План роботи
Введення
1. Гідравлічні електростанції
2. Теплові електростанції
3. Атомні електростанції
4. Альтернативні джерела енергії
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Енергетична промисловість наших днів - одна з найчастіше обговорюваних сфер життєдіяльності країни, адже саме зараз вона набуває все більш багатогранні економічні, технічні і навіть політичні аспекти. Вже в найближчі роки, на тлі вичерпання родовищ природних енергетичних ресурсів, загальне споживання всіх їх видів зросте в кілька разів. Забезпечення ж цього вимагатиме від фахівців глибокого вивчення складу і ролі енергетичного комплексу в світовому господарстві, і зокрема - Росії.
Актуальність обраної теми контрольної роботи не викликає сумнівів, якщо взяти за основу аксіому, що науково-технічний прогрес неможливий без розвитку енергетики, електрифікації. І для підвищення продуктивності праці першорядне значення має автоматизація виробничих процесів, заміна людської праці (особливо тяжкого або монотонного), машинним. Але переважна більшість технічних засобів механізації і автоматизації (обладнання, прилади, ЕОМ) має електричну основу. Особливо широке застосування електрична енергія отримала для приводу в дію електричних моторів. Потужність електричних машин (в залежності від їх призначення) різна: від часток вата (мікродвигуни, застосовувані в багатьох галузях техніки і в побутових виробах) до величезних величин, що перевищують мільйон кіловат (генератори електростанцій).
Людству електроенергія потрібна, причому потреби в ній збільшуються з кожним роком. Разом з тим, запаси традиційних органічних палив (нафти, вугілля, газу) кінцеві. Кінцеві також і запаси ядерного палива - урану і торію, з якого можна отримувати в реакторах-брідерах (множителі) плутоній. Тому на сьогоднішній день украй важливо знайти вигідні джерела електроенергії, причому - вигідні не тільки з точки зору дешевизну палива, але і з точки зору простоти конструкцій, експлуатації, вартості необхідних для спорудження станції матеріалів, їх довговічності.
Поки ж світ більше експлуатує технічні досягнення ХХ століття. Перспективні напрямки розвитку галузі роблять тільки пробні кроки або перебувають у стадії проектів, і дана контрольна робота є коротким оглядом типів діючих електростанцій з деяким аналізом їх ролі в енергетичній промисловості країни. Зокрема, розглянуто традиційні джерела електричної енергії: атомні, гідро та теплові підприємства. Відповідно, мета роботи - насамперед ознайомлення саме з сучасним станом справ у цій надзвичайно широкої проблематики, характеристика найбільш вигідних в нинішній час способів отримання електроенергії.
1. Гідравлічні електростанції (ГЕС)
Гідравлічна електростанція (ГЕС) - комплекс споруд і устаткування, за допомогою яких енергія потоку води перетворюється в електричну енергію. Складається з послідовного ланцюга гідротехнічних споруд, що забезпечують необхідну концентрацію потоку, і енергетичних потужностей, що перетворюють енергію рухається напору в механічну енергію обертання з подальшою її трансформацією в електроенергію.
Напір ГЕС створюється концентрацією падіння річки на використовуваній ділянці греблею. Основне енергетичне обладнання розміщується в будівлі ГЕС: у машинному залі електростанції - гідроагрегати, допоміжне обладнання, пристрої автоматичного управління та контролю; в центральному посту управління - пульт оператора-диспетчера. Підвищує, трансформаторна підстанція розміщується або всередині будівлі ГЕС, або в окремих будівлях або на відкритих майданчиках. Розподільні пристрої теж часто розташовуються на відкритому майданчику.
За максимально використовуваному натиску, ГЕС діляться на високонапірні (перепад більше 60 метрів), средньонапорною (від 25 до 60 метрів), і низьконапірні (від 3 до 25 метрів). На рівнинних річках напори рідко перевищують 100 метрів, зате в гірських умовах за допомогою греблі можна створювати перепад до 300 метрів. Класифікація за натиску приблизно відповідає і типами застосовуваного енергетичного обладнання: на високонапірних ГЕС застосовують ковшові і радіально-осьові турбіни з металевими спіральними камерами; на средньонапорною - поворотнолопастние і радіально-осьові турбіни з залізобетонними та металевими спіральними камерами, на низьконапірних, частіше - горизонтальні турбіни в капсулах або у відкритих камерах.
За встановленої потужності (у мегават), розрізняють ГЕС потужні (св. 250), середні (до 25) і малі (до 5) мВт. Потужність ГЕС залежить від напору (різниці рівнів верхнього та нижнього б'єфу), використовуваного в гідротурбінах витрати води, ккд гідроагрегатів та їх кількості. Зважаючи на низку обставин (сезонні зміни рівня води у водоймах, непостійність навантаження енергосистеми, плановий ремонт обладнання або гідротехнічних споруд і т. п.) натиск і витрату води безперервно змінюються. Крім того, змінюється він і при регулюванні потужності ГЕС, а звідси розрізняють річний, тижневий і добовий цикли режиму роботи ГЕС.
За схемою використання водних ресурсів і концентрації напорів, ГЕС зазвичай підрозділяють на руслових, греблі та гідроакумулюючі.
У руслових ГЕС напір води створюється греблею, що перегороджує річку і піднімає рівень води у верхньому б'єфі; при цьому неминуче деякий затоплення долини річки. Будують їх і на рівнинних багатоводних і на гірських річках, у вузьких стислих долинах. Крім греблі, до складу такого підприємства входять будівля ГЕС і різні водоскидні споруди. Їх перелік безпосередньо залежить від висоти напору і встановленої потужності. У руслової ГЕС будівля з розміщеними в ньому гідроагрегатами служить продовженням греблі і разом з нею створює напірний фронт. При цьому, з одного боку до будівлі примикає верхній б'єф, а з іншого - нижній б'єф. Відповідно до призначення гідровузла, його складу можуть доповнювати судноплавні шлюзи або суднопідіймачі, рибопропускних споруд, водозабірні споруди для іригації і водопостачання. Для руслових ГЕС характерні напори до 30-40 метрів, і дана компонування типова для багатьох вітчизняних ГЕС на великих рівнинних річках. Волзька ГЕС імені 22-го з'їзду КПРС - найбільша серед станцій руслового типу.
При більш високих напорах виявляється недоцільним передавати на будівлю ГЕС гідростатичний тиск води. У цьому випадку застосовується тип греблею ГЕС, у якої напірний фронт на всьому протязі перекривається греблею, а будівля ГЕС розташовується за нею, приєднуючись до нижнього б'єфу. До складу гідравлічної траси між верхнім і нижнім бьефом ГЕС такого типу входять глибинний водоприймач з мусорозадержівающей гратами, турбінний водовід, спіральна камера, гідротурбіна і відсмоктуюча труба. В якості додаткових споруд до складу вузла можуть входити судноплавні споруди та рибоходу, а також водоскиди. Прикладом подібного типу станцій служить Братська ГЕС на річці багатоводної Ангара.
Досить перспективним є будівництво гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). Їх дія заснована на циклічному переміщення одного і того ж обсягу води між двома басейнами - верхнім і нижнім. У нічні години, коли потреба в електроенергії мала, ця вода перекачується з нижнього водоймища у верхнє, витрачаючи при цьому надлишки енергії, виробленої електростанціями вночі. Вдень, коли споживання електрики різко зростає, вода скидається з верхнього басейну вниз через турбіни, що виробляють енергію. Це вигідно, оскільки зупинки станції в нічний час неможливі. Таким чином, ГАЕС дозволяють вирішувати проблеми пікових навантажень використання потужностей, адже в Росії, особливо в eвpoпeйской частини, гостро стоїть проблема створення маневрених електростанцій, в тому числі ГАЕС. Побудована Загорська ГАЕС (1,2 мВт), зводиться Центральна ГАЕС (3,6 мВт).
У цілому ж, для гідробудівництва нашої країни було характерно споруда на річках каскадів гідроелектростанцій. Каскад - група ГЕС, розташованих ступенями за течією водного потоку для послідовного його використання при отриманні електроенергії. За допомогою каскадів повніше вирішуються проблеми постачання населення і виробництва водою, усунення паводків, поліпшення транспортних умов. Але на жаль, їх створення принесло і вкрай негативні наслідки: втрату цінних сільськогосподарських земель, особливо заплавних, порушення екологічної рівноваги.
