Современные способы получения электрической энергии. 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра технологии важнейших  отраслей промышленности

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

На тему:

СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫПОЛНИЛА:

Студентка ФМк,                                                                             Д.И. Кирейчук

1 курс, ДМЦ

 

 

Проверила                                                                                       М.В. Михадюк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНСК 2012

Содержание

Введение.....................................................................................................................3

1. История возникновения  электроэнергетики........................................................4

2. Традиционные способы  получения электроэнергии...........................................5

2.1 Тепловые электростанции...............................................................................5

2.2 Гидроэлектростанции......................................................................................6

2.2 Атомные электростанции................................................................................7

3. Нетрадиционные способы  получения электроэнергии.......................................8

3.1 Ветровая энергия.............................................................................................8

3.2 Энергия солнца................................................................................................9

3.3 Геотермальная энергия....................................................................................9

3.4 Морская энергия................................................................................................9

3.5 Космическая энергия......................................................................................10

3.6 Водородная энергия.......................................................................................10

Заключение................................................................................................................11

Список использованных источников......................................................................12

 

 

Введение

 

Возрастающие с каждым годом выработка и потребление  энергии в мире  создают все  необходимые условия для ускорения  научно-технического прогресса, который  позволяет улучшать благосостояние людей планеты. Но вместе с тем возрастающие объемы потребления энергии требуют все больших объемов углеводородного сырья, запасы которого не безграничны. Электроэнергетика является важнейшей отраслью экономики любой страны, поскольку ее продукция (электрическая энергия) относится к универсальному виду энергии. Ее легко можно передавать на значительные расстояния, делить на большое количество потребителей. Без электрической энергии невозможно осуществить многие технологические процессы, как невозможно представить нашу повседневную жизнь без отопления, транспорта, телевизора, компьютера, которые также потребляют электроэнергию. Потребность человечества в электроэнергии растет с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа) ограничены. Ограничены также и запасы ядерного топлива. Поэтому на сегодняшний день важно найти выгодные  источники  электроэнергии, причем выгодные не только с точки зрения  дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, эксплуатации, дешевизны материалов, необходимых для постройки станции, долговечности станций.

Цель работы – ознакомиться с современными способами получения  электроэнергии, как традиционными, так и не традиционными, а также  рассмотреть, какие именно способы  получения электроэнергии наиболее широко распространены в пределах Республики Беларусь.

 

1. История возникновение электроэнергетики

 

Прежде чем приступить к раскрытию основного вопроса, я бы хотела уделить некоторое  внимание историческому процессу становления  электрической энергии как энергоресурса, проследить тот путь, по которому прошла электроэнергетика за столь непродолжительный  период времени.

Электрическая энергия долгое время была лишь объектом экспериментов  и не имела практического применения. Первые попытки полезного использования  электричества были предприняты  во второй половине XIX века, основными  направлениями использования были недавно изобретённый телеграф, гальванотехника, военная техника (например, были попытки создания судов и самоходных машин с электрическими двигателями; разрабатывались мины с электрическим взрывателем). Источниками электричества поначалу служили гальванические элементы. Существенным прорывом в массовом распространении электроэнергии стало изобретение электромашинных источников электрической энергии — генераторов. По сравнению с гальваническими элементами, генераторы обладали большей мощностью и ресурсом полезного использования, были существенно дешевле и позволяли произвольно задавать параметры вырабатываемого тока. Именно с появлением генераторов стали появляться первые электрические станции и сети (до того источники энергии были непосредственно в местах её потребления) — электроэнергетика становилась отдельной отраслью промышленности. Первой в истории линией электропередачи (в современном понимании) стала линия Лауфен — Франкфурт, заработавшая в 1891 году. Протяжённость линии составляла 170 км, напряжение 28,3 кВ, передаваемая мощность 220 кВт. В то время электрическая энергия использовалась в основном для освещения в крупных городах. Электрические компании состояли в серьёзной конкуренции с газовыми: электрическое освещение превосходило газовое по ряду технических параметров, но было в то время существенно дороже. С усовершенствованием электротехнического оборудования и увеличением КПД генераторов, стоимость электрической энергии снижалась, и, в конце концов, электрическое освещение полностью вытеснило газовое. Попутно появлялись новые сферы применения электрической энергии: совершенствовались электрические подъёмники, насосы и электродвигатели. Важным этапом стало изобретение электрического трамвая: трамвайные системы являлись крупными потребителями электрической энергии и стимулировали наращивание мощностей электрических станций. Во многих городах первые электрические станции строились вместе с трамвайными системами.

