на вироблення електроенергію і завантаження акумулятора. При відсутності сонячної радіації необхідна теплота передається робочому тілу від акумулятора.
У другій схемі заряд акумулятора забезпечується відведенням частини нагрітого робочого тіла, а зв'язок з турбоустановки здійснюється без проміжних пристроїв.
Втрати при перетворенні енергії сонячного випромінювання в ЕЕ складаються з геотермічних втрат, що залежать від кута падіння і затінення, втрат на відбиття й поглинання, теплових втрат в приймальнику і теплоакумуляторі.
Сонячні ставки. Інший спосіб використання сонячної енергії грунтується на тому, що у водойму на різних рівнях вводиться різну кількість солей. При цьому створюються верстви (страти) сольового розчину з неоднаковою концентрацією і щільністю. Нижні шари, що мають більш високу концентрацію і щільність, нагріваються під дією сонячної радіації більш інтенсивно. Технологічна схема використання виникаючої температурного градієнта проста: гаряча вода (60-90 ° С) з нижніх шарів подається в теплообмінник і використовується для випаровування рідини з низькою температурою кипіння (фреон, пропан, аміак). Пари цієї рідини приводять в обертання турбоагрегат.
Фотоелектричні електростанції. У фотоелектричних станціях використовується явище фотоефекту, який поділяється на три види:
 зовнішній фотоефект, що представляє собою виривання електронів з поверхні металу під дією світлового потоку;
 внутрішній фотоефект - зміна електропровідності напівпровідників і діелектриків під дією світла;
 фотоефект замикаючого шару, що полягає в наступному. При зіткненні напівпровідників, що мають електронну (n - типу) і дірковий (р - типу) провідності, на межі поділу утворюється контактна різниця потенціалів внаслідок дифузії електронів. Якщо напівпровідник р - типу висвітлюється, то його електрони, поглинаючи кванти світла, переходять в напівпровідник з електронною провідністю.
Для енергетичних цілей застосуємо останній вид фотоефекту. Пристрої, що реалізують даний вид фотоефекту, називаються фотоелектричними перетворювачами (ФЕП).
Для зниження вартості ФЕП і підвищення їх загальної ефективності використовуються різні системи концентрування сонячного випромінювання: полімерні оптичні лінзи; лінзи Френеля з точковою фокусуванням.
Стратегія розвитку сонячної енергетики в Росії базується на наступних положеннях. Найближчим етапом має стати дослідно-промислове освоєння даної технології виробництва електроенергії, для чого необхідно проектування та спорудження двох-трьох експериментальних і промислових СЕС потужністю 1 ... 3 МВт в різних регіонах країни. Зокрема, доцільно відновлення робіт на експериментальній Кисловодській сонячної фотоелектричної станції, для якої виконано техніко-економічне обгрунтування. Найбільш перспективні за кліматичними умовами для будівництва СЕС Нижнє Поволжя, Північний Кавказ, Південне Забайкаллі, південь Хабаровського краю і Приморський край. Середньорічне число годин роботи СЕС різних типів у цих районах складе: 1700 ... 2500 годин на рік для теплових і фотоелектричних станцій з концентраторами сонячного випромінювання і 2000 ... 3000 годин для СЕС з ФЕП без концентрації сонячної радіації.
У період до 2015 р. на основі отриманого досвіду доцільно створення та освоєння 1 або 2 СЕС потужністю 10 ... 20 МВт.
Космічні сонячні системи. Величезна кількість сонячної енергії, що приходить на Землю (приблизно 0,15 МВтЧч на 1 м 2 поверхні в рік), важко використовувати через низької щільності сонячної радіації та залежності її інтенсивності від хмарності і пори року. В даний час є технічні можливості для створення СЕС, що розміщуються на штучних супутниках Землі з геостаціонарної орбіту. У цьому випадку сонячна енергія буде акумулюватися безперервно. Передача енергії на Землю повинна здійснюватися за надвисокочастотного (НВЧ) каналу з довжиною хвилі 10 см (частота 2,4 ГГц).
Космічні сонячні електростанції можуть бути спроектовані на корисну електричну потужність 3 ... 20 ГВт. Розміри КСЕС з вихідною потужністю 5 ГВт оцінюються наступним чином:
 сумарна поверхню батареї ... ... ... ... ... 20 км 2;
 діаметр передавальної антени ... ... ... ... ... ... 1 км 2;
 діаметр приймальної антени ... ... ... ... ... ... ... 7 ... 12 км.
Сонячна батарея КСЕС може побудована на ФЕП двох типів:
 на основі кремнію:
 на основі арсеніду галію.
При використанні зазначених ФЕП загальна маса КСЕС потужністю 5 ГВт складе понад 12000 тонн. Слід зазначити, що кремнієві перетворювачі досить дорогі, тому що виробництво монокристалів високої чистоти дуже трудомістко. Галієві перетворювачі мають більш високий ККД, однак їх застосування обмежується низьким рівнем запасів галію в природі, а також труднощами його видобутку і переробки.
Крім фотоелектричного способу отримання електроенергії на КСЕС розробляються проекти космічних станцій з іншими принципами перетворення енергії:
 газо та двигуни:
 на основі МГД - генераторів;
 термоемісійний;
 термоелектричні.
Найбільшого поширення набули проекти, що використовують традиційні паро-і газотурбінні замкнуті схеми. Основні їх достоїнства складаються в більш високому, ніж у ФЕП коефіцієнті корисної дії (до 40% проти 14-16%), добре розроблених технологіях, наявності розвиненої промислової бази для виготовлення основних агрегатів.
Процес виробництва ЕЕ включає наступні стадії. За допомогою концентраторів у форму параболоїда обертання збирається сонячне світло і спрямовується на теплоприемник. В якості робочого тіла використовується інертний газ (наприклад, аргон), який при температурі 1000 ... 1300 До обертає турбіну. Відпрацьований газ охолоджується в рекуператорі і знову подається в теплоприемник. Загальний ККД всієї установки становить 18%. Питома маса на 1 кВт потужності дорівнює 12 кг , Що майже в два рази менше ніж у КСЕС з ФЕП. Основний недолік розглянутій схеми полягає в наявності обертових вузлів, що знижує експлуатаційну надійність установки, а це в умовах космосу має першорядне значення. Цей недолік може бути усунений шляхом застосування МГД - генераторів. При цьому з-за низьких температур космічних спрощується застосування надпровідних обмоток електромагнітів, а майже абсолютний вакуум полегшує умови герметизації.