Найбільш потужні ГЕС побудовані в Сибіру, де освоєння гідроресурсів найбільш ефективно: питомі капіталовкладення в 2-3 рази нижче і собівартість електроенергії в 4-5 разів менше, ніж в Європейській частині країни. А Найбільші ГЕС країни входять до складу Ангаро-Єнісейського каскаду:
ü Саяно-Шушенська,
ü Красноярська - на Єнісеї,
ü Іркутська, Братська,
ü Усть-Ілімськ - на Ангарі,
ü будується Богучанська ГЕС (4 мВт).
У Європейській частині Росії теж створений великий каскад ГЕС на Волзі. У нього включені Іваньковська, Углицька, Рибінська, Городецька, Чебоксарська, Волзька (поблизу Самари), Саратовська, Волзька (поблизу Волгограда) ГЕС.
Найважливіша особливість гідроенергетичних ресурсів порівняно з іншими - їх безперервна возобновляемость. Відсутність потреби в паливі для ГЕС визначає низьку собівартість вироблюваної там електроенергії. Тому, незважаючи на значні питомі капіталовкладення на 1 кВт установленої потужності і тривалі терміни будівництва, гідроелектростанціям надавалося і надається велике значення, особливо коли це пов'язано з розміщенням електроємна виробництв.
Так, в Росії ГЕС знаходяться на другому місці за кількістю вироблюваної електроенергії (до 2000 року близько 18%). Вони є дуже ефективним джерелом енергії, оскільки використовують відновлювані ресурси, прості в управлінні (кількість персоналу на ГЕС в 15-20 разів менше, ніж на ТЕС) і мають високий ККД - понад 80%. У результаті, їх енергія найдешевша. Також, величезна гідність ГЕС - це висока маневреність, то є можливість практично миттєвого автоматичного запуску або відключення будь-якого необхідної кількості агрегатів. Це дозволяє використовувати потужні ГЕС або як максимально маневрених, «пікових» електростанцій, що забезпечують стійку роботу великих енергосистем, або «покривати» планові піки добового графіка навантаження енергосистеми, коли наявних потужностей ТЕС не вистачає.
Будівництво ГЕС вимагає тривалих термінів і великих капіталовкладень, пов'язане з втратами земель на рівнинах, завдає шкоди рибному господарству. Частка участі ГЕС у виробленні електроенергії істотно менше їх частки у встановленій потужності, що пояснюється повною реалізацією їх потужності лише в короткий період, причому - тільки в багатоводні роки. Тому, незважаючи на забезпеченість Росії гідроенергетичними ресурсами, ГЕС не можуть служити основою вироблення електроенергії в країні.
2. Теплові електростанції (ТЕС)
Теплова електростанція (ТЕС) - електростанція, що виробляє електричну енергію в результаті перетворення теплової, що виділяється при спалюванні органічного палива. На електростанціях даного типу хімічна енергія палива перетворюється спочатку в механічну, а лише потім в електричну. Паливом для ТЕС можуть служити вугілля, торф, газ, горючі сланці, мазут. Теплові електричні станції підрозділяють на конденсаційні (КЕС), призначені для вироблення тільки електричної енергії, і теплоелектроцентралі (ТЕЦ), що виробляють крім електричної ще й теплову енергію. Великі КЕС районного значення отримали назву державних районних електростанцій (ДРЕС).
Опишемо найпростішу технологічний ланцюжок КЕС, що працює на вугіллі. Паливо подається в бункер, а звідти - на дробильну установку, де перетворюється в пил. Вугільна пил надходить у топку парогенератора (парового котла), що має систему трубок, по яких циркулює хімічно очищена вода, звана поживною. У котлі вона нагрівається, випаровується, а що утворився насичений пар доводиться до температури 400-650 ° С і під тиском 3-24 МПа надходить по паропроводу в парову турбіну. Його параметри залежать від потужності агрегатів. Пар обертає ротор турбіни, той - ротор генератора, і в результаті виробляється електричний струм. Теплові конденсаційні електростанції мають невисокий ККД (30-40%), так як більша частина енергії втрачається та відходять топковим газами і охолоджуючої водою конденсатора. Споруджувати КЕС вигідно в безпосередній близькості від місць видобутку палива. При цьому, через невисоку втрати потужності в ЛЕП, споживачі електроенергії можуть знаходитися на значній відстані від станції.
У містах же частіше використовуються ТЕЦ - теплоелектроцентралі, які виробляють і тепло у вигляді гарячої води. Від конденсаційної станції вона відрізняється встановленої спеціальної теплофікаційної турбіною з відбором пари. Одна частина пари повністю використовується в турбіні для вироблення електроенергії генератором і потім надходить у конденсатор, а інша, що має велику температуру і тиск, відбирається від проміжної щаблі турбіни для теплопостачання. Кількість отбираемого пари залежить від потреби в тепловій енергії. Хоча коефіцієнт корисної дії ТЕЦ і досягає 60-70%, така система є досить-таки непрактичною. На відміну від електрокабелю, надійність теплотрас на великих відстанях надзвичайно низька, отже, ефективність централізованого теплопостачання при передачі теж сильно знижується. Підраховано, що при протяжності теплотрас більше 20 км (типова ситуація для більшості міст), в окремому будинку економічно вигідніше буде встановлення електричного бойлера. Тому ТЕЦ зазвичай будують поблизу споживачів - промислових підприємств або житлових масивів, а працюють вони найчастіше на привізній паливі.
Розглянуті теплові електростанції за видом основного теплового агрегату - парової турбіни, відносяться до паротурбінних станцій. Значно менше поширення отримали теплові станції з газотурбінними (ГТУ), парогазовими (ПГУ) та дизельними установками.
Найбільш економічними є великі теплові двигуни електростанції (скорочено ТЕС). Більшість ТЕС нашої країни використовують в якості палива вугільний пил, і для вироблення 1 кВт / год електроенергії витрачається всього кількасот грамів вугілля. У паровому котлі понад 90% виділеної паливом енергії передається пару, після чого кінетична енергія його струменя передається ротору турбіни. Вал турбіни жорстко з'єднаний з валом генератора. Сучасні парові турбіни для ТЕС - досить досконалі, швидкохідні, високоекономічні машини з великим ресурсом роботи. Їх потужність в одновальну виконанні сягає 1 млн. 200 тис. кВт, і це не є межею. Такі машини завжди бувають багатоступеневими, тобто зазвичай мають кілька десятків дисків з робочими лопатками і така ж кількість - перед кожним диском, груп сопів, через які протікає струмінь пари. Вступник в турбіну пар доводять до високих параметрів: температуру майже до 550 ° С і тиск - до 25 МПа. Коефіцієнт корисної дії ТЕС досягає 40%.
До початку XXI століття, теплоелектростанції - як раніше основний вид електричних станцій. Частка вироблюваної ними електроенергії становить у Росії близько 67%. Теплова енергетика нашої країни у своєму розпорядженні унікальну, потенційно ефективною структурою палива, в якій 63% становить природний газ, 28% - вугілля і 9% - мазут. У ній закладені величезні можливості енергозбереження. І в той же час, ефективність паливовикористання на ТЕС недостатня. Вона значно поступається паливної економічності сучасних парогазових установок (ПГУ). Однак через труднощі з фінансуванням, до справжнього моменту в енергосистему введений лише парогазовий блок ПГУ-450 на Північно-Західної ТЕЦ Лененерго.
Реальне підвищення технічного рівня вітчизняної теплоенергетики при ефективному використанні капіталовкладень на ці цілі, може бути досягнуто головним чином шляхом реконструкції з переведенням діючих ТЕС на природний газ. Або будівництвом нових газових ТЕС, як правило, із застосуванням ПГУ. Парогазова технологія на базі сучасних газових турбін дозволяє на 20% знизити капіталовкладення, і на стільки ж підвищити раціональність використання палива, отримавши при цьому ще й істотний природоохоронний ефект.
Введення
1. Гідравлічні електростанції
2. Теплові електростанції
3. Атомні електростанції
4. Альтернативні джерела енергії
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Енергетична промисловість наших днів - одна з найчастіше обговорюваних сфер життєдіяльності країни, адже саме зараз вона набуває все більш багатогранні економічні, технічні і навіть політичні аспекти. Вже в найближчі роки, на тлі вичерпання родовищ природних енергетичних ресурсів, загальне споживання всіх їх видів зросте в кілька разів. Забезпечення ж цього вимагатиме від фахівців глибокого вивчення складу і ролі енергетичного комплексу в світовому господарстві, і зокрема - Росії.