Начало XX века было отмечено так называемой «войной токов» —  противостоянием промышленных производителей постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток имели  как достоинства, так и недостатки в использовании. Решающим фактором стала возможность передачи на большие  расстояния — передача переменного  тока реализовывалась проще и  дешевле, что обусловило его победу в этой «войне»: в настоящее время  переменный ток используется почти повсеместно, вследствие чего объем производства электроэнергии  ежегодно возрастает. Так в 1890 году показатель мирового производства электроэнергии был на отметке всего лишь 9 млрд кВт·ч, в то время как в 2007 году этот показатель значительно увеличился до 19,9 трлн кВт·ч.

 

2. Традиционные  способы получения электроэнергии

2.1 Тепловые электростанции

 

Тепловая электрическая станция (ТЭС) – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. В Республике Беларусь более 95% энергии вырабатывается на ТЭС.

По назначению тепловые электростанции делятся на два типа:

• конденсационные тепловые электростанции (КЭС),предназначенные для выработки только электрической энергии;
• теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых осуществляется совместное производство электрической и тепловой энергии.

На рис. 2.1 представлена схема тепловой электростанции.

 

Как видно из схемы, основное оборудование ТЭС – котел-парогенератор, турбина, генератор,  конденсатор пара и циркуляционный насос.

В котле парогенератора при  сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется  в энергию водяного пара. В турбине  энергия водяного пара превращается в механическую энергию вращения. Генератор превращает механическую энергию вращения в электрическую. Таким образом, процесс производства электроэнергии ТЭС можно разделить на три цикла: химический – процесс горения, в результате которого теплота передается пару; механический  – тепловая энергия пара превращается в энергию вращения; электрический – механическая энергия превращается в электрическую. Схема ТЭЦ отличается тем, что по ней, помимо электрической энергии, вырабатывается и тепловая путем отвода части пара и нагрева с его помощью воды, подаваемой в тепловые магистрали.

В качестве топлива чаще всего используются уголь, сланцы, природный  газ и мазут. Однако использование  природного газа и особенно мазута в перспективе должно сокращаться, так как это слишком ценные вещества, чтобы их использовать в  качестве котельного топлива.

Коэффициент полезного действия (КПД) ТЭС находится в пределах 36—39%. Это означает, что 64—61% топлива используется «впустую», загрязняя окружающую среду тепловыми выбросами в атмосферу. КПД ТЭЦ примерно в 2 раза выше, чем КПД ТЭС (60—70%), поэтому использование ТЭЦ является существенным фактором энергосбережения.

Тепловые электростанции Беларуси:

• Лукомльская ГРЭС – расположена в городе Новолукомль, установленная мощность станции — 2459,5 МВт, что составляет более 30 % от установленной мощности всей энергосистемы Беларуси;
• Минская ТЭЦ-3 – расположена в юго-восточной части Минска, установленная электрическая мощность составляет 542 МВт;
• Минская ТЭЦ-5 – располагается в посёлке Дружный (Минская область), установленная электрическая мощность – 330 МВт;
• Мозырская ТЭЦ – расположена в 17 км от города Мозыря, установленная электрическая мощность составляет 195 МВт;
• Светлогорская ТЭЦ – расположена в городе Светлогорске, установленная мощность – 155 МВт.

 

2.2 Гидроэлектростанции

 

Гидроэлектростанция (ГЭС) представляет собой комплекс гидротехнических сооружений и энергетического оборудования, посредством которых энергия водных потоков или расположенных на относительно более высоких уровнях водоемов преобразуется в электрическую энергию.

Технологический процесс  получения электроэнергии на ГЭС  включает:

• создание разных уровней воды в верхнем и нижнем бьефах;
• превращение энергии потока воды в энергию вращения вала гидравлической турбины;
• превращение гидрогенератором энергии вращения в энергию электрического тока.

При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопления уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высоту плотины. Русловые и приплотинные ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.

Несмотря на снижение доли ГЭС в общей выработке, абсолютные значения производства электроэнергии и мощности ГЭС непрерывно растут вследствие строительства новых крупных электростанций. В 1969 в мире насчитывалось свыше 50 действующих и строящихся ГЭС единичной мощностью 1000 Мвт и выше, причём 16 из них — на территории бывшего Советского Союза.

Важнейшая особенность гидроэнергетических  ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими  ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии.

На данный момент крупнейшей в Беларуси гидроэлектростанцией является Гродненская ГЭС, введенная в эксплуатацию в сентябре 2012 года и расположенная недалеко от Гродно на реке Неман. Ее мощность составляет 17 МВт. Второй по величине ГЭС в Беларуси является Солигорская гидроэлектростанция, ее мощность составляет 150 кВт.