Стадію перетворення сонячної енергії в електричну можна виключити шляхом перетворення світла в енергію монохроматичного випромінювання (випромінювання однієї певної частоти). Проте, даний спосіб поки недостатньо добре пропрацював.
Для перетворення виробленої в космосі енергії в НВЧ випромінювання передбачається використовувати підсилювачі двох типів:
 амплітрони - підсилювачі зі схрещеними полями;
 клістрони - підсилювачі на лінійних пучках.
Застосовувана довжина хвилі (10-12 см) досить велика, що призводить до суттєвої расходимости пучка. Тому потрібна споруда наземних приймальних антен (ректенн), які займають великі площі. Для прийому 5 ГВт потрібно ректенна з диметром до 12 км. Крім прийому НВЧ випромінювання, ректенна повинна перетворювати його в постійний струм, для чого потрібні мільйони діодних елементів. При цьому, загальна площа ректенни досягає 250-270 км 2. Для того щоб виключити вилучення таких величезних площ з землекористування, передбачається піднімати грати ректенни над земною поверхнею.
Недостатньо опрацьовані в даний час екологічні аспекти будівництва і експлуатації КСЕС. Наприклад, можливі несприятливі зміни картини розподілу заряджених частинок в атмосфері з-за дії НВЧ - пучка, що призведе до виникнення перешкод у радіозв'язку. Крім того, НВЧ - випромінювання інтенсивно поглинається молекулами води і кисню, що може викликати локальний нагрів повітря.
Припливні електростанції
Припливні електростанції (ПЕС) вигідно відрізняються від річкових ГЕС тим, що їх робота визначається космічними явищами і не залежить від природних умов, визначених цілою низкою випадкових чинників. Ритмічно, із суворою закономірністю, в одних місцях кожні 12 год 25 хв, а в інших через 24 год 50 хв могутня хвиля океанського приливу наступає на берег. Викликаний взаємодією космічних сил системи Земля-Місяць-Сонце приплив плавно піднімає рівень моря біля берега в залежності від положення на планеті, форми русла і берегової лінії від декількох сантиметрів до багатьох метрів. Найвищий приплив (19 м) спостерігається на берегах затоки Фанді (Канада). У північно-західних берегів США він досягає 10 м, в Південній Америці (Аргентина, Галегос) 11 м, в Англії (Брістоль) і Франції (Сен-Мало) 14 м. Значний підйом припливу (10 м і вище) біля берегів Австралії, Індії, Китаю та Кореї. Біля берегів РФ високі припливи спостерігаються в Пенжінском (до 13,4 м), Тугурской і Мезенском (до 10 м) затоках в Охотському і Білому морях. На Мурманськом узбережжі приплив досягає 7,2 м. Світовий енергопотенціал морського припливу оцінюється в 1 млрд. кВт, що в 2,5 рази більше, ніж потужність всіх існуючих ГЕС на планеті.
Головний недолік ПЕМ - нерівномірний графік роботи. Нерівномірність припливної енергії протягом місячної доби й місяця, відмінних від сонячних, не дозволяє систематично використовувати цю енергію. Приплив в залежності від видимості місячного диска від повні до молодика протягом 14,2 діб зменшується в 3 рази. Крім того, якщо морська затока або бухту відгородити греблею і в цій греблі поставити турбіну (рис. 20а), то при опусканні рівня моря внаслідок відпливу натиск, що діє на турбіну, утворюється не відразу, а через деякий проміжок часу , Протягом якого затвори турбін припливної електростанції закриті (рис. 20б). У момент , Коли натиск, який визначається різницею рівнів води в затоці і море, досягне значення технічного мінімуму , Відкриваються затвори і турбіни починають працювати. Так буде продовжуватися до моменту , Коли натиск знову досягне мінімального значення . Після вирівнювання рівнів у басейні і море (момент ) Затвори турбін закриваються. Тому рівень води в затоці буде зберігатися незмінним, а в морі в результаті припливу підвищуватися. Цей процес буде продовжуватися до моменту , Коли знову виникає необхідний натиск і турбіни зможуть почати роботу.
Таким чином, в інтервалі часу і в інших аналогічних інтервалах агрегати ПЕМ не видають потужності, а в інші періоди відливу і припливу вона змінюється від нуля до деякого максимального значення і знову знижується до нуля (рис 20в). За цим принципом працює ПЕМ, побудована за найпростішою однобассейновой схемою двосторонньої дії.
В умовах сучасної енергетики, коли в енергосистемах є великі можливості маневрування генеруючим обладнанням, від припливної електростанції не потрібна безперервна робота. Набагато важливіше отримати від неї потужність у години найбільшого споживання, що дозволить забезпечити більш рівномірну роботу потребують цього теплових і атомних електростанцій. При цьому реалізується дуже цінна якість припливної енергії, що полягає у незмінності її середньомісячного значення в будь-який сезон.
Реалізація цієї якості припливної енергії може бути досягнута, якщо побудувати ПЕМ за простою схемою однобассейновой двосторонньої дії, що забезпечує найбільшу вироблення.
Іншим серйозним перешкодою для широкомасштабного споруди ПЕМ є дорожнеча їх будівництва внаслідок необхідності зведення споруд на значних глибинах при впливі морської стихії. Для подолання цього недоліку застосовують при будівництві ПЕМ наплавний спосіб, що дозволяє побудувати будинок ПЕМ в сприятливих умовах приморського промислового центру і в готовому вигляді зі змонтованим устаткуванням доставити його водним шляхом у важкодоступний з суші створ.
На ПЕМ встановлюють оборотні капсульні агрегати (рис. 21), які можуть працювати в генераторному режимі під час припливів і відливів, так і в насосному режимі для закачування води в басейн з метою забезпечення достатнього напору.
