Геотермальная энергетика.Состояние отрасли и перспективы её развития в странах СНГ

Геотермальная энергетика.Состояние отрасли и перспективы её развития в странах СНГ

Введение

1. Электроэнергетика

1.1 Производство электрической энергии

1.2 Транспортировка электрической энергии

1.3 Потребление электрической энергии

2. Альтернативная энергетика

2.1 Производство электрической  энергии

2.2 Использование электрической  энергии

2.3 Место альтернативной  энергетики в мировом производстве  электрической энергии

3. Геотермальная энергетика

3.1 Принцип действия электростанции

3.2 Развитие геотермальной  энергетики за рубежом

3.3 Перспективы развития  геотермальной энергетики в странах  СНГ

Заключение

Список литературы

Введение

Одним из важнейших показателей  уровня технического развития любой  страны является уровень развития ее энергетики. Современная энергетика — это в основном электричество, т.е. производство и потребление  электрической энергии определяют уровень развития государства.

Электрическая энергия используется во всех отраслях промышленности, строительства, транспорта и сельского хозяйства  вследствие ряда присущих только ей свойств: ее можно передавать на большие расстояния, а также преобразовывать в  другие виды энергии — механическую, тепловую, химическую.

В настоящее время традиционные энергоносители становятся все более  дорогими, а использование альтернативных становится все дешевле. Поэтому сейчас уже можно говорить о перспективах их массового применения, что актуально в условиях ограниченности запасов традиционных источников и экологической ситуации.

Этим обуславливается  актуальность выбранной темы: Геотермальная  энергетика. Состояние отрасли и  перспективы ее развития в странах  СНГ.

Данная дипломная работа является кратким, но обширным обзором  современного состояния энергоресурсов человечества. В работе рассмотрено  развитие энергетики, как отрасли  народного хозяйства, эволюция источников энергии, а также проблемы освоения и использования новых ресурсов энергии (альтернативные источники  энергии), на примере геотермальной  энергетики.

Цель работы – изучить  современное состояние мирового топливно-энергетического комплекса  и геотермальной энергетики.

В соответствии с поставленной целью, были сформулированы следующие  задачи:

• Изучить и описать современное положение дел в мировом топливно-энергетическом комплексе;
• Рассмотреть состояние современной традиционной электроэнгергетики;
• Изучить возможности геотермальной энергии и энергетики;
• Выяснить перспективы развития геотермальной энергетики в странах СНГ.

Основным преимуществом  возобновляемых источников является их экологическая чистота и неограниченность. Энергия солнца, ветра, геотермальная, приливная неограниченны, в отличии от запасов нефти и газа. Поэтому рано или поздно система энергоснабжения всех стран будет вынуждена переходить на возобновляемые источники. Но современная, уже сложившаяся система экономических отношений и энергосистема, а так же стоимость мощных установок, использующих альтернативные источники энергии, делает этот переход очень дорогим. К тому же генераторы, использующие определенные виды возобновляемой энергии (ветра, приливные, геотермальные) привязаны к определенным территориям, что сильно затрудняет их повсеместное использование. Еще очень важным является то, что электростанции, использующие альтернативные источники энергии, обладают сравнительно малой мощностью и не могут обеспечивать потребности промышленности, потребляющей большую часть производимой электорэнергии. Вложения в них окупаются далеко не сразу, поэтому без государственных программ массовое внедрение альтернативных источников энергии в нашей стране практически невозможно.

Проблемы, связанные с  происхождением, экономичностью, техническим освоением и способами использования различных источников энергии, были и будут неотъемлемой частью жизни на нашей планете. Прямо или косвенно с ними сталкивается каждый житель Земли. Понимание принципов производства и потребления энергии составляет необходимую предпосылку для успешного решения приобретающих все большую остроту проблем современности и в еще большей степени - ближайшего будущего.