 

2.3 Атомные электростанции

 

Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем. Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.)  существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). При сжигании 1 кг каменного угля можно получить 8 кВт·ч электроэнергии, а при расходе 1 кг ядерного топлива вырабатывается 23 млн кВт·ч электроэнергии.

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

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

Для предохранения персонала  АЭС от радиационного облучения  реактор окружают биологической защитой, основным материалом для которой служат бетон, вода, песок. Оборудование реакторного контура должно быть полностью герметичным. Предусматривается система контроля мест возможной утечки теплоносителя, принимают меры, чтобы появление не плотностей и разрывов контура не приводило к радиоактивным выбросам и загрязнению помещений АЭС и окружающей местности.

АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС. Однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС.

На данный момент в Беларуси ведется строительство новой  атомной электростанции, которая  будет расположена в 17 км от городского поселка Островец (Гродненская область). Согласно планам первый блок АЭС должен быть введён в 2017 году, второй — не позднее 2018 года. Предполагаемая мощность будущей АЭС составляет 2,4 тыс. МВт.

 

3. Нетрадиционные  способы получения электроэнергии

 

Использование традиционных энергоресурсов приводит к значительному  загрязнению окружающей среды. Ограниченность энергоресурсов, влияние их в результате использования на состав атмосферного воздуха и другие негативные воздействия  на окружающую среду (образование отходов, нарушение пластов земной коры, изменение  климата) вызывают повышенный интерес  во всем мире к нетрадиционным источникам энергии.

 

3.1 Ветровая энергия

 

По оценкам различных  авторов, общий ветроэнергетический  потенциал Земли равен 1200 ГВт,  однако  возможности  использования  этого  вида  энергии  в различных районах Земли неодинаковы. Среднегодовая скорость ветра на  высоте 20–30 м над поверхностью  Земли должна  быть  достаточно  большой,  чтобы мощность   воздушного   потока,   проходящего   через   надлежащим   образом ориентированное вертикальное сечение, достигала  значения,  приемлемого  для преобразования.

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) – автономная установка, преобразующая энергия ветра в электрическую, механическую или тепловую энергию. Большая часть таких установок используется для производства электроэнергии, как в единой энергосистеме, так и в автономных режимах. Их строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.

Принцип действия ветроэнергетической  установки состоит в следующем. Ветряное колесо, воспринимая на себя энергию ветра, вращается посредством  пары конических шестерен и с помощью  длинного вертикального вала передает свою энергию на нижний горизонтальный трансмиссионный вал и далее  посредством второй пары конических шестерен и ременной  передачи электрическому генератору или другому механизму.

Поскольку периоды безветрия  неизбежны, то для исключения перебоев в электроснабжении ВЭУ должны иметь аккумуляторы электрической энергии или быть запараллелены, на случаи безветрия, с электроэнергетическими установками других типов

Для ветроэнергетики Беларуси энергетический ресурс ветра практически неограничен. Уже составлен атлас ветроэнергетического потенциала Республики Беларусь и банк данных, позволяющий оперативно проводить расчеты для строительства ВЭУ. Для первоначального этапа развития ветроэнергетики Беларуси определены 1840 площадок для строительства как одиночных ВЭУ, так и ветряных электростанций (ВЭС) с потенциалом более 200 млрд. кВт·ч.

3.2 Энергия солнца

 

Солнечная батарея – фотоэлектрогенератор для прямого преобразования энергии излучения Солнца, собранный из большого числа последовательно и параллельно соединенных элементов. Получение электроэнергии от лучей Солнца не дает вредных выбросов в атмосферу, производство стандартных силиконовых солнечных батарей также причиняет мало вреда. Солнечные батареи занимают много место, но в сравнении с другими источниками энергии, например с углем, они вполне приемлемы. Более того, солнечные батареи могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных дорог, а также использоваться в богатых солнцем пустынях.

В Республике Беларусь целесообразны 3 варианта использования солнечной  энергии:

1. пассивное (солнечные дома);
2. использование солнечной энергии для горячего водоснабжения и отопления при помощи солнечных коллекторов;
3. производство электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок.

К сожалению, на сегодняшний  день гелиоэнергетика в РБ также  не распространена.

На данный момент электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

 

3.3 Геотермальная  энергия

 

Геотермальная энергетика — получение энергии от внутреннего тепла Земли. Различают естественную и искусственную геотермальную энергию – от природных термальных источников и от закачки в недра Земли воды, других жидкостей или газообразных веществ («сухая» и «мокрая» геотермальная энергетика). Имеются геотермальные ТЭС. Недостаток – токсичность термальных вод и химическая агрессивность жидкостей и газов.