Природні умови Росії дозволяють побудувати ПЕМ із сумарною встановленою потужністю близько 150 тис. МВт. Багаторічні наукові дослідження привели до висновку про те, що можливе будівництво кількох ПЕМ:
 Лумбовской в ​​Баренцевому морі потужність 320 МВт (в іншому варіанті 672 МВт);
 Мезенской в ​​Білому морі потужністю 15200 МВт і виробленням електроенергії 42000 ГВт год на рік;
 Тугурской мощностьк 6800 МВт і виробленням електроенергії 16200 ГВт * год на рік;
 Пенжинской потужність 21400 МВт (в іншому варіанті 87400 МВт) в Охотському морі.
Протягом декількох десятків років в колишньому СРСР велися наукові і проектні роботи по приливної енергетиці. До теперішнього часу виконані проробки в Лумбовской, Пенжинской, Мезенской і Тугурской ПЕС.
З 1968 р. працює експериментальна Кислогубская ПЕС потужністю 400кВт (рис. 22). Виконано техніко - економічне обгрунтування з дослідно - промислової Кольської ПЕС потужністю 40 МВт, яка призначалася для проведення натурних випробувань конструктивних рішень по капсульному агрегату для потужних Тугурской і Мезенской ПЕС.
За кордоном працюють три приливних станції:
 ПЕМ Ранс потужністю 240 МВт у Франції (побудована в 1967 р. і має 24 агрегату).
 ПЕМ Цзянсян потужністю 32 МВт в Китаї (пуск шести агрегатів здійснено в період 1980 ... 1985 рр..).
 ПЕМ Аннаполіс потужністю 196 МВт в Канаді (побудована в 1984 р., має 1 агрегат).
Крім того, в Китаї побудовано десятки мікро і міні ПЕМ, що є елементами комплексів для здійснення проектів обводнення, осушення, судноплавства і т.д.
На Мезенской і Тугурской ПЕМ передбачена установка відповідно 800 і 420 агрегатів. Одинична потужність агрегатів Мезенской ПЕМ 19 МВт. Це капсульні агрегати з діаметром робочого колеса турбіни 10 м з двостороннім режимом роботи. Одинична потужність агрегатів Тугурской ПЕМ 16,2 МВт. Подібні типи агрегатів вже розроблені зарубіжними фірмами. Велика кількість агрегатів на ПЕМ - серйозна перешкода для їх спорудження, так як для створення такого числа агрегатів необхідно задіяти всю енергетичну промисловість країни.
Серйозна перешкода для створення описаних ПЕМ - їх виключно велика встановлена ​​потужність, яка не має аналогів у світі, і пов'язаний з нею значний обсяг капіталовкладень.
Геотермальні електростанції
На геотермальних електростанціях (ГеоТЕС) як джерело енергії використовується теплота земних надр. На основі геофізичних досліджень встановлено, що температура земної кори зростає на 1 ° С при збільшенні глибини на 30-40 метрів. Таким чином, на глибині 3-4 км досягається температура кипіння води, а на глибині 10-15 км температура породи складає 1000-1500 ° С. У деяких районах температура гарячих джерел досить висока в безпосередній близькості від поверхні.
Джерелом геотермальної теплоти є гаряча магма, яка проникає з надр Землі і в деяких місцях близько підходить до поверхні. Джерела глибинної теплоти розміщуються, як правило, поблизу кордонів літосферних плит і в районах підвищеної геологічної активності. Родовища геотермальної енергії поділяються на шість видів:
 гідротермальні системи (парогідротерми), що залягають на глибині до 3 км, рис. 23;
 родовища низькотемпературної геотермальної теплоти (100 ... 200 ° С);
 системи аномально високого тиску (глибина до 10 км);
 сухі гарячі гірські породи (глибина до 10 км);
 магма (на глибині до 10 км).
В даний час широке застосування знаходять родовища першого типу.
При освоєнні геотермальних родовищ виникають складні проблеми, що перешкоджають широкомасштабного використання цього виду енергії. По-перше, температура геотермальних флюїдів набагато нижче, ніж у пари, що виробляється на звичайному ТЕС, тому необхідно приймати спеціальні заходи, спрямовані на ефективне використання енергії. По-друге, геотермальні води містять велику кількість розчинених мінеральних речовин, що мають високу хімічну агресивність. При попаданні цих речовин на лопатки турбіни відбувається їх швидке руйнування. Крім того, на поверхнях трубопроводів та іншого тепломеханічного обладнання відбувається значне солеотложенія. Тому необхідні спеціальні заходи для попереднього очищення теплоносія від шкідливих домішок.
Мають місце і значні екологічні проблеми:
 ймовірність стимулювання землетрусів в результаті гідравлічного розриву пласта;
 осідання грунту внаслідок відбору води;
 сильний шум, створюваний з-за того, що при виході на поверхню відбувається різке падіння тиску геотермального флюїду;
 викид шкідливих газів (двоокису вуглецю СО 2 і сірководню );
 труднощі з ліквідацією відпрацьованого розсолу.
ГеоТЕС досягли в даний час рівня достатньої конкурентоспроможності і широко використовуються у ряді країн, що володіють ресурсами геотермальної енергії. В основному це ГеоТЕС на парогідротермах (рис. 23). У світі сьогодні працюють більше 170 блоків ГеоТЕС сумарною потужністю понад 7000 МВт, технологія і устаткування ГеоТЕС на парогідротермах в основному розроблені. Разом з тим на всіх діючих ГеоТЕС виникають специфічні проблеми екології, солеотложеній, корозії металевих частин основного обладнання. Близько 40% вимушених аварійних зупинок турбін на ГеоТЕС відбувається через занесення солями перших двох ступенів сопловой решітки турбіни і корозійно-ерозійного руйнування останнього ступеня турбіни. Крім того, в Японії неодноразово відбувалися аррестори ГеоТЕС на вимогу природоохоронних органів у зв'язку з забрудненням околиць станцій сірководнем і сольовими геотермальними водами.
Росія має в своєму розпорядженні великими потенційними запасами геотермальної енергії у вигляді парогідротерм вулканічних районів і енергетичних термальних вод з температурою 60 ... 200 ° С у платформених і передгірних районах. До останнього часу через дешевизну органічного палива використання цих запасів було незначним (Паужетская ГеоТЕС на Камчатці потужністю 11 МВт, системи геотермального теплопостачання на Північному Кавказі і Камчатці з річною економією палива близько 1 млн. т.у.п.). У міру наближення цін на паливо до світових рентабельність геотермальної енергетики підвищується і з'являється можливість будівництва потужних ГеоТЕС.