Мир, в котором мы живем, можно изучать с самых разных точек зрения. Новые знания ведут к постоянному их сужению, ко все большей дифференциации научных дисциплин и соответствующих им областей человеческой деятельности. Результаты объективной оценки “состояния дел” в этих областях весьма различны. Если говорить о существующей и поныне угрозе войн, о миллионах недоедающих и голодных, о все возрастающем загрязнении жизненной среды, то приходится констатировать наличие серьезнейших проблем, решение которых не терпит отлагательства. Проблемы эти тревожат весь прогрессивный мир и не позволяют человечеству удовлетвориться дстигнутым. Если же оценивать развитие пауки и техники само по себе, в самом широком смысле слова, то здесь успехи весьма велики и заслуживают высочайшего уважения.

4. Электроэнергетика

1. Производство электрической энергии

Электроэнергия - это двигатель  экономического и социального развития народонаселения мира, которое, по прогнозам, достигнет 10 миллиардов человек в 2050 (против 6,275 в настоящее время). Ее производство на душу населения может  служить индикатором экономического развития (рис. 1).

Разница в несколько сотен  кВт·ч на человека в бедных регионах (526 кВт·час в Центральной Африке и 566 кВт·час в Южной Азии в 2005 году) и 14929 кВт·ч в Северной Америке свидетельствует о различии уровней развития разных регионов мира.

Однако этот показатель требует  осторожного обращения. Большая  выработка электроэнергии на душу населения  не означает обязательного наличия  более высокого уровня экономического развития.

Например, производство электроэнергии на душу населения в странах СНГ (рис. 2) в 2,2 раза выше, чем в Центральной  Америке (включая Мексику), а доходы на душу населения несколько ниже.

Необходимо понимать, что  различия не отражают только диспаритеты в области доходов они учитывают и разницу в уровне энергетического содержания экономического развития (количество электроэнергии, необходимое для производства единицы валового продукта).

По причине различной  обеспеченности первичными источникам энергии, исключительного географического  положения и истории или экономики, базирующейся на различных секторах и технологиях, производство электроэнергии может идти различными путями при  сравнимых уровнях развития.

Пример стран СНГ и  Восточной Европы в этом отношении  красноречив. На самом деле эти страны характеризуются поддержанием повышенного  энергопотребления, обусловленного их предшествующей моделью экономического развития (экстенсивной и энергозатратной).

Рост производства электроэнергии на душу населения (рис. 3) значительно  ниже в индустриально развитых регионах, таких как Западная Европа (в среднем +1,6% за год), страны СНГ (в среднем +1,0% в год) и Северная Америка (+0,6% в  год). Низкие темпы роста выработки  электроэнергии на душу населения в  этих регионах требуют пояснения.

В Северной Америке данный показатель уже весьма высок, поэтому  он и возрастает медленно, не являясь  первостепенным во все более и  более процветающей экономике

Слабый рост производства электроэнергии на душу населения в  странах СНГ объясняется реструктуризацией  энергетики, начавшейся после развала  Советского Союза в 1991 году. 

Эта реструктуризация еще  продолжается и позволяет рационально  осуществлять производство электроэнергии, а значит, и ограничивать новые  потребности в электроэнергии, обусловленные  возобновлением экономического роста.

Присутствие Центральной  и Южной Африки в группе регионов с наиболее низкими темпами роста  производства электроэнергии на душу населения (+0,9% в среднем в год) объясняется двумя причинами. Первая из них - мощный демографический взрыв (самый быстрый прирост населения  в мире за рассматриваемый промежуток времени с 1995 по 2005 год); вторая – расположение в данном регионе Южно-Африканской Республики, относящейся к развитым государствам и производящей 63,5% электроэнергии в регионе.

В мире в целом наблюдается  снижение затрат электроэнергии на производство. Выработка на единицу валового продукта за рассматриваемое десятилетие  в среднем снизилась на 0,5%. Но эта цифра скрывает различия между  постиндустриальными регионами, в  которых экономическая активность поворачивается в сторону обработки  информации, что требует меньших  энергозатрат, и регионами, активно развивающими промышленность, которым требуется энергия для производства дополнительного валового продукта.

