Электростанции: типы и особенности
Выработка электричества распространенным способом происходит в результате преобразования механического усилия: вал генератора приводится в движение, что и создает электрический заряд. На электростанциях устанавливают генераторные установки, производительность которых зависит от параметров вращения и технической конструкции. Принципиально иной способ получения электрозаряда используется в солнечных панелях, которые поглощают световые лучи и преобразуют энергию солнца в напряжение.
Откуда берется электричество?
Электростанции подразделяются по источнику первичной энергии, которая участвует в производстве электроэнергии. Для этой цели человек приспособил природные силы и разработал технологии передачи энергетического потенциала горючих соединений в проводные коммуникации в виде электрического тока. На службу техническому прогрессу призваны: реки, ветер, океанские приливы и отливы, солнечный свет, а также — топливные, невозобновляемые ресурсы.
В крупных промышленных масштабах электричество получают на электростанциях следующих типов:
- гидроэлектростанции (ГРЭС);
- тепловые (ТЭС, в том числе, ТЭЦ — теплоэлектроцентрали);
- атомные (АЭС или АТЭЦ).
Благодаря развитию технологий возрастает количество электростанций, использующих альтернативные источники энергии. К ним относятся приливные, ветровые, солнечные, геотермальные электрогенерирующие объекты. В отдельную категорию можно выделить комплексные автономные решения, состоящие из нескольких газотурбинных или дизельных генераторов, которые объедены для обеспечения высокой производительности.
Автономные электростанции
Генераторные комплексы автономного типа применяют для резервного электроснабжения, а также в ситуациях, когда прокладка высоковольтной ЛЭП затруднена природными условиями и оказывается нерентабельной. Необходимость установки мобильных электростанций возникает рядом с месторождениями полезных ископаемых, на производственных или строительных участках, значительно удаленных от проложенных электросетей.
Выработка электричества генераторными комплексами (производительность) зависит от количества генерирующих модулей, подключенных в единую цепь, и, по сути, ограничена только экономическими издержками. По сравнению с производством электроэнергии в крупных промышленных масштабах на АЭС, ТЭС, ГРЭС стоимость одного «дизельного» или «газотурбинного» мегавата обходится дороже. Поэтому при наличии подходящих условий инженеры-проектировщики и архитекторы производственных предприятий, населенных пунктов, жилых массивов ориентируются на подключение к подаче магистрального напряжения.
Производство электроэнергии в крупных масштабах
В двадцатом веке наибольший процент выработки электрической энергии приходился на ТЭС и ТЭЦ. С развитием атомной энергетики общемировая доля производства электроэнергии на АЭС превысила 10%. Строительство ГРЭС ограничено несколькими природными факторами, и поэтому гидроспособ преобразования используется локально, с привязкой к равнинным рекам. Полностью экологичное электричество или «зеленые мегаватты» — продукция объектов альтернативной выработки, — в 21-ом веке набирает популярность, что связано с заботой об окружающей среде и со стремлением рационально расходовать природные ресурсы.
Тепловые электростанции стали популярными по причине сравнительно небольших затрат для выхода на проектную мощность. Строительство ТЭС не связано с созданием плотин и монтажом ядерных реакторов. Для преобразования энергетического потенциала углеводородов в электроэнергию необходима технологическая система, состоящая из паровых котлов, паропровода и турбогенераторов. Масштабы и схемы могут