Актуальність обраної теми контрольної роботи не викликає сумнівів, якщо взяти за основу аксіому, що науково-технічний прогрес неможливий без розвитку енергетики, електрифікації. І для підвищення продуктивності праці першорядне значення має автоматизація виробничих процесів, заміна людської праці (особливо тяжкого або монотонного), машинним. Але переважна більшість технічних засобів механізації і автоматизації (обладнання, прилади, ЕОМ) має електричну основу. Особливо широке застосування електрична енергія отримала для приводу в дію електричних моторів. Потужність електричних машин (в залежності від їх призначення) різна: від часток вата (мікродвигуни, застосовувані в багатьох галузях техніки і в побутових виробах) до величезних величин, що перевищують мільйон кіловат (генератори електростанцій).
Людству електроенергія потрібна, причому потреби в ній збільшуються з кожним роком. Разом з тим, запаси традиційних органічних палив (нафти, вугілля, газу) кінцеві. Кінцеві також і запаси ядерного палива - урану і торію, з якого можна отримувати в реакторах-брідерах (множителі) плутоній. Тому на сьогоднішній день украй важливо знайти вигідні джерела електроенергії, причому - вигідні не тільки з точки зору дешевизну палива, але і з точки зору простоти конструкцій, експлуатації, вартості необхідних для спорудження станції матеріалів, їх довговічності.
Поки ж світ більше експлуатує технічні досягнення ХХ століття. Перспективні напрямки розвитку галузі роблять тільки пробні кроки або перебувають у стадії проектів, і дана контрольна робота є коротким оглядом типів діючих електростанцій з деяким аналізом їх ролі в енергетичній промисловості країни. Зокрема, розглянуто традиційні джерела електричної енергії: атомні, гідро та теплові підприємства. Відповідно, мета роботи - насамперед ознайомлення саме з сучасним станом справ у цій надзвичайно широкої проблематики, характеристика найбільш вигідних в нинішній час способів отримання електроенергії.
1. Гідравлічні електростанції (ГЕС)
Гідравлічна електростанція (ГЕС) - комплекс споруд і устаткування, за допомогою яких енергія потоку води перетворюється в електричну енергію. Складається з послідовного ланцюга гідротехнічних споруд, що забезпечують необхідну концентрацію потоку, і енергетичних потужностей, що перетворюють енергію рухається напору в механічну енергію обертання з подальшою її трансформацією в електроенергію.
Напір ГЕС створюється концентрацією падіння річки на використовуваній ділянці греблею. Основне енергетичне обладнання розміщується в будівлі ГЕС: у машинному залі електростанції - гідроагрегати, допоміжне обладнання, пристрої автоматичного управління та контролю; в центральному посту управління - пульт оператора-диспетчера. Підвищує, трансформаторна підстанція розміщується або всередині будівлі ГЕС, або в окремих будівлях або на відкритих майданчиках. Розподільні пристрої теж часто розташовуються на відкритому майданчику.
За максимально використовуваному натиску, ГЕС діляться на високонапірні (перепад більше 60 метрів), средньонапорною (від 25 до 60 метрів), і низьконапірні (від 3 до 25 метрів). На рівнинних річках напори рідко перевищують 100 метрів, зате в гірських умовах за допомогою греблі можна створювати перепад до 300 метрів. Класифікація за натиску приблизно відповідає і типами застосовуваного енергетичного обладнання: на високонапірних ГЕС застосовують ковшові і радіально-осьові турбіни з металевими спіральними камерами; на средньонапорною - поворотнолопастние і радіально-осьові турбіни з залізобетонними та металевими спіральними камерами, на низьконапірних, частіше - горизонтальні турбіни в капсулах або у відкритих камерах.
За встановленої потужності (у мегават), розрізняють ГЕС потужні (св. 250), середні (до 25) і малі (до 5) мВт. Потужність ГЕС залежить від напору (різниці рівнів верхнього та нижнього б'єфу), використовуваного в гідротурбінах витрати води, ккд гідроагрегатів та їх кількості. Зважаючи на низку обставин (сезонні зміни рівня води у водоймах, непостійність навантаження енергосистеми, плановий ремонт обладнання або гідротехнічних споруд і т. п.) натиск і витрату води безперервно змінюються. Крім того, змінюється він і при регулюванні потужності ГЕС, а звідси розрізняють річний, тижневий і добовий цикли режиму роботи ГЕС.
За схемою використання водних ресурсів і концентрації напорів, ГЕС зазвичай підрозділяють на руслових, греблі та гідроакумулюючі.
У руслових ГЕС напір води створюється греблею, що перегороджує річку і піднімає рівень води у верхньому б'єфі; при цьому неминуче деякий затоплення долини річки. Будують їх і на рівнинних багатоводних і на гірських річках, у вузьких стислих долинах. Крім греблі, до складу такого підприємства входять будівля ГЕС і різні водоскидні споруди. Їх перелік безпосередньо залежить від висоти напору і встановленої потужності. У руслової ГЕС будівля з розміщеними в ньому гідроагрегатами служить продовженням греблі і разом з нею створює напірний фронт. При цьому, з одного боку до будівлі примикає верхній б'єф, а з іншого - нижній б'єф. Відповідно до призначення гідровузла, його складу можуть доповнювати судноплавні шлюзи або суднопідіймачі, рибопропускних споруд, водозабірні споруди для іригації і водопостачання. Для руслових ГЕС характерні напори до 30-40 метрів, і дана компонування типова для багатьох вітчизняних ГЕС на великих рівнинних річках. Волзька ГЕС імені 22-го з'їзду КПРС - найбільша серед станцій руслового типу.
При більш високих напорах виявляється недоцільним передавати на будівлю ГЕС гідростатичний тиск води. У цьому випадку застосовується тип греблею ГЕС, у якої напірний фронт на всьому протязі перекривається греблею, а будівля ГЕС розташовується за нею, приєднуючись до нижнього б'єфу. До складу гідравлічної траси між верхнім і нижнім бьефом ГЕС такого типу входять глибинний водоприймач з мусорозадержівающей гратами, турбінний водовід, спіральна камера, гідротурбіна і відсмоктуюча труба. В якості додаткових споруд до складу вузла можуть входити судноплавні споруди та рибоходу, а також водоскиди. Прикладом подібного типу станцій служить Братська ГЕС на річці багатоводної Ангара.
Досить перспективним є будівництво гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). Їх дія заснована на циклічному переміщення одного і того ж обсягу води між двома басейнами - верхнім і нижнім. У нічні години, коли потреба в електроенергії мала, ця вода перекачується з нижнього водоймища у верхнє, витрачаючи при цьому надлишки енергії, виробленої електростанціями вночі. Вдень, коли споживання електрики різко зростає, вода скидається з верхнього басейну вниз через турбіни, що виробляють енергію. Це вигідно, оскільки зупинки станції в нічний час неможливі. Таким чином, ГАЕС дозволяють вирішувати проблеми пікових навантажень використання потужностей, адже в Росії, особливо в eвpoпeйской частини, гостро стоїть проблема створення маневрених електростанцій, в тому числі ГАЕС. Побудована Загорська ГАЕС (1,2 мВт), зводиться Центральна ГАЕС (3,6 мВт).
У цілому ж, для гідробудівництва нашої країни було характерно споруда на річках каскадів гідроелектростанцій. Каскад - група ГЕС, розташованих ступенями за течією водного потоку для послідовного його використання при отриманні електроенергії. За допомогою каскадів повніше вирішуються проблеми постачання населення і виробництва водою, усунення паводків, поліпшення транспортних умов. Але на жаль, їх створення принесло і вкрай негативні наслідки: втрату цінних сільськогосподарських земель, особливо заплавних, порушення екологічної рівноваги.
Найбільш потужні ГЕС побудовані в Сибіру, де освоєння гідроресурсів найбільш ефективно: питомі капіталовкладення в 2-3 рази нижче і собівартість електроенергії в 4-5 разів менше, ніж в Європейській частині країни. А Найбільші ГЕС країни входять до складу Ангаро-Єнісейського каскаду:
ü Саяно-Шушенська,
ü Красноярська - на Єнісеї,
ü Іркутська, Братська,
ü Усть-Ілімськ - на Ангарі,
ü будується Богучанська ГЕС (4 мВт).
У Європейській частині Росії теж створений великий каскад ГЕС на Волзі. У нього включені Іваньковська, Углицька, Рибінська, Городецька, Чебоксарська, Волзька (поблизу Самари), Саратовська, Волзька (поблизу Волгограда) ГЕС.
Найважливіша особливість гідроенергетичних ресурсів порівняно з іншими - їх безперервна возобновляемость. Відсутність потреби в паливі для ГЕС визначає низьку собівартість вироблюваної там електроенергії. Тому, незважаючи на значні питомі капіталовкладення на 1 кВт установленої потужності і тривалі терміни будівництва, гідроелектростанціям надавалося і надається велике значення, особливо коли це пов'язано з розміщенням електроємна виробництв.