В даний час застосовуються два основні способи використання геотермальної енергії:
 ГеоТЕС на парогідротермах.
 Двоконтурні ГеоТЕС, що використовують низькотемпературне (100-200 ° С) тепло термальних вод.
Електростанції першого типу будуються за одноконтурною і двоконтурним схемами. Одноконтурна ГеоТЕС працюється так само, як і звичайна ТЕС. Основна відмінність полягає в тому, що робоче тіло перед подачею на лопатки турбіни проходить складну систему очищення від агресивних домішок.
Для кардинального вирішення проблем екології, солеотложеній, корозії, ерозії розроблена двоконтурна технологічна схема (рис. 25), згідно з якою в комплект устаткування додається парогенератор. На «гарячій» стороні парогенератора конденсується геотермальний пар; на «холодної» стороні генерується вторинний пар, отриманий з живильної води, хімічно очищеної традиційними методами. При цьому використовується звичайна парова турбіна. У двоконтурної схемою за рахунок відсутності газів у вторинному парі буде отримано більш глибокий вакуум в конденсаторі і цим буде компенсована втрата потенціалу геотермального пара парогенераторі.
На родовищах термальних вод з невеликою температурою (100 ... 200 ° С), застосовуються двоконтурні ГеоТЕС на низькокиплячих робочих речовинах (хладоне R-142В). Потенційні запаси таких термальних вод зосереджені в основному на Північному Кавказі в пластах на глибині 2,5 ... 5 км і можуть забезпечити створення геотермальних станцій загальною потужністю в кілька мільйонів кіловат. За економічними показниками в даний час такі станції наближаються до станцій на органічному паливі (вартість електроенергії в залежності від глибини свердловин і температури води може становити 3 ... 5 центів за кВт / год). Вже в найближчі роки в міру зростання споживання електроенергії та підвищення вартості палива геотермальні станції можуть скласти конкуренцію традиційним електростанціям.
Наша країна - піонер у створенні енергоустановок на низькокиплячих робочих тілах (РТ). Перша в світі досвідчена ГеоТЕС потужністю 600 кВт на хладоне R-12 була побудована на Пирятинського родовищі термальних вод на Камчатці ще в 1967 р.
Технологічна схема двоконтурної ГеоТЕС показана на рис. 26. Вживане обладнання забезпечують видобуток термальної води, ефективне перетворення її тепла в електроенергію, закачування відпрацьованої води і продуктів промивки теплообмінників в пласт.
Для ефективного використання низькотемпературних геотермальних вод розроблена перспективна геотермальна модульна енергоустановка на бінарному водоаміачного робочому тілі (РТ). Головна перевага такої енергоустановки (рис. 27) складається в можливості її використання у всьому інтервалі температур термальних вод: від 90 до 220 ° С. ГеоТЕС на індивідуальних РТ проектуються на певну температуру гріючої води. Її зміна більш ніж на 10 ... 20 ° С призводить до значного зниження ККД і економічних показників. Шляхом зміни концентрації компонентів бінарного РТ можна забезпечити гарні показники енергоустановки без зміни її конструкції у всьому зазначеному інтервалі температур гріє джерела.
В даний час в Росії розпочато будівництво двох комерційних ГеоТЕС: Мутновської на Камчатці сумарною потужністю 200 МВт і Океанських в Сахалінській обл. сумарною потужністю 30 МВт. Ці ГеоТЕС будуть споруджені із застосуванням модульних блоків потужністю 4 ... 20 МВт повної заводської готовності, які виготовляє Калузький турбінний завод. Для таких ГеоТЕС кращий базовий режим роботи, так як експлуатаційні свердловини не допускають різких змін тиску і витрати.
Розглянуті ГеоТЕС географічно «прив'язані» до парогідротермам, тому райони їх застосування в Росії обмежені. Набагато більшого поширення можуть мати ГеоТЕС на термальною воді з температурою 100 ... 200 ° С. Такі станції повинні бути двоконтурними з низкокипящей робочим тілом в другому контурі.
Потенційні запаси таких термальних вод зосереджені в основному на Північному Кавказі в пластах на глибині 2,5 ... 5 км і можуть забезпечити створення ГеоТЕС загальною потужністю в кілька мільйонів кіловат. Свердловини термальних вод допускають регулювання витрати, тому на двоконтурних ГеоТЕС можливе регулювання потужності без втрат теплоносія.
У США розроблена схема (рис. 28) для використання енергоресурсів, що містяться в геотермальних системах аномально високого тиску. У цих геотермальних родовищах гаряча вода «замкнені» в глибоко залягають осадових басейнах. Температура води становить 200 ° С, а тиск досягає 500 ... 900 МПа. Крім того, вода містить велику кількість розчиненого метану, який є цінним енергетичним ресурсом. У ГеоТЕС, показаної на рис. 28, застосовуються наступні процеси перетворення енергії:
 отримання метану, який може використовуватися в якості енергетичного палива;
 вироблення електричної енергії за допомогою гідроагрегату шляхом використання високого тиску геотермального флюїду;
 утилізація теплоти для випаровування низкокипящей робочого тіла, наприклад ізобутану.
Океанічні електростанції
Хвильові енергетичні установки. Енергія Світового океану об'єднує енергію вітрових хвиль, океанічних течій, припливів, прибою, градієнтів солоності і теплоти і.т.д. Потужності окремих енергоресурсів світового океану наведено в табл. 4. (Див. Додаток)
Найбільш перспективними для електроенергетики вважаються наступні ресурси:
 енергія хвиль;
 термоградіенти;
 енергія течій.
Первісним джерелом морських хвиль є сонячне випромінювання, що служить причиною глобальних перепадів тиску в різних точках Землі, викликають переміщення повітряних мас.