 

3.4 Космическая  энергия

 

Космическая энергетика – получение солнечной энергии на специальных геостанциях спутников Земли с узконаправленной передачей энергии на наземные приемники.

На этих приемниках солнечная  энергия трансформируется в электрическую  и в виде электромагнитного луча сверхвысокой частоты передается на приемные станции на Земле, где преобразуется  в электрическую энергию. Мощность одной орбитальной станции может  составить от 3000 до 15000 МВт.

 

3.5 Морская энергия

 

Морская энергетика базируется на энергии приливов и отливов, морских течений и разности температур в различных слоях морской воды. Иногда к ней относят волновую энергетику.

Неисчерпаемые запасы кинетической энергии морских течений,  накопленные в океанах и морях, можно превращать в механическую и  электрическую  энергию с  помощью  турбин,  погруженных  в  воду   (подобно   ветряным   мельницам, «погруженным» в атмосферу).

Пока морская энергетика малорентабельна из-за разрушающего воздействия на оборудование морской  воды. Приливная энергетика рентабельна  на побережьях морей с исключительно  высокими приливами.

 

3.6 Водородная  энергия

 

Водород, самый простой  и легкий из  всех  химических  элементов,  можно считать идеальным топливом. Он имеется всюду, где есть  вода.  При  сжигании водорода образуется  вода,  которую  можно  снова  разложить  на  водород  и кислород, причем этот процесс не вызывает  никакого  загрязнения  окружающей среды. Таким образом, в будущем водород может быть использован как перспективный и выгодный энергоноситель. Предполагается, что через некоторое время, когда такие ресурсы как природный газ и нефть иссякнут, водород будет широко использоваться в авиации, водном и наземном транспорте, промышленности, сельскохозяйственном производстве. Сжигание водорода не дает вредных выбросов, однако он взрывоопасен.

 

Надо отметить, что многие из вышеперечисленных способов нетрадиционного  получения электрической энергии  мало распространены или не распространены в Республике Беларусь в силу различных причин, основной из которых является географическое положение нашей страны, отсутствия выхода в море и так далее.

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

К традиционным источникам электроэнергии в первую очередь относятся: тепловая, атомная и энергия потока воды. Наиболее распространенным видом электростанций в Беларуси является ТЭС. На ТЭС вырабатывается более 95% энергии в пределах нашей страны. На 2017 год запланирована сдача в эксплуатацию первой белорусской атомной электростанции, мощность которой будет сопоставима только с мощностью Лукомльской ГРЭС, которая на данный момент является мощнейшей электростанцией Беларуси.

На данный момент нетрадиционное получение электроэнергии в Республике Беларусь развито весьма слабо, несмотря на то, что в нашей стране есть определенные условия для развития некоторых его видов.

К сожалению, Республика Беларусь обеспечена собственными топливно-энергетическими  ресурсами  лишь на 16%. Поэтому мне  кажется необходимым и целесообразным развитие нетрадиционной энергетики в  нашей стране, которая базировалась бы на использовании возобновляемых источников энергии доступных в  нашей стране, таких как, к примеру, энергия ветра,  солнечного излучения, гидроэнергия.

Учитывая  результаты существующих прогнозов по истощению к середине – концу следующего столетия запасов нефти, природного газа и других традиционных энергоресурсов, а также сокращение потребления угля, которого, по расчетам, должно хватить на 300 лет, из-за вредных выбросов в атмосферу, а также употребления ядерного топлива, которого при условии интенсивного развития реакторов-размножителей хватит не менее чем на 1000 лет можно считать, что на данном этапе развития науки и техники тепловые, атомные и гидроэлектрические источники будут еще долгое время преобладать над остальными источниками электроэнергии.

 

Список использованных источников:

 

1. Основы энергосбережения: Учебное пособие / Б.И. Врублевский, С.Н. Лебедева, А.Б. Невзорова и др. – Гомель, 2002. – 190 с.

2. В.Г. Пекелис, Г.Г. Камлюк / Ветроэнергетика в Республике Беларусь // Строительство и недвижимость. – 2007.

3. Самойлов М.В. Основы энергосбережения: Учебное пособие / М.В. Самойлов, В.В. Паневчик, А.Н. Ковалев. – Мн.: БГЭУ. – 2004.

4. Т.Г. Поспелова. – Основы энергосбережения. – Мн. 2002.

5. А.А. Андрижиевский, В.И. Володин / Энергосбережение и энергетический менеджмент. – Мн.: 2005.

6. О.В. Свидерская / Основы энергосбережения. – Минск, 2008.