Так, в Росії ГЕС знаходяться на другому місці за кількістю вироблюваної електроенергії (до 2000 року близько 18%). Вони є дуже ефективним джерелом енергії, оскільки використовують відновлювані ресурси, прості в управлінні (кількість персоналу на ГЕС в 15-20 разів менше, ніж на ТЕС) і мають високий ККД - понад 80%. У результаті, їх енергія найдешевша. Також, величезна гідність ГЕС - це висока маневреність, то є можливість практично миттєвого автоматичного запуску або відключення будь-якого необхідної кількості агрегатів. Це дозволяє використовувати потужні ГЕС або як максимально маневрених, «пікових» електростанцій, що забезпечують стійку роботу великих енергосистем, або «покривати» планові піки добового графіка навантаження енергосистеми, коли наявних потужностей ТЕС не вистачає.
Будівництво ГЕС вимагає тривалих термінів і великих капіталовкладень, пов'язане з втратами земель на рівнинах, завдає шкоди рибному господарству. Частка участі ГЕС у виробленні електроенергії істотно менше їх частки у встановленій потужності, що пояснюється повною реалізацією їх потужності лише в короткий період, причому - тільки в багатоводні роки. Тому, незважаючи на забезпеченість Росії гідроенергетичними ресурсами, ГЕС не можуть служити основою вироблення електроенергії в країні.
2. Теплові електростанції (ТЕС)
Теплова електростанція (ТЕС) - електростанція, що виробляє електричну енергію в результаті перетворення теплової, що виділяється при спалюванні органічного палива. На електростанціях даного типу хімічна енергія палива перетворюється спочатку в механічну, а лише потім в електричну. Паливом для ТЕС можуть служити вугілля, торф, газ, горючі сланці, мазут. Теплові електричні станції підрозділяють на конденсаційні (КЕС), призначені для вироблення тільки електричної енергії, і теплоелектроцентралі (ТЕЦ), що виробляють крім електричної ще й теплову енергію. Великі КЕС районного значення отримали назву державних районних електростанцій (ДРЕС).
Опишемо найпростішу технологічний ланцюжок КЕС, що працює на вугіллі. Паливо подається в бункер, а звідти - на дробильну установку, де перетворюється в пил. Вугільна пил надходить у топку парогенератора (парового котла), що має систему трубок, по яких циркулює хімічно очищена вода, звана поживною. У котлі вона нагрівається, випаровується, а що утворився насичений пар доводиться до температури 400-650 ° С і під тиском 3-24 МПа надходить по паропроводу в парову турбіну. Його параметри залежать від потужності агрегатів. Пар обертає ротор турбіни, той - ротор генератора, і в результаті виробляється електричний струм. Теплові конденсаційні електростанції мають невисокий ККД (30-40%), так як більша частина енергії втрачається та відходять топковим газами і охолоджуючої водою конденсатора. Споруджувати КЕС вигідно в безпосередній близькості від місць видобутку палива. При цьому, через невисоку втрати потужності в ЛЕП, споживачі електроенергії можуть знаходитися на значній відстані від станції.
У містах же частіше використовуються ТЕЦ - теплоелектроцентралі, які виробляють і тепло у вигляді гарячої води. Від конденсаційної станції вона відрізняється встановленої спеціальної теплофікаційної турбіною з відбором пари. Одна частина пари повністю використовується в турбіні для вироблення електроенергії генератором і потім надходить у конденсатор, а інша, що має велику температуру і тиск, відбирається від проміжної щаблі турбіни для теплопостачання. Кількість отбираемого пари залежить від потреби в тепловій енергії. Хоча коефіцієнт корисної дії ТЕЦ і досягає 60-70%, така система є досить-таки непрактичною. На відміну від електрокабелю, надійність теплотрас на великих відстанях надзвичайно низька, отже, ефективність централізованого теплопостачання при передачі теж сильно знижується. Підраховано, що при протяжності теплотрас більше 20 км (типова ситуація для більшості міст), в окремому будинку економічно вигідніше буде встановлення електричного бойлера. Тому ТЕЦ зазвичай будують поблизу споживачів - промислових підприємств або житлових масивів, а працюють вони найчастіше на привізній паливі.
Розглянуті теплові електростанції за видом основного теплового агрегату - парової турбіни, відносяться до паротурбінних станцій. Значно менше поширення отримали теплові станції з газотурбінними (ГТУ), парогазовими (ПГУ) та дизельними установками.
Найбільш економічними є великі теплові двигуни електростанції (скорочено ТЕС). Більшість ТЕС нашої країни використовують в якості палива вугільний пил, і для вироблення 1 кВт / год електроенергії витрачається всього кількасот грамів вугілля. У паровому котлі понад 90% виділеної паливом енергії передається пару, після чого кінетична енергія його струменя передається ротору турбіни. Вал турбіни жорстко з'єднаний з валом генератора. Сучасні парові турбіни для ТЕС - досить досконалі, швидкохідні, високоекономічні машини з великим ресурсом роботи. Їх потужність в одновальну виконанні сягає 1 млн. 200 тис. кВт, і це не є межею. Такі машини завжди бувають багатоступеневими, тобто зазвичай мають кілька десятків дисків з робочими лопатками і така ж кількість - перед кожним диском, груп сопів, через які протікає струмінь пари. Вступник в турбіну пар доводять до високих параметрів: температуру майже до 550 ° С і тиск - до 25 МПа. Коефіцієнт корисної дії ТЕС досягає 40%.
До початку XXI століття, теплоелектростанції - як раніше основний вид електричних станцій. Частка вироблюваної ними електроенергії становить у Росії близько 67%. Теплова енергетика нашої країни у своєму розпорядженні унікальну, потенційно ефективною структурою палива, в якій 63% становить природний газ, 28% - вугілля і 9% - мазут. У ній закладені величезні можливості енергозбереження. І в той же час, ефективність паливовикористання на ТЕС недостатня. Вона значно поступається паливної економічності сучасних парогазових установок (ПГУ). Однак через труднощі з фінансуванням, до справжнього моменту в енергосистему введений лише парогазовий блок ПГУ-450 на Північно-Західної ТЕЦ Лененерго.
Реальне підвищення технічного рівня вітчизняної теплоенергетики при ефективному використанні капіталовкладень на ці цілі, може бути досягнуто головним чином шляхом реконструкції з переведенням діючих ТЕС на природний газ. Або будівництвом нових газових ТЕС, як правило, із застосуванням ПГУ. Парогазова технологія на базі сучасних газових турбін дозволяє на 20% знизити капіталовкладення, і на стільки ж підвищити раціональність використання палива, отримавши при цьому ще й істотний природоохоронний ефект.
3. Атомні електростанції (АЕС)
атомна електростанція (АЕС) - електростанція, в якій атомна (ядерна) енергія перетворюється в електричну. Генератором енергії АЕС є атомний реактор. Тепло, що виділяється реактором в результаті ланцюгової реакції розподілу ядер деяких важких елементів, потім так само, як і на звичайних теплових електростанціях (ТЕС), перетворюється в електроенергію. На відміну від ТЕС, що працюють на органічному паливі, АЕС працює на ядерному пальному (в основі 233 U, 235 U, 239 Pu). При розподілі 1 грама ізотопів урану або плутонію вивільняється 22 500 кВт / год, що еквівалентно енергії, що міститься в 2800 кг умовного палива.
На АЕС найбільш часто застосовують 4 види реакторів на теплових нейтронах: 1) водо-водяні зі звичайною водою як сповільнювач і теплоносія; 2) графітоводние з водяним теплоносієм і графітовим сповільнювачем; 3) важководні з водяним теплоносієм і важкою водою як сповільнювач, 4 ) графітогазовие з газовим теплоносієм і графітовим сповільнювачем. Вибір типу реактора визначається головним чином накопиченим досвідом у реакторобудуванні а також наявністю необхідного промислового устаткування, сировинних запасів і т. д. У Росії будують головним чином графітоводние канальні (РБМК) і водо-водяні (ВВЕР) реактори. На АЕС США найбільше поширення отримали водо-водяні реактори. Графітогазовие реактори застосовуються в Англії. В атомній енергетиці Канади переважають АЕС з важководними реакторами.