До 1980 р. в 20 країнах світу було зареєстровано близько 1000 різних пропозицій щодо використання енергії хвиль. Доцільність використання енергії хвиль визначається її високою питомою потужністю. У відкритому морі при висоті хвилі більше 10 м питома потужність може досягати 2 МВт / м. Технічно можна використовувати енергію хвиль лише в прибережних зонах, де питома потужність не перевищує 80 кВт / м. Питома потужність вітрового хвилювання становить:
Каспійське море ... ... ... ... ... ... 7 ... 11 кВт / м.
Баренцове море ... ... ... ... ... ... .... 22 ... 29 кВт / м.
Балтійське море ... ... ... ... ... ... 7 ... 8 кВт / м.
Охотське море ... ... ... ... ... .... 12 ... 20 кВт / м.
На хвильових електростанціях потенційна і кінетична енергія хвиль перетворюється в електричну. Енергія хвиль може або безпосередньо змінюватися в енергію обертання вала генератора, або приводити в обертання турбіну, на одному валу з якою встановлюється генератор. Створення потужних хвильових електростанцій (ВлЕС) зустрічає певні труднощі, пов'язані з кріпленням їх на великих відстанях від берега, захистом від корозії в агресивному морському середовищі, забезпеченням надійності роботи установок у штормових умовах.
Всі відомі хвильові установки складаються з чотирьох основних частин:
 робочого органу;
 робочого тіла;
 силового перетворювача;
 системи кріплення.
Робочий орган перебуває в безпосередньому контакті з водою. Під дією хвиль він робить певні рухи, або змінює умови руху хвиль. До робітників органів відносять всілякі системи поплавців, водяні колеса і інші подібні пристрої. Робоче тіло - це середовище, що впливає на силовий перетворювач. Ним може бути вода або повітря. Силовий перетворювач призначений для перетворення енергії, запасеної робочим органом (механічної енергії руху робочого органу, перепаду рівнів у басейнах, тиску повітря або масла), в електричну енергію. В якості силових перетворювачів використовуються численні ланцюгові, зубчасті й інші передачі, гідравлічні насоси і турбіни, повітряні турбіни, генератори і т.д.
Система кріплення утримує хвильову установку на місці. Якщо установка є плавучої, вона гнучкими зв'язками з'єднується з транспортуючим її судном. Якщо ж установка розташовується на березі, то системою кріплення служить конструкція самої установки.
Є велика кількість різних схем використання хвильової енергії, втілених у проекти, моделі та діючі електростанції різних масштабів і типів.
Найбільш поширеними хвильовими установками є поплавкові установки. Основний робочий орган таких установок знаходиться на поверхні моря і здійснює вертикальні коливання згідно змінюється у фіксованій точці рівнем моря під впливом вітрових хвиль. Вертикальні переміщення поплавця з допомогою різних пристосувань переводяться в обертальний рух вала генератора. Найбільш проста хвильова Поплавкова установка представлена ​​на рис. 29. З використанням такого принципу дії в Швеції розроблений проект ВлЕС потужністю 10 МВт. Станція буде мати 720 подібних поплавкових перетворювачів.
З інших поплавкових хвильових установок, найбільш інтенсивно досліджуваних у різних країнах, слід відзначити пліт Кокерелля, хитну «качку» Солтера, пульсуючий стовп Масуд і перетворювач Рассела.
Пліт Кокерелля представляє собою плаваючу по поверхні води конструкцію, що складається з трьох шарнірно пов'язаних між собою понтонів, при хвилюванні приймаючих обриси поверхні моря. Передній понтон 1 вільно рухається вгору і вниз, підкоряючись коливанням хвиль. Рухи друге понтона 2 більш обмежені, бо поверхню води під ним стає більш пологою після того, як велику частину енергії хвилі перехопить перший понтон. Третій понтон 3 в ланцюжку вдвічі довше перших двох і щодо стійкіше. Таким чином, робота плоту в цілому заснована на відносних поворотах суміжних понтонів.
Кожне шарнірне кріплення через два довгих шатуна і спеціальні важелі з'єднане з поршнями гідравлічних циліндрів. Рух плоту змушує поршні рухатися вперед і назад, перекачуючи рідина в ізольованій замкнутій системі. Рідина перекачується через чотири патрубки і під низьким тиском надходить з резервуара під поршень, а під високим тиском подається з робочої сторони поршня в трубу і далі в турбіну, вал якої з'єднаний з валом генератора. Вся конструкція плоту закріплюється якорями. У випадку дуже довгих хвиль енергія на подібних ВлЕС не виробляється, бо тоді всі три понтона являють собою єдиний поплавець і приводи в шарнірних зчепленнях нерухомі.
Хитна «качка» Солтера складається з опорних стінок з баластом і рухомого елемента («качки»), що переміщається навколо осі в відповідності з коливаннями рівня моря (рис. 31). Кілька «качок» з'єднуються між собою опорним валом, який приводиться в обертання за допомогою храповиків, наявних на кожній «качці». Безперервність обертання валу забезпечується тим, що хоча б одна «качка» з декількох, посаджених на вал, прагне повернути його в потрібному напрямку. Після того як ця «качка» перестане приймати впливу хвилі, завжди знайдеться інша, що знаходиться на підйомі будь-якої хвилі.
Є інша конструкція пірнаючої «качки». У ній на одному опорному валу також знаходиться декілька «качок», кожна з яких приводить в рух декілька гідравлічних насосів, розташованих усередині валу. Насоси в свою чергу подають під тиском воду в гідравлічну турбіну, на одному валу з якою знаходиться ротор генератора. Вважається, що з одного метра ланцюга, що з описаних «качок», можна отримати в середньому від 30 до 50 кВт потужності, а з ланцюга завдовжки 480 км можна задовольнити всі сучасні потреби в електроенергії всій Великобританії. Діаметр опорного валу такого ланцюга досягає 15 м. Розмір «качки» близький до розміру невеликого котеджу. Найбільш важкою проблемою у використанні принципу хитної «качки» є узгодження руху «качок» з постійно мінливими параметрами хвилі (висотою, частотою, напрямком).
Третім типом ВлЕС є пульсуючий водний стовп Масуда. Конструктивно цей пристрій є плаваючий перевернутий бак, нижня відкрита частина якого занурена під нижчий рівень води (западини хвилі). При підйомі і опусканні рівня води в баку відбувається циклічне стиснення і розширення повітря. Повітряні потоки через систему клапанів приводять в обертання колесо турбіни, розташованої в отворі нагорі бака (рис. 32).