Несоответствие между  экономическим ростом и производством  электроэнергии отмечается в Северной Америке (-1,6% в год). Этот регион производит все больше услуг с высокой  добавочной стоимостью, которые требуют  малых энергозатрат, и импортирует все больше и больше промышленных продуктов, производство которых требует большого количества энергии, из других стран.

Положение в странах СНГ  и Центральной Европы является исключительным. Происходящая там реструктуризация промышленности и энергетики имеет  целью снижение энергозатрат на производство единицы валового продукта (-3,2% и -2,1% соответственно).

Западная Европа занимает промежуточное положение (-0,03% в среднем  в год), при котором производство единицы дополнительного валового продукта за последнее десятилетие  требует практически неизменного  количества электроэнергии.

Северная Африка, Южная  Америка, Ближний Восток, Центральная  Америка и Восточная и Юго-Восточная  Азия являются регионами с возрастающим энергопотреблением. Азиатский и  Южно-Азиатский регионы являются сложными для анализа, поскольку  там расположен Китай, находящийся  в стадии ускоренной индустриализации, и Япония, которая имеет стабильно  развитую экономику. 

Вклад Китая выводит регион в число нуждающихся в росте выработки электроэнергии для производства дополнительного валового продукта.

Производство электроэнергии на базе возобновляемых источников

Выработка электроэнергии на базе возобновляемых источников является значимой составной частью мирового энергопроизводства. В течение 2005 года (рис. 4) оно составило 3283 ТВт-ч, или 18,1 % мирового производства, что превышает выработку электроэнергии на атомных электростанциях (15,2% в 2005), но значительно ниже выработки тепловых электростанций на ископаемых топливах (66,4%).

Исключая гидроэнергетику, производство электроэнергии на базе иных возобновляемых источников достигает 1,88% от суммарного мирового (341,45 ТВт-ч) в 2005 году. В таблице 1 приведена структура  мирового производства электроэнергии на базе возобновляемых источников по видам источников в 2005 году.

Гидроэнергетика, как и  в прошлые годы, занимает лидирующие позиции в суммарном производстве электроэнергии на базе возобновляемых источников со своими 89,5%.

Биомасса (и отходы, не подлежащие вторичному использованию) находится  на второй позиции с 5,6%, ветроэнергетика  дает 3%, использование геотермальных  источников выходит на уровень 1,7%.

Производство электроэнергии полупроводниковыми фотопреобразователями в основном сконцентрировано в трех странах - Соединенные Штаты Америки, Япония и Германия - и составляет 0,1% от суммарного производства на базе возобновляемых источников.

Распределение объемов выработки  по годам и типам источников, включая  базу традиционной электроэнергетики, приведено в таблице 2.

Ситуация с производством  электроэнергии на базе возобновляемых первичных источников улучшилась, начиная  с 2004 года с увеличением своей  доли в общем производстве электроэнергии на 0,3% между 2003 и 2005 годами.

Это увеличение, наблюдавшееся  в 2004 году, подтвердилось в 2005 и обозначило замедление постоянного увеличения традиционной части электроэнергетики, которая выросла на 2,3% между 1995 и 2003 годами.

Улучшение ситуации в конце  периода более заметно, чем рост традиционной электроэнергетики в  ходе последних лет. Между 1995 и 2001 годами прирост выработки «зеленой»  энергетики составил 3,0% в год и 4,1% между 2004 и 2005 годами.

Это изменение, благоприятное  для возобновляемой энергетики, в  конце последнего десятилетия объясняется  не только значительным вкладом роста  гидроэнергетики (+244,6 ТВт·ч с 2003 по 2005 год), но и подтверждением роста мощностей в других видах возобновляемой электроэнергетики (+60 ТВт·ч). В частности, ветроэнергетика прибавила 31,3 ТВт·ч, а энергетика на базе биомассы - 21,2 ТВт·ч. Дополнительный вклад возобновляемой энергетики с 1995 года возрос на 609,6 ТВт·ч, что соответствует приблизительно суммарному производству электроэнергии в такой стране, как Канада.