Залежно від виду та агрегатного стану теплоносія створюється той чи інший термодинамічний цикл АЕС. Вибір його верхньої температурної кордону визначається максимально допустимою температурою оболонок тепловиділяючих елементів (ТВЕЛ), які містять ядерне пальне; допустимою температурою власне ядерного пального, а також властивостями теплоносія, прийнятого для даного типу реактора. На АЕС, теплової реактор якої охолоджується водою (ВВЕР), зазвичай користуються низькотемпературними паровими циклами. Теплова схема АЕС у цих двох випадках виконується двоконтурної: у 1-му контурі циркулює теплоносій, 2-й контур - пароводяної. При реакторах з киплячим водяним (РБМК) або високотемпературним газовим теплоносієм можлива одноконтурна теплова АЕС. У киплячих реакторах вода кипить в активній зоні, отримана пароводяна суміш сепарується, і насичений пар направляється або безпосередньо в турбіну або попередньо повертається в активну зону для перегріву.
До реактору і обслуговуючим його систем відносяться: безпосередньо реактор з біологічним захистом, теплообмінники, насоси або газодувних установки, які здійснюють циркуляцію теплоносія; трубопроводи і арматура циркуляції контуру; пристрої для перезавантаження ядерного пального; системи спеціальної вентиляції, аварійного розхолоджування та інші. У залежності від конструктивного виконання реактори мають відмінні риси: у корпусних реакторах паливо і сповільнювач розташовані всередині корпусу, що несе повний тиск теплоносія (Волгодонська, Балаковська АЕС). У канальних реакторах паливо, охолоджуване теплоносієм, встановлюється у спеціальних трубах-каналах, які пронизують сповільнювач, укладений в тонкостінний кожух. Такі реактори теж широко застосовуються (Ленінградська, Белоярська АЕС).
Для запобігання персоналу АЕС від радіаційного опромінення реактор оточують біологічним захистом, основним матеріалом для якої служать бетон, вода, пісок. Обладнання реакторного контуру має бути повністю герметичним. Передбачається система контролю місць можливого витоку теплоносія, вживають заходів, щоб поява не щільностей і розривів контуру не призводило до радіоактивних викидів та забруднення приміщень АЕС і навколишньої місцевості. Обладнання реакторного контуру зазвичай встановлюють в герметичних боксах, які відділені від інших приміщень АЕС біологічним захистом і при роботі реактора не обслуговуються. Радіоактивне повітря з невеликою кількістю парів теплоносія, обумовлені наявністю протікань з контуру, видаляють з необслуговуваних приміщень АЕС системою спеціальної вентиляції, в якій для виключення можливості забруднення атмосфери передбачені очисні фільтри і газгольдери витримки. За виконанням правил радіаційної безпеки персоналом АЕС стежить служба дозиметричного контролю.
При роботі реактора концентрація діляться ізотопів в ядерному паливі поступово зменшується, і паливо вигоряє. Тому з часом ТВЕЛи замінюють свіжими. Ядерне пальне перезавантажують за допомогою механізмів і пристосувань з дистанційним управлінням. Відпрацьоване паливо переносять в басейн і потім (через п'ять років витримки) направляють на переробку. А при аваріях в системі охолодження реактора для запобігання перегріву і порушення герметичності оболонок ТВЕЛів передбачають швидке (протягом кілька секунд) глушіння ядерної реакції; аварійна система розхолоджування має автономні джерела живлення. Наявність біологічного захисту, систем спеціальної вентиляції та аварійного розхолоджування та служби дозиметричного контролю дозволяє повністю убезпечити обслуговуючий персонал АЕС від шкідливих впливів радіоактивного опромінення.
Обладнання машинного залу атомних електростанцій аналогічно устаткуванню машинного залу ТЕС. Відмітна особливість більшості АЕС - використання пара порівняно низьких параметрів, насиченого або слабко перегрітого. При цьому для виключення ерозійного пошкодження лопаток останніх ступенів турбіни частками вологи, що міститься в пару, в турбіні встановлюють сепаруючі пристрої. У зв'язку з тим, що теплоносій і що у ньому домішки при проходженні через активну зону реактора активуються, конструктивне рішення устаткування машинного залу і системи охолодження конденсатора турбіни одноконтурних АЕС має повністю виключати можливість витоку теплоносія. На двоконтурних АЕС з високими параметрами пари подібні вимоги до обладнання машинного залу не пред'являються.
У число специфічних вимог до компонування обладнання АЕС входять: мінімально можлива протяжність комунікацій, пов'язаних з радіоактивними середовищами, підвищена жорсткість фундаментів і несучих конструкцій реактора, надійна організація вентиляції приміщень.
Економічність АЕС визначається її основними технічними показниками: одинична потужність реактора, енергонапружених активної зони, глибина вигоряння ядерного пального, коефіцієнта використання встановленої потужності АЕС за рік. Зі зростанням потужності АЕС питомі капіталовкладення в будівництво знижуються більш різко, ніж це має місце для ТЕС. До того ж, сам коефіцієнт використання встановленої потужності на АЕС (80%) значно перевищує цей показник у ГЕС або ТЕС. У цьому головна причина прагнення до спорудження великих АЕС з великою одиничною потужністю блоків. Для економіки АЕС характерно, що частка паливної складової в собівартості електроенергії, що виробляється всього 30-40% (на ТЕС 60-70%). Тому великі АЕС найбільш поширені в промислово розвинених районах з обмеженими запасами звичайного палива, а АЕС невеликої потужності - у важкодоступних або віддалених районах, наприклад АЕС в сел. Білібіно (Якутія) з електричною потужністю типового блоку 12 МВт.
Перша в світі АЕС дослідно-промислового призначення потужністю 5 мВт була пущена в СРСР 27 червня 1954 року в м. Обнінську. До цього енергія атомного ядра використовувалася лише у військових цілях, а до 1958 року була введена в експлуатацію 1-а черга Сибірської АЕС потужністю 100 мВт (повна проектна потужність 600 мВт). У тому ж році розгорнулося будівництво Білоярської АЕС, і 26 квітня 1964 року генератор 1-ї черги (блок потужністю 100 мВт) видав струм у Свердловську енергосистему. Надалі енергоблоки АЕС вводилися в дію систематично,
але Чорнобильська катастрофа викликала скорочення програми атомного будівництва. Так, з 1986 р. в експлуатацію були введені тільки чотири енергоблоки.
В даний час ситуація змінюється. Зараз в Росії діють десять АЕС. Ще тринадцять АЕС і ACT (атомних станцій теплопостачання) знаходяться в стадії проектування, будівництва або тимчасово законсервовані. Також Урядом РФ було ухвалено спеціальну постанову, фактично затвердила програму будівництва нових АЕС до 2010 р. Первинний її етап - модернізація діючих енергоблоків та введення в експлуатацію нових, які повинні замінити вибувають до кінця десятиліття блоки Білібінська, Нововоронезької і Кольської АЕС. Були переглянуті принципи розміщення АЕС з урахуванням потреби району в електроенергії, природних умов (зокрема, достатню кількість води), щільності населення, можливості забезпечення захисту людей від неприпустимого радіаційного впливу при тих чи інших аварійних ситуаціях. При цьому береться до уваги ймовірність виникнення на передбачуваній площі землетрусів, повеней, наявність близьких грунтових вод. АЕС мають розмішати не ближче 25 км від міст з чисельністю більше 100 тис. жителів, для ACT - не ближче 5 км; обмежується сумарна потужність електростанцій: АЕС - 8 млн. кВт, ACT - 2 млн. кВт.
Новим в атомній енергетиці є створення АТЕЦ і ATС. На АТЕЦ, як і на звичайній ТЕЦ, виробляється і електрична, і теплова енергія, а на ATС - тільки теплова. Намічалося побудувати Воронезьку і Горьківську ATС. АТЕЦ діє в селищі Білібіно на Чукотці.
У порівнянні з тепловими та гідроелектростанціями АЕС мають ряд переваг:
■ АЕС можна будувати в будь-якому районі, незалежно від його енергетичних ресурсів.
■ Атомне паливо відрізняється великим вмістом енергії (в 1 кг основного ядерного палива - урану, міститься енергії стільки ж, скільки в 2500 т вугілля).
■ В умовах безаварійної роботи (на відміну від ТЕС), АЕС не дають викидів в атмосферу і не поглинають кисень.
Але робота АЕС має і негативні наслідки:
■ Існують труднощі в похованні радіоактивних відходів. Для їх вивезення зі станцій споруджуються контейнери з потужною захистом і системою охолодження. Поховання проводиться в землі на великих глибинах у геологічно стабільних пластах.
■ Катастрофічні наслідки аварій на наших АЕС як наслідок недосконалої системи захисту.
■ Теплове забруднення водойм, використовуваних АЕС.