Переваги стовпа Масуд полягають у відсутності в його конструкції значних за розмірами рухомих елементів, використання повітряної турбіни з високою частотою обертання, а також незначну залежність ККД від напрямку руху хвиль. Разом з тим ефективність стовпа Масуд сильно залежить від частоти коливання хвиль, досягаючи максимуму в інтервалі 1,2-1,3 Гц. Конструкція стовпа Масуд була вдосконалена в Англії, де її назвали осцилюючими стовпом.
Хвильова електростанція, яка використовує перетворювач Рассела, на відміну від розглянутих установок, які є плавучими, встановлюється на морському дні. Перетворювач складається з декількох послідовно розташованих коробкообразних конструкцій (рис. 34). Суміжні перегородки між ними утворюють резервуари з різними рівнями води (залежно від положення і розміру хвиль, що приходять). Заповнення і спорожнення резервуарів відбувається відповідно до заданої програми роботи клапанів і режимів підняття і опускання рівня моря в даному місці. З резервуарів вода потрапляє у верхній басейн, піднімаючи в ньому рівень. Єдиний вихід з цього басейну веде через турбіну в інший басейн з більш низьким рівнем.
Широке використання енергії вітрових хвиль поки утруднено. По-перше, ця енергія має випадковий характер і непостійна в часі, по-друге, потужність хвильової установки залежить від розміру хвиль і не може змінюватися у відповідності з необхідним режимом споживання, внаслідок чого необхідно використовувати акумулятори. Крім того, ще не повністю вирішені такі технічні проблеми, як кріплення установок у морі, антикорозійний захист і довговічність обладнання, передача енергії (особливо на великі відстані і при великих глибинах) та ін
Процес перетворення хвильової енергії в електричну екологічно чистий. Однак при розташуванні хвильової енергетичної установки типу пірнаючих «качок» Солтера у відкритому океані може відбутися несприятливі на морську фауну і флору, так як хвилі сприяють збагаченню поверхневого шару води киснем і живильними речовинами. Хвильові установки не вимагають вилучення земельних угідь, що властиво всім існуючим електростанціям та іншим установкам, що використовують поновлювані енергоресурси. ВлЕС, що розташовуються в берегових зонах морів, в результаті відбору ними енергії хвиль будуть знижувати їх розмиває здатність і тим самим замінять дорогі гідротехнічні споруди, призначені для берегозахисних цілей.
Перераховані переваги хвильової енергетики стимулюють подальший розвиток досліджень з удосконалення технологічних схем перетворення хвильової енергії і тим самим поліпшенню техніко-економічних показників ВлЕС.
Океанічні теплові електростанції. Сонце нагріває лише верхній шар води морів і океанів, і нагріта вода не опускається вниз, оскільки по щільності вона менше, ніж холодна. У тропічних морях верхній шар води, товщина якого не перевищує кількох метрів, нагрівається до 25 ... 30 ° С. Температура води на глибині одного кілометра складає близько 5 ° С. Такий температурний градієнт створює величезні запаси теплової енергії, рівні 95Ч10 12 кВт / год / рік.
Принцип дії океанічних теплових електростанцій (ОТЕС), що спирається на основні закони термодинаміки, дуже простий. Тепла морська вода з верхніх шарів використовується для випаровування рідини, точка кипіння якої не перевищує 25 ... 30 ° С (фреон, пропан, аміак). Пар цієї рідини подається в турбогенератор і приводить його в обертання. Отработавший після виходу з турбіни пара охолоджується більш холодною водою, що надходить з глибинних шарів, конденсується і знову використовується в циклі. Таким чином, підтримується перепад тиску пари на вході в турбіну і вихід з неї, необхідний для обертання її валу.
Технологічно схема ОТЕС показана на рис. 35. Насос подає теплу воду, взяту з поверхневого шару моря, в теплообмінник, де робоча рідина перетворюється в пару. Пар під тиском надходить у турбіну і приводить в рух її вал, який з'єднаний з валом генератора. Після проходження через турбіну пара надходить у конденсатор, де під впливом холодної води, що подається насосом, знову перетворюється в робочу рідину, яка насосом знову подається в теплообмінник, і цикл повторюється.
Розроблено ОТЕС з відкритим циклом. У таких установках робочим тілом служить тепла поверхнева вода (25 ... 30 ° С), випаровується при зниженому тиску. Добутий при цьому пара приводить в обертання турбогенератор. На виході з турбіни пара конденсується холодної глибинної водою і перетворюється в якості побічної продукції в прісну воду, що дає додатковий економічний ефект. Однак при використанні відкритого циклу має місце суттєвий недолік. При кипінні морської води з неї виділяється розчинений повітря, підвищуючи тиск у вакуумній камері і припиняючи кипіння. Тому потрібно його безперервна відкачування. На це необхідно витрачати до 10% вироблюваної електроенергії, що значно збільшує витрату на власні потреби.
Розробки по використанню теплової енергії океану входять в національні науково-технічні програми таких країн, як США, Японія, Франція, Швеція, Індія. У 1979 р. в США поблизу Гавайських островів була перевірена перша в світі океанічна ТЕС (ОТЕС) потужністю 50 кВт, змонтована на баржі. У 1980 р. там же була пущена ОТЕС потужністю 1 МВт, змонтована на переобладнаному танкері. Обидві установки працювали по замкнутому циклу і призначалися для дослідницьких цілей. У жовтні 1981 р. на острові Науру в Тихому океані (Японія) була пущена досвідчена ОТЕС потужністю 100 кВт, яка використовує замкнутий цикл. Це перша в світі океанічна берегова електростанція. Її успішна робота показала доцільність спорудження на японських островах берегових ОТЕС потужністю до 10 МВт. Досліди й розрахунки показують, що собівартість електроенергії ОТЕС відповідає собівартості енергії, що виробляється сучасними ТЕС і АЕС.
Однак широкому будівництву ОТЕС в даний час перешкоджають деякі технічні проблеми. Так, наприклад, ще немає достатньо ефективних та економічно прийнятних засобів для боротьби з корозією і біологічним обростанням обладнання та трубопроводів.