Значительный вклад гидроэнергетики, которая медленно развивалась в  течение рассматриваемого периода (+1,5% в среднем в год), скрывает динамику развития других направлений  возобновляемой энергетики. Без гидроэнергетики  рост производства электроэнергии на базе возобновляемых источников за последнее  десятилетие составляет 8,5% в год, что более чем вдвое превышает  темпы роста традиционного сектора. Доля возобновляемых источников в суммарном  производстве электроэнергии в мире выросла с 1,1% в 1995 году до 1,9% в 2005 году.

Детальный анализ по направлениям показывает, что наиболее активно  в указанный период времени развивалась  ветроэнергетика.

Среднегодовой прирост выработки  электроэнергии на ветроэлектростанциях (рис. 5) составил 28,4%. Солнечная электроэнергетика, прибавляла каждый год по 19,5%, занимая второе место. Этот прирост отмечен с учетом ге-лиотермодинамических электростанций, выработка которых возрастала в среднем на 1,9% в год. Среднегодовой рост выработки электроэнергии полупроводниковыми фотопреобразователями составил около 31,6%.

Различные направления переработки  биомассы в электроэнергию также  развивались более быстрыми темпами, чем традиционная электроэнергетика. Твердая биомасса, которая на 75% обеспечивает производство электроэнергии данного  направления, показала среднегодовой  прирост использования порядка 4,7%. Этот прирост достигнут благодаря  электростанциям, использующим биомассу и построенным по принципу когенерации*, который 

позволяет одновременно с  выработкой электроэнергии запитывать теплосети или производить пар для технологических целей.

Развитие производства биогаза особенно значительно (1,51% в среднем в год), благодаря все более широкому применению биомето-ногенеза как средства переработки отходов. Использование электроэнергии, производимой электростанциями, сжигающими органические отходы, также возрастало на 5,5% в год.

Экспоненциальный рост направления  по выработке жидкого биотоплива (+216,7% в год) объясняется исключительно очень незначительным производством в начале рассматриваемого периода. Это направление скорее предназначено для производства горючего для транспортных средств (биодиезель - заменитель соляры, биоэтанол и т. д.). Зато рост производства электроэнергии на основе геотермальных источников несколько превосходит показатель традиционной электроэнергетики (+4% против +3,9%).

Два основных фактора определяли этот рост в последнее десятилетие. На первом месте значительный прогресс в области технологий энергетики возобновляемых источников. Это наверняка  привлекло новых инвесторов, заинтересованных перспективами развития, приводящими, в свою очередь, к более активному  технологическому соперничеству. Эти  инвесторы в настоящее время  появились не только в Европе, Америке  и Японии, но и в Китае, на Тайване, в Индии и Бразилии.

В настоящее время мы присутствуем при настоящей глобализации индустрии  возобновляемых источников энергии, которая  вскоре будет более активно развиваться  на мировом уровне. 

На втором месте стоят  вопросы глобальной экологии, а именно угроза климатических изменений, которая  усилила политическую волю многих промышленно  развитых стран к поддержке развития чистых источников энергии. Эта воля выражается в амбициозных проектах возобновляемой энергетики и разработке специфического регламентирующего инструментария, призванного способствовать их воплощению в жизнь (гарантированные цены, «зеленые» сертификаты, квоты, льготное налогообложение и т.д.).

Верно, что на фоне традиционной электроэнергетики доля возобновляемых источников (не считая гидроэнергетики) пока невелика.

Разная конкурентоспособность, большое количество стран, базирующихся на ископаемых видах топлива, противоречия финансирования и очень низкие цены на ископаемые топлива в течение  рассматриваемого периода времени, без сомнения, объясняют эту ситуацию.