Таким чином, функціонування АЕС, як об'єктів підвищеної небезпеки, вимагає участі державних органів влади у формуванні напрямів розвитку та виділення коштів, необхідних для підвищення їх надійності.
4. Альтернативні джерела енергії
За останні роки в Росії зріс інтерес до використання альтернативних джерел енергії - сонця, вітру, внутрішнього тепла Землі або морських припливів. Вже побудовані досвідчені електростанції на нетрадиційних джерелах. Так, на енергії припливів на Кольському півострові працюють Кисло-Губський і Мезенська електростанції.
Термальні гарячі води використовуються для гарячого водопостачання житлових об'єктів і в теплично-парникових господарствах. На Камчатці, біля річки Паужетка побудована геотермальна електростанція. Її потужність 5 мВт. Великими об'єктами геотермального теплопостачання є теплично-парникові комбінати - Пирятинського на Камчатці і Тернапрскій в Дагестані. У перспективі масштаби використання термальних вод будуть неухильно зростати.
Вітрові енергоустановки є в житлових селищах Крайньої Півночі, використовуються для захисту від корозії магістральних газо-і нафтопроводів, на морських промислах. Розроблено програму, згідно з якою на початку третього тисячоліття планується побудувати вітрові електростанції - калмицьку, Тувинську, Магаданську, Приморську та геотермальні електростанції - Верхньо-Мугімовскую, Океан. На півдні Росії, в Кисловодську, передбачається спорудження першої в країні дослідно-експериментальної електростанції, що працює на сонячній енергії. Ведуться роботи по залученню в господарський оборот такого джерела енергії, як біомаса.
Висновок
Безумовно, нетрадиційні відновлювані енергоресурси (біомаса, сонячна, вітрова, геотермальна енергія тощо) потенційно здатні з надлишком забезпечити внутрішній попит країни. Однак економічно виправдане застосування технологій використання поновлюваних джерел енергії ще довго буде складати одиниці відсотків від загальної витрати енергоресурсів. Так, за даними експертів, введення в експлуатацію зазначених електростанцій дозволить до 2010 року довести частку нетрадиційної та малої енергетики в енергобалансі Росії лише до 2%.
Зараз же, маючи в своєму розпорядженні 2,8% населення та 12,8% території світу, Росія має 12-13% прогнозних ресурсів і близько 12% розвіданих запасів нафти, 42% ресурсів і 34% запасів природного газу, близько 20% розвіданих запасів кам'яного і 32% запасів бурого вугілля. Сумарний видобуток за всю історію використання ресурсів становить у цей час по нафті 17% від прогнозних видобутих ресурсів і близько 5% по газу. Забезпеченість видобутку розвіданими запасами палива оцінюється по нафті і газу в кілька десятків років, а по вугіллю - значно вище. Отже, на думку вчених, в основі енергетики найближчого майбутнього як і раніше залишиться теплоенергетика на невідновлюваних ресурсах. Але структура її зміниться. Має скоротитися використання нафти, зате істотно зросте виробництво електроенергії на атомних електростанціях. Розпочнеться використання поки ще не займаних гігантських запасів дешевих вугілля, наприклад, в Кузнецькому, Кансько-Ачинском і Екібаcтузском басейнах. Широко буде застосовуватися природний газ, запаси якого в країні дуже великі. До речі, зараз у нас на Карачаганак вже будується газотурбінна електростанція потужністю 240мВт (6 блоків по 40 мВт кожний).
На жаль, запаси нафти, газу, вугілля зовсім не нескінченні. Природі, щоб їх створити, потрібні були мільйони, витрачені ж вони будуть за якісь сотні. Сьогодні у світі стали серйозно замислюватися над тим, як не допустити хижацького розграбування земних багатств. Адже лише за цієї умови запасів палива може вистачити на століття, а багато нафтовидобувних країн живуть сьогоднішнім днем. Вони нещадно витрачають подаровані їм природою нафтові запаси. Зараз багато хто з цих держав, особливо в районі Перської затоки, буквально купаються в золоті, не замислюючись, що через кілька десятків років їх природні комори вичерпаються. Що ж станеться тоді, а це рано чи пізно станеться, - коли родовища нафти і газу будуть вичерпані? Підвищення цін на нафту, необхідну не тільки енергетиці, але і транспорту, і хімії, змусило почати серйозний пошук інших видів палива, придатних для широкого використання. Особливо гостро проблема постала в тих країнах, де немає власних запасів нафти і газу, і яким доводиться їх купувати.
У перспективі, Росії теж доведеться відмовитися від зведення нових великих теплових і гідравлічних станцій, що вимагають величезних інвестицій і створюють екологічну напруженість. Передбачається лише будівництво ТЕЦ малої і середньої потужності і малих АЕС у віддалених північних і східних регіонах. На Далекому Сході передбачається розвиток гідроенергетики за рахунок побудови каскаду середніх і малих ГЕС. Нові потужні конденсаційні ГРЕС будуть будуватися на вугіллі Кансько-Ачинського басейну. До 2010 року планується здійснити технічне переозброєння і реконструкцію теплових електростанцій, що працюють на вугіллі, і перевести їх на використання чистих вугільних технологій, а також реконструювати електростанції, що працюють на газі, оснастивши їх парогазовими установками. До 2010 року передбачається ввести в експлуатацію додаткові потужності ТЕС за рахунок комбінованих парогазових установок із загальним обсягом близько 8 млн кВт. Адже і далі приблизно 70% всієї електроенергії в Росії буде вироблятися на теплоелектростанціях, в основному - комбінованого типу.
У середині 1990-х років був прийнятий Федеральний закон «Про енергозбереження», основною метою якого є стимулювання застосування більш ефективних технологій, які в майбутньому призведуть до значної економії енергоресурсів. Тому постала проблема на використання геотермальної енергії. Районами, найбільш перспективними для широкого застосування термальних вод, є Західна і Східна Сибір, а також Камчатка, Чукотка, Сахалін.
У цілому ж, по Росії лише приблизно 10% промислових підприємств інвестують капітал в енергозберігаючі проекти, хоча вже в найближчій перспективі необхідно приділяти значну увагу підвищенню ефективності використання електроенергії. Адже за розрахунками фахівців, завдяки впровадженню ефективних енергозберігаючих технологій, у країні може бути досягнуто річне скорочення споживання електроенергії до 2010 р. на 112 млрд кВт / ч. Отже, необхідне зростання інвестицій не у виробництво електроенергії, а в енергозберігаючі технології і у використання нових або альтернативних її джерел. У свою чергу, це дасть можливість забезпечити економію енергоресурсів, особливо мінерального палива, і буде сприяти зменшенню негативного впливу на навколишнє середовище.
Таким чином, навіть з урахуванням результатів прогнозів по виснаження до середини-кінця наступного століття запасів нафти, природного газу та інших традиційних енергоресурсів; скорочення споживання вугілля (якого за розрахунками повинно вистачити на 300 років); розширенню вживання ядерного палива, якого за умови інтенсивного розвитку реакторів-розмножувачів вистачить менше, ніж на 1000 років; незважаючи на всі зростаючі шкідливі викиди в атмосферу, можна зробити висновок: на даному етапі розвитку науки і техніки теплові, атомні і гідроелектричні підприємства будуть ще довгий час переважати над іншими джерелами електроенергії.
Список використаної літератури
1. Джерела енергії. Факти, проблеми, рішення. - М.: Наука і техніка, 1997 - 110 с.
2. Морозова Т. Г. Економічна географія Росії, 2-е видання. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003 - 471 с.
3. Родіонова І. О. Економічна географія та регіональна економіка. - М.: Московський ліцей, 2001 - 288 с.
4. Авторський колектив під керівництвом Яновського А.Б. Енергетична стратегія Росії до 2020 року. - М.: 2001 - 115 с.
атомна електростанція (АЕС) - електростанція, в якій атомна (ядерна) енергія перетворюється в електричну. Генератором енергії АЕС є атомний реактор. Тепло, що виділяється реактором в результаті ланцюгової реакції розподілу ядер деяких важких елементів, потім так само, як і на звичайних теплових електростанціях (ТЕС), перетворюється в електроенергію. На відміну від ТЕС, що працюють на органічному паливі, АЕС працює на ядерному пальному (в основі 233 U, 235 U, 239 Pu). При розподілі 1 грама ізотопів урану або плутонію вивільняється 22 500 кВт / год, що еквівалентно енергії, що міститься в 2800 кг умовного палива.