ОТЕС екологічно чисті. Однак, при витоку в контурі, по якому циркулює робоча рідина, можливий істотний збиток для морської флори і фауни.
Описаний спосіб перетворення теплової енергії океану найбільш ефективний там, де вище перепад температур між верхніми і нижніми шарами води. Найбільш перспективні в цьому відношенні тропічні і субтропічні райони океану. Різновидом описаного способу утилізації теплової енергії океану є метод, заснований на використанні різниці температур води і повітря над її поверхнею. Він перспективний для арктичних районів океану. У Росії досліджується можливість спорудження таких ОТЕС на узбережжі Північного Льодовитого океану, де температура води на 30 ... 40 ° С вище температури атмосферного повітря. Передбачається, що в цьому випадку ОТЕС, забезпечуючи потреби в електроенергії районів Крайньої Півночі, зможуть конкурувати за економічними показниками з тепловими електростанціями, що працюють у цьому регіоні на привізній паливі.
Енергетичні установки, що використовують енергію океанічних течій. Всю акваторію Світового океану в різних напрямах перетинають течії, в яких зосереджені значні запаси кінетичної енергії (близько 7,2 Ч10 12 кВт / год). Цю енергію можна перетворити на механічну і далі в електричну.
Найважливіше морська течія - Гольфстрім. Воно проходить поблизу півострова Флорида (США) і несе води у 50 разів більше, ніж усі річки світу. Його ширина становить 60 км, глибина - до 800 м. Потужність, яку розвиває такий потік води зі швидкістю приблизно 2 м / с, більше в 2 рази перевищує сумарну потужність усіх ГЕС країн СНД. Повністю реалізувати енергію Гольфстріму не вдасться, але навіть деяке практичне її використання, дасть екологічно чисту електроенергію. У США розробляється програма Коріоліса. Вона передбачає встановлення у Флоридському протоці, в 30 км на схід від м. Майамі, 242 підводних установок потужністю 83 МВт кожна (сумарно 20086 МВт). В якості первинного двигуна таких установок передбачається використовувати прямоточні турбіни діаметром 168 м з частотою обертання 1 об / хв. Відстань між лопатями турбіни буде такою, щоб забезпечити безпечний прохід самих великих риб. Установка буде занурена на 30 м під рівень океану, з тим, щоб не перешкоджати судноплавству. Вартість всієї споруди оцінюється в 20 млрд. дол, що порівнянно з вартістю будівництва ТЕС такої ж потужності, але дозволяє економити близько 130 млн. барелів нафти на рік.
У Японії досліджується можливість використання енергії теплої течії Куросіо, витрата води якого 55Ч10 6 м 3 / с, а швидкість біля східного узбережжя країни - 1,5 м / с. Для вироблення ЕЕ пропонується застосування двох трилопатевих гідротурбін з діаметром робочого колеса 53 м.
Розроблено проект використання течії в Гібралтарській протоці, витрата води якого 20 ... 40 тис. м 3 / с достатній для отримання 150 млрд. кВт / год електроенергії на рік.
Робота нетрадиційних джерел в енергосистемі
При техніко-економічному обгрунтуванні будівництва СЕС, ВЕС або інших нетрадиційних джерел поряд зі вартістю зекономленого палива велике значення має енергетична ефективність їх використання. Вона залежить від співвідношення встановлених потужностей цих електростанцій та загальної потужності енергосистеми, у якій вони працюють. Чим менше це відношення, тим менше значення вони будуть мати для неї. На ефективність їх використання можуть впливати також режимні обмеження, що диктуються енергосистемою і її окремими елементами. Ці обмеження визначаються характером енергоспоживання та умовами використання окремих енергоресурсів.
Сонячні та вітрові електростанції діють тільки при наявності відповідних погодних умов та їх енерговіддача носить випадковий характер. Енерговіддачу СЕС або ВЕУ не можна вважати достатньо надійною в часі. Потужності цих електростанцій слід вважати дублюючими, тобто їх робота необхідна тільки для економії інших енергоресурсів, особливо, органічного палива. При цьому енергосистема повинна мати у своєму розпорядженні достатні резерви генеруючої потужності в будь-який час доби і року. Виконання цієї умови ускладнюється в міру зростання частки нетрадиційних джерел в енергосистемі. При виведенні в ремонт традиційних енергоджерел частина потужності може бути покрита за рахунок СЕС і ВЕУ або інших альтернативних джерел ЕЕ. Якщо ВЕУ розташовані на відстані декількох сотень кілометрів один від одного, але працюють на загальну мережу, енергосистема може отримати додаткову резервну потужність.
Велике значення для планування участі СЕС або ВЕУ в покритті добових графіків навантаження енергосистеми має наявність достатньо достовірних і завчасних метеорологічних прогнозів як на добу в цілому, так і на окремі їх інтервали.
Спорудження СЕС або ВЕУ не дозволяє зменшувати будівництво інших електростанцій в енергосистемі без зниження надійності електропостачання. Виходом з цього положення може служити використання акумуляторів енергії. При цьому можливі два варіанти:
 акумуляція вироблюваної СЕС або ВЕУ електроенергії;
 акумуляція первинних джерел енергії, що використовуються іншими входять в дану енергосистему електростанціями.
Акумуляція електроенергії у великих масштабах поки ще не отримала великого розвитку. Для реалізації другого способу найбільш ефективно використовувати водосховища ГЕС. При цьому під час роботи СЕС і ВЕУ знижується потужність ГЕС і зекономлена вода витрачається потім на вимогу енергосистеми. Можливо також застосування звичайного принципу гідроаккумуляціі, при якому потужність, що розвивається нетрадиційними джерелами, використовується для перекачування води з нижнього б'єфу ГЕС у водосховище. Такий режим можна здійснити на основі оборотних агрегатів ГЕС, або з допомогою спеціальних насосів. Однак при цьому необхідна вільна ємність водосховища.