В то же время если большинство  направлений возобновляемой энергетики нерентабельны при действующих  ценах, то они уверенно приближаются к порогу рентабельности. Увеличение их доли в мировом производстве электроэнергии показывает все более и более  заметный интерес к этим новым  направлениям. Они доказали свое право  на присутствие в мировой энергетике. Их потенциал начал развиваться, и их конкурентоспособность возрастает.

2. Транспортировка электрической энергии

Электроэнергетика наряду с  другими отраслями народного  хозяйства рассматривается как  часть единой народно- хозяйственной  экономической системы. В настоящее  время без электрической энергии  наша жизнь немыслима. Электроэнергетика  вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос . Представить без электроэнергии наш быт также невозможно . Столь широкое распространение объясняется ее специфическими свойствами:

-возможности превращаться  практически во все другие  виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и другие) ;

-способности относительно  просто передаваться на значительные  расстояния в больших количествах;

-огромным скоростям протекания  электромагнитных процессов;

-способности к дроблению  энергии и образование ее параметров (изменение напряжения, частоты).

Возможность передачи электрической  энергии на расстояния, достигающие  нескольких сотен и даже тысяч километров, обусловливает строительство электростанций вблизи мест нахождения топлива или на многоводных реках, что оказывается более экономичным, чем подвозить большое количество топлива к электростанциям, расположенным вблизи потребителей электроэнергии.

Возможность преобразования электрической энергии в механическую с помощью электроприводов, т. е. применение для получения энергии  конструктивно простых и удобных для эксплуатации электродвигателей вместо громоздких и сложных паровых машин и двигателей внутреннего сгорания, позволяет более рационально использовать производственные площади предприятий, снижать эксплуатационные расходы, осуществлять автоматизацию производственных процессов. Вот почему современные промышленные предприятия насыщаются электродвигателями мощностью от нескольких ватт до нескольких сотен и даже тысяч киловатт. О масштабах применения электродвигателей свидетельствует тот факт, что в настоящее время они потребляют более 50 % всей электроэнергии, производимой в стране. Широкое применение находит электричество не только в промышленности, но и на транспорте: с его помощью приводятся в движение поезда, трамваи, троллейбусы и даже автомобили.

Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях, которые  в зависимости от используемых в  них энергоносителей подразделяются на тепловые (паротурбинные), атомные (реакторные) и гидроэлектрические (гидротурбинные). Существуют также электростанции, использующие энергию ветра и тепла солнечных лучей, но они представляют собой маломощные источники электроэнергии, предназначенные только ддя электроснабжения отдельных мелких потребителей, отдаленных от мощных электростанций и системных сетей.

В нашей стране снабжение  потребителей электроэнергией осуществляется преимущественно от электрических  сетей, объединяющих несколько электростанций. Необходимость такого объединения вызвана тем, что электрические станции, находящиеся даже на территории одной области, работают с неодинаковой нагрузкой, т. е. одни электростанции могут быть перегружены, а в то же время другие могут работать в основном с недогрузкой. Разница в степени загрузки электростанций становится более ощутимой при значительном отдалении районов потребления электроэнергии друг от друга в направлении с востока на запад, что объясняется разновременностью утренних и вечерних максимумов нагрузки.

Чтобы обеспечить надежность электроснабжения потребителей и возможно полнее использовать мощности электростанций, работающих в разных режимах, их объединяют в электроэнергетические системы.

Представление о системе  производства, передачи и распределения  электрической энергии дает схема  электроснабжения потребителей, приведенная на рис. 4. Электрическая энергия, вырабатываемая на электрической станции генераторами, передается при напряжении более высоком, чем генераторное, по линии электропередачи высокого напряжения на подстанцию промышленного предприятия. Для изменения напряжения в системе применяются трансформаторы. Со сборных шин подстанции электроэнергия распределяется по различным электроприемникам: электродвигателям, источникам света, нагревательным приборам и т.д.