На АЕС найбільш часто застосовують 4 види реакторів на теплових нейтронах: 1) водо-водяні зі звичайною водою як сповільнювач і теплоносія; 2) графітоводние з водяним теплоносієм і графітовим сповільнювачем; 3) важководні з водяним теплоносієм і важкою водою як сповільнювач, 4 ) графітогазовие з газовим теплоносієм і графітовим сповільнювачем. Вибір типу реактора визначається головним чином накопиченим досвідом у реакторобудуванні а також наявністю необхідного промислового устаткування, сировинних запасів і т. д. У Росії будують головним чином графітоводние канальні (РБМК) і водо-водяні (ВВЕР) реактори. На АЕС США найбільше поширення отримали водо-водяні реактори. Графітогазовие реактори застосовуються в Англії. В атомній енергетиці Канади переважають АЕС з важководними реакторами.
Залежно від виду та агрегатного стану теплоносія створюється той чи інший термодинамічний цикл АЕС. Вибір його верхньої температурної кордону визначається максимально допустимою температурою оболонок тепловиділяючих елементів (ТВЕЛ), які містять ядерне пальне; допустимою температурою власне ядерного пального, а також властивостями теплоносія, прийнятого для даного типу реактора. На АЕС, теплової реактор якої охолоджується водою (ВВЕР), зазвичай користуються низькотемпературними паровими циклами. Теплова схема АЕС у цих двох випадках виконується двоконтурної: у 1-му контурі циркулює теплоносій, 2-й контур - пароводяної. При реакторах з киплячим водяним (РБМК) або високотемпературним газовим теплоносієм можлива одноконтурна теплова АЕС. У киплячих реакторах вода кипить в активній зоні, отримана пароводяна суміш сепарується, і насичений пар направляється або безпосередньо в турбіну або попередньо повертається в активну зону для перегріву.
До реактору і обслуговуючим його систем відносяться: безпосередньо реактор з біологічним захистом, теплообмінники, насоси або газодувних установки, які здійснюють циркуляцію теплоносія; трубопроводи і арматура циркуляції контуру; пристрої для перезавантаження ядерного пального; системи спеціальної вентиляції, аварійного розхолоджування та інші. У залежності від конструктивного виконання реактори мають відмінні риси: у корпусних реакторах паливо і сповільнювач розташовані всередині корпусу, що несе повний тиск теплоносія (Волгодонська, Балаковська АЕС). У канальних реакторах паливо, охолоджуване теплоносієм, встановлюється у спеціальних трубах-каналах, які пронизують сповільнювач, укладений в тонкостінний кожух. Такі реактори теж широко застосовуються (Ленінградська, Белоярська АЕС).
Для запобігання персоналу АЕС від радіаційного опромінення реактор оточують біологічним захистом, основним матеріалом для якої служать бетон, вода, пісок. Обладнання реакторного контуру має бути повністю герметичним. Передбачається система контролю місць можливого витоку теплоносія, вживають заходів, щоб поява не щільностей і розривів контуру не призводило до радіоактивних викидів та забруднення приміщень АЕС і навколишньої місцевості. Обладнання реакторного контуру зазвичай встановлюють в герметичних боксах, які відділені від інших приміщень АЕС біологічним захистом і при роботі реактора не обслуговуються. Радіоактивне повітря з невеликою кількістю парів теплоносія, обумовлені наявністю протікань з контуру, видаляють з необслуговуваних приміщень АЕС системою спеціальної вентиляції, в якій для виключення можливості забруднення атмосфери передбачені очисні фільтри і газгольдери витримки. За виконанням правил радіаційної безпеки персоналом АЕС стежить служба дозиметричного контролю.
При роботі реактора концентрація діляться ізотопів в ядерному паливі поступово зменшується, і паливо вигоряє. Тому з часом ТВЕЛи замінюють свіжими. Ядерне пальне перезавантажують за допомогою механізмів і пристосувань з дистанційним управлінням. Відпрацьоване паливо переносять в басейн і потім (через п'ять років витримки) направляють на переробку. А при аваріях в системі охолодження реактора для запобігання перегріву і порушення герметичності оболонок ТВЕЛів передбачають швидке (протягом кілька секунд) глушіння ядерної реакції; аварійна система розхолоджування має автономні джерела живлення. Наявність біологічного захисту, систем спеціальної вентиляції та аварійного розхолоджування та служби дозиметричного контролю дозволяє повністю убезпечити обслуговуючий персонал АЕС від шкідливих впливів радіоактивного опромінення.
Обладнання машинного залу атомних електростанцій аналогічно устаткуванню машинного залу ТЕС. Відмітна особливість більшості АЕС - використання пара порівняно низьких параметрів, насиченого або слабко перегрітого. При цьому для виключення ерозійного пошкодження лопаток останніх ступенів турбіни частками вологи, що міститься в пару, в турбіні встановлюють сепаруючі пристрої. У зв'язку з тим, що теплоносій і що у ньому домішки при проходженні через активну зону реактора активуються, конструктивне рішення устаткування машинного залу і системи охолодження конденсатора турбіни одноконтурних АЕС має повністю виключати можливість витоку теплоносія. На двоконтурних АЕС з високими параметрами пари подібні вимоги до обладнання машинного залу не пред'являються.
У число специфічних вимог до компонування обладнання АЕС входять: мінімально можлива протяжність комунікацій, пов'язаних з радіоактивними середовищами, підвищена жорсткість фундаментів і несучих конструкцій реактора, надійна організація вентиляції приміщень.
Економічність АЕС визначається її основними технічними показниками: одинична потужність реактора, енергонапружених активної зони, глибина вигоряння ядерного пального, коефіцієнта використання встановленої потужності АЕС за рік. Зі зростанням потужності АЕС питомі капіталовкладення в будівництво знижуються більш різко, ніж це має місце для ТЕС. До того ж, сам коефіцієнт використання встановленої потужності на АЕС (80%) значно перевищує цей показник у ГЕС або ТЕС. У цьому головна причина прагнення до спорудження великих АЕС з великою одиничною потужністю блоків. Для економіки АЕС характерно, що частка паливної складової в собівартості електроенергії, що виробляється всього 30-40% (на ТЕС 60-70%). Тому великі АЕС найбільш поширені в промислово розвинених районах з обмеженими запасами звичайного палива, а АЕС невеликої потужності - у важкодоступних або віддалених районах, наприклад АЕС в сел. Білібіно (Якутія) з електричною потужністю типового блоку 12 МВт.
Перша в світі АЕС дослідно-промислового призначення потужністю 5 мВт була пущена в СРСР 27 червня 1954 року в м. Обнінську. До цього енергія атомного ядра використовувалася лише у військових цілях, а до 1958 року була введена в експлуатацію 1-а черга Сибірської АЕС потужністю 100 мВт (повна проектна потужність 600 мВт). У тому ж році розгорнулося будівництво Білоярської АЕС, і 26 квітня 1964 року генератор 1-ї черги (блок потужністю 100 мВт) видав струм у Свердловську енергосистему. Надалі енергоблоки АЕС вводилися в дію систематично,
|
В даний час ситуація змінюється. Зараз в Росії діють десять АЕС. Ще тринадцять АЕС і ACT (атомних станцій теплопостачання) знаходяться в стадії проектування, будівництва або тимчасово законсервовані. Також Урядом РФ було ухвалено спеціальну постанову, фактично затвердила програму будівництва нових АЕС до 2010 р. Первинний її етап - модернізація діючих енергоблоків та введення в експлуатацію нових, які повинні замінити вибувають до кінця десятиліття блоки Білібінська, Нововоронезької і Кольської АЕС. Були переглянуті принципи розміщення АЕС з урахуванням потреби району в електроенергії, природних умов (зокрема, достатню кількість води), щільності населення, можливості забезпечення захисту людей від неприпустимого радіаційного впливу при тих чи інших аварійних ситуаціях. При цьому береться до уваги ймовірність виникнення на передбачуваній площі землетрусів, повеней, наявність близьких грунтових вод. АЕС мають розмішати не ближче 25 км від міст з чисельністю більше 100 тис. жителів, для ACT - не ближче 5 км; обмежується сумарна потужність електростанцій: АЕС - 8 млн. кВт, ACT - 2 млн. кВт.
Новим в атомній енергетиці є створення АТЕЦ і ATС. На АТЕЦ, як і на звичайній ТЕЦ, виробляється і електрична, і теплова енергія, а на ATС - тільки теплова. Намічалося побудувати Воронезьку і Горьківську ATС. АТЕЦ діє в селищі Білібіно на Чукотці.
У порівнянні з тепловими та гідроелектростанціями АЕС мають ряд переваг:
■ АЕС можна будувати в будь-якому районі, незалежно від його енергетичних ресурсів.