Спільна робота СЕС, ВЕУ і ГЕС може призвести до відчутного підвищення гарантованої потужності гідроелектростанцій, що в свою чергу підвищить ефективність енергосистеми в цілому. У цьому випадку може виявитися доцільним збільшення потужності ГЕС за рахунок установки додаткових агрегатів. Можлива також додаткова вироблення електроенергії ГЕС за рахунок роботи її на підвищених напорах. Ці напори створюються шляхом збільшення рівня верхнього б'єфу ГЕС при акумуляції гідроенергії. Обмеженням для акумуляції гідроенергії служить режим нижнього б'єфу ГЕС, що диктуються неенергетичних споживачами води. Це особливо важливо в південних районах країни, де вода з нижнього б'єфу забирається для зрошення полів.
Акумуляція сонячної чи вітрової енергії у водосховищах буде ефективною і при роботі СЕС і ВЕУ спільно з малими ГЕС в автономних системах електропостачання.
Режим генерації енергії ВЕУ відповідає інтенсивності енергії вітру. Використовувати таку електроенергію можуть споживачі, не пред'являють високих вимог до безперебійності електропостачання. Ними, зокрема, можуть бути електролізери для виробництва водню як дуже цінного енергетичного ресурсу, насосні установки для підйому підземних вод та ін Число таких споживачів досить обмежена, а для всіх інших електроприймачів генеруючу потужність ВЕУ необхідно дублювати будь-яким гарантованим джерелом енергії. Ним може бути будь-яка енергетична установка, здатна працювати у змінному режимі.
Більш ефективні перспективи використання енергії вітру з'являються при створенні енергокомплексу, що складається з ВЕУ і підземної ГАЕС. Використання в цьому випадку двох підземних басейнів води практично повністю виключає будь-які обмеження, властиві функціонуванню водосховищ ГЕС, при збереженні у той же час достоїнств енергокомплексу ГЕС - ВЕУ.

Використана література
1. Астахов Ю.М., Віників В.А., Тер-Газарян А.Г. Накопичувачі енергії в електричних системах. М.: Вища школа, 1989. - 159 с.
2. Батенін В.М., Баранов М.М. Створення нових видів автономних енергоустановок на основі методів прямого перетворення енергії / / Изв. РАН. Енергетика. 1997. № 2.с. 3-28.
3. Батищев В.Є., Мартиненко Б.Г., Сисков С.Л. та ін Енергозбереження: довідковий посібник. Єкатеринбург: ЕнергоПресс, 1999. - 304 с.
4. Віників В.А., Путятін Є.В. Вступ до спеціальності. М.: Вища школа, 1988. - 239 с.
5. Віників В.А., Журавльов В.Г., Філіппова Т.О. Енергетика в сучасному світі. М.: Знання, 1986. - 192 с.
6. Волков Е.П., Поливода А.І., Поливода Ф.А. Перспективи застосування сонячних фотоелектричних станцій з теплоутілізірующім паросилових циклом / / Изв. РАН. Енергетика. 1997. № 3. С. 61-91.
7. Гаврилов Є.І., Васильєв В.А., Саломзода Ф.Г. та ін Розвиток геотермальної енергетики в Росії / / Изв. РАН. Енергетика. 1997. № 4. С. 18-26.
8. Девіс Д. Енергія. / Под ред. Д.Б. Вольфберга. М.: Вища школа, 1985. - 360 с.
9. Жімерін Д.Г. Енергетика: сьогодення і майбутнє. М.: Знание, 1978. - 192 с.
10. Злобін А.А. Виробництво електроенергії. М.: Изд. МЕІ, 1984. - 56 с.
11. Кокорєв Л.С., Харитонов В.В. Пряме перетворення енергії і термоядерні енергетичні установки. М.: Атоміздат, 1980. - 216 с.
12. Коровін Н.В. Електрохімічна енергетика. Стан, проблеми та перспектив / / Изв. РАН. Енергетика. 1997. № 4. С. 48-65.
13. Кошелев А.А., Шведов А.П. Потенційні можливості залучення поновлюваних природних ресурсів у паливно-енергетичний баланс Іркутської області. Іркутськ: Вид. ІСЕМ, 1998. -64 С.
14. Лукутін Б.В. Проблеми малої вітро-і гідроенергетики / / Енергетика: екологія, надійність, безпека. Томськ: Вид. ТПУ, 1997. С. 87-93.
15. Непорожній П.С., обрізків В.І. Вступ до спеціальності: гідроенергетика. М.: Вища школа, 1990. - 352 с.
16. Поваров О.А., Томаром Г.В. Фізико-технічні проблеми геотермальної енергетики / / Изв. РАН. Енергетика. 1997. № 4. С. 3-18.
17. Пронтарскій А.Ф. Системи та пристрої електропостачання. М.: Транспорт, 1983. - 264 с.
18. Сіуда І.П. Введення в спеціальність «Електричні системи». Новочеркаськ,: 1984.-88 с.
19. Стиріковіч М.А., Шпільрайн Е.Е. Енергетика: проблеми і перспективи. М.: Енергоіздат, 1981. - 192 с.
20. Тарніжевскій Б.В., Резніковська А.Ш. Оцінка масштабів використання поновлюваних джерел в електроенергетиці Росії на період до 2015 року / / Изв. РАН. Енергетика. 1997. № 4. С. 65-72.
21. Твайделл Д., Уейр А. Поновлювані джерела енергії. М.: Вища школа, 1990. - 392 с.
22. Телдеші Ю, Лісові Ю. Світ шукає енергію. М.: Світ, 1984. -439 С.
23. Технічний прогрес енергетики СРСР / Под ред. П.С. Непорожнього. М.: Вища школа, 1986. - 224 с.
24. Швець І.Т., Толубинського В.І., Букшпун І.Д. та ін Енергетика. Київ: Вища школа, 1974, -616 с.
25. Ядерна та термоядерна енергетика майбутнього / Під. Ред. В.А. Чуянова. М.: Вища школа, 192 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Контрольна робота
118.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Нетрадиційні джерела енергії
Нетрадиційні джерела енергії в Криму
Природно-наукові проблеми сучасної енергетики Традиційні та нетрадиційні джерела енергії
Способи отримання енергії з відходів
Нетрадиційні методи виробництва енергії
Джерела енергії і генератори енергії
Отримання розподіл і передача енергії
Використання біомаси для отримання енергії
Нетрадиційні джерела фінансування лізинг франчайзинг факторинг
© Усі права захищені
написати до нас