Производство электрической  энергии и ее потребление — процессы непрерывные и единые во времени. Электрическую энергию нельзя накапливать в больших количествах, не передавая потребителям, т. е. в каждый момент времени ее выработка должна соответствовать потреблению. Отдельные электростанции не могут обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии потребителям, поэтому по мере развития энергетики их объединяют в системы, в которых они работают параллельно на общую нагрузку.

Рис. 4. Схема электроснабжения потребителей:

ЭС — электрическая  станция; Г — генератор;

ЛЭП - линия электропередачи, Тр — трансформатор; ПС — подстанция; М — электродвигатель; Л — источник света; Е — нагревательный прибор

Объединение электростанций в электроэнергетические системы  имеет большое значение для обеспечения  согласованной работы станций различных типов, особенно тепловых и гидростанций. Мощность гидроагрегатов ГЭС в период паводка и в зимнее время различна, поэтому весной основную нагрузку в энергосистеме несут гидростанции, на тепловых же станциях в это время часть агрегатов основного назначения останавливают, что обеспечивает экономию топлива и проведение плановых ремонтных работ. В зимнее время роли тепловых и гидростанций меняются. Таким образом, появляется возможность создания экономически выгодных режимов работы разных типов электростанций.

Создание энергосистем повышает надежность энергоснабжения и улучшает качество электроэнергии, обеспечивает постоянство напряжения и частоты  вырабатываемого тока, поскольку  колебания потребления воспринимаются одновременно многими электрическими станциями.

Энергетическая система (энергосистема) представляет собой  совокупность электростанций, линий  электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое  общностью режима и непрерывностью процессов производства и распределения электрической и тепловой энергии.

Электрическая система является частью энергосистемы и состоит  из генераторов, распределительных  устройств, электрических сетей (подстанций и линий электропередачи различных напряжений) и электроприемников.

В состав энергосистем (электросистем) входят также производственные предприятия и мастерские, лаборатории и подъемно-транспортные средства, необходимые для выполнения работ, связанных с эксплуатацией всех элементов этих систем.

Эксплуатация энергосистемы  осуществляется инженерами, техниками, мастерами и рабочими соответствующих  квалификаций. Оперативное управление энергосистемой (электросистемой) обеспечивают диспетчеры, обслуживают оборудование электростанций и подстанций — дежурным персонал, а линии электропередачи — линейный персонал.

Энергетические системы  отдельных районов, соединенные  между собой линиями электропередачи, образуют объединенные энергосистемы (например, Уральскую, Сибирскую, Центральную, Северо-западную и др.). Объединением ряда энергосистем (Уральской, Южной, Центральной и др.) была создана Единая Европейская энергосистема России.

3. Потребление электрической энергии

Вырабатываемая электрическая  энергия поступает к месту  потребления через систему взаимосвязанных  передающих, распределяющих и преобразующих  электроустановок. Передача электроэнергии осуществляется по воздушным линиям электропередачи с напряжением от нескольких сот до сотен тысяч вольт. Электрическая энергия передается по системным воздушным сетям с напряжениями 35, 110, 150, 220 кВ и выше по шкале номинальных напряжений, установленной ГОСТом. Распределение электроэнергии осуществляется при помощи центра питания (ЦП), распределительных пунктов (РП) и распределительных линий (РЛ).

Центром питания называются распределительные устройства (РУ) генераторного напряжения электростанции или вторичного напряжения понижающей подстанции энергосистемы с регулятором напряжения, к которому подсоединены распределительные сети данного района.

Распределительным пунктом  называется подстанция промышленного  предприятия или городской электрической  сети, предназначенная для приема и распределения электроэнергии с одним напряжением без ее преобразования.

Распределительной линией называется линия, питающая ряд трансформаторных подстанций от ЦП или РП или вводы  к электроустановкам потребителей.

Подстанцией называется электрическая  установка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из Трансформаторов или других преобразователей электроэнергии, распределительных устройств напряжением до 1000 В и выше, аккумуляторных батарей, аппаратов управления и вспомогательных сооружений.