■ Атомне паливо відрізняється великим вмістом енергії (в 1 кг основного ядерного палива - урану, міститься енергії стільки ж, скільки в 2500 т вугілля).
■ В умовах безаварійної роботи (на відміну від ТЕС), АЕС не дають викидів в атмосферу і не поглинають кисень.
Але робота АЕС має і негативні наслідки:
■ Існують труднощі в похованні радіоактивних відходів. Для їх вивезення зі станцій споруджуються контейнери з потужною захистом і системою охолодження. Поховання проводиться в землі на великих глибинах у геологічно стабільних пластах.
■ Катастрофічні наслідки аварій на наших АЕС як наслідок недосконалої системи захисту.
■ Теплове забруднення водойм, використовуваних АЕС.
Таким чином, функціонування АЕС, як об'єктів підвищеної небезпеки, вимагає участі державних органів влади у формуванні напрямів розвитку та виділення коштів, необхідних для підвищення їх надійності.
4. Альтернативні джерела енергії
За останні роки в Росії зріс інтерес до використання альтернативних джерел енергії - сонця, вітру, внутрішнього тепла Землі або морських припливів. Вже побудовані досвідчені електростанції на нетрадиційних джерелах. Так, на енергії припливів на Кольському півострові працюють Кисло-Губський і Мезенська електростанції.
Термальні гарячі води використовуються для гарячого водопостачання житлових об'єктів і в теплично-парникових господарствах. На Камчатці, біля річки Паужетка побудована геотермальна електростанція. Її потужність 5 мВт. Великими об'єктами геотермального теплопостачання є теплично-парникові комбінати - Пирятинського на Камчатці і Тернапрскій в Дагестані. У перспективі масштаби використання термальних вод будуть неухильно зростати.
Вітрові енергоустановки є в житлових селищах Крайньої Півночі, використовуються для захисту від корозії магістральних газо-і нафтопроводів, на морських промислах. Розроблено програму, згідно з якою на початку третього тисячоліття планується побудувати вітрові електростанції - калмицьку, Тувинську, Магаданську, Приморську та геотермальні електростанції - Верхньо-Мугімовскую, Океан. На півдні Росії, в Кисловодську, передбачається спорудження першої в країні дослідно-експериментальної електростанції, що працює на сонячній енергії. Ведуться роботи по залученню в господарський оборот такого джерела енергії, як біомаса.
Висновок
Безумовно, нетрадиційні відновлювані енергоресурси (біомаса, сонячна, вітрова, геотермальна енергія тощо) потенційно здатні з надлишком забезпечити внутрішній попит країни. Однак економічно виправдане застосування технологій використання поновлюваних джерел енергії ще довго буде складати одиниці відсотків від загальної витрати енергоресурсів. Так, за даними експертів, введення в експлуатацію зазначених електростанцій дозволить до 2010 року довести частку нетрадиційної та малої енергетики в енергобалансі Росії лише до 2%.
Зараз же, маючи в своєму розпорядженні 2,8% населення та 12,8% території світу, Росія має 12-13% прогнозних ресурсів і близько 12% розвіданих запасів нафти, 42% ресурсів і 34% запасів природного газу, близько 20% розвіданих запасів кам'яного і 32% запасів бурого вугілля. Сумарний видобуток за всю історію використання ресурсів становить у цей час по нафті 17% від прогнозних видобутих ресурсів і близько 5% по газу. Забезпеченість видобутку розвіданими запасами палива оцінюється по нафті і газу в кілька десятків років, а по вугіллю - значно вище. Отже, на думку вчених, в основі енергетики найближчого майбутнього як і раніше залишиться теплоенергетика на невідновлюваних ресурсах. Але структура її зміниться. Має скоротитися використання нафти, зате істотно зросте виробництво електроенергії на атомних електростанціях. Розпочнеться використання поки ще не займаних гігантських запасів дешевих вугілля, наприклад, в Кузнецькому, Кансько-Ачинском і Екібаcтузском басейнах. Широко буде застосовуватися природний газ, запаси якого в країні дуже великі. До речі, зараз у нас на Карачаганак вже будується газотурбінна електростанція потужністю 240мВт (6 блоків по 40 мВт кожний).
На жаль, запаси нафти, газу, вугілля зовсім не нескінченні. Природі, щоб їх створити, потрібні були мільйони, витрачені ж вони будуть за якісь сотні. Сьогодні у світі стали серйозно замислюватися над тим, як не допустити хижацького розграбування земних багатств. Адже лише за цієї умови запасів палива може вистачити на століття, а багато нафтовидобувних країн живуть сьогоднішнім днем. Вони нещадно витрачають подаровані їм природою нафтові запаси. Зараз багато хто з цих держав, особливо в районі Перської затоки, буквально купаються в золоті, не замислюючись, що через кілька десятків років їх природні комори вичерпаються. Що ж станеться тоді, а це рано чи пізно станеться, - коли родовища нафти і газу будуть вичерпані? Підвищення цін на нафту, необхідну не тільки енергетиці, але і транспорту, і хімії, змусило почати серйозний пошук інших видів палива, придатних для широкого використання. Особливо гостро проблема постала в тих країнах, де немає власних запасів нафти і газу, і яким доводиться їх купувати.
У перспективі, Росії теж доведеться відмовитися від зведення нових великих теплових і гідравлічних станцій, що вимагають величезних інвестицій і створюють екологічну напруженість. Передбачається лише будівництво ТЕЦ малої і середньої потужності і малих АЕС у віддалених північних і східних регіонах. На Далекому Сході передбачається розвиток гідроенергетики за рахунок побудови каскаду середніх і малих ГЕС. Нові потужні конденсаційні ГРЕС будуть будуватися на вугіллі Кансько-Ачинського басейну. До 2010 року планується здійснити технічне переозброєння і реконструкцію теплових електростанцій, що працюють на вугіллі, і перевести їх на використання чистих вугільних технологій, а також реконструювати електростанції, що працюють на газі, оснастивши їх парогазовими установками. До 2010 року передбачається ввести в експлуатацію додаткові потужності ТЕС за рахунок комбінованих парогазових установок із загальним обсягом близько 8 млн кВт. Адже і далі приблизно 70% всієї електроенергії в Росії буде вироблятися на теплоелектростанціях, в основному - комбінованого типу.
У середині 1990-х років був прийнятий Федеральний закон «Про енергозбереження», основною метою якого є стимулювання застосування більш ефективних технологій, які в майбутньому призведуть до значної економії енергоресурсів. Тому постала проблема на використання геотермальної енергії. Районами, найбільш перспективними для широкого застосування термальних вод, є Західна і Східна Сибір, а також Камчатка, Чукотка, Сахалін.
У цілому ж, по Росії лише приблизно 10% промислових підприємств інвестують капітал в енергозберігаючі проекти, хоча вже в найближчій перспективі необхідно приділяти значну увагу підвищенню ефективності використання електроенергії. Адже за розрахунками фахівців, завдяки впровадженню ефективних енергозберігаючих технологій, у країні може бути досягнуто річне скорочення споживання електроенергії до 2010 р. на 112 млрд кВт / ч. Отже, необхідне зростання інвестицій не у виробництво електроенергії, а в енергозберігаючі технології і у використання нових або альтернативних її джерел. У свою чергу, це дасть можливість забезпечити економію енергоресурсів, особливо мінерального палива, і буде сприяти зменшенню негативного впливу на навколишнє середовище.
Таким чином, навіть з урахуванням результатів прогнозів по виснаження до середини-кінця наступного століття запасів нафти, природного газу та інших традиційних енергоресурсів; скорочення споживання вугілля (якого за розрахунками повинно вистачити на 300 років); розширенню вживання ядерного палива, якого за умови інтенсивного розвитку реакторів-розмножувачів вистачить менше, ніж на 1000 років; незважаючи на всі зростаючі шкідливі викиди в атмосферу, можна зробити висновок: на даному етапі розвитку науки і техніки теплові, атомні і гідроелектричні підприємства будуть ще довгий час переважати над іншими джерелами електроенергії.
Список використаної літератури
1. Джерела енергії. Факти, проблеми, рішення. - М.: Наука і техніка, 1997 - 110 с.
2. Морозова Т. Г. Економічна географія Росії, 2-е видання. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003 - 471 с.
3. Родіонова І. О. Економічна географія та регіональна економіка. - М.: Московський ліцей, 2001 - 288 с.
4. Авторський колектив під керівництвом Яновського А.Б. Енергетична стратегія Росії до 2020 року. - М.: 2001 - 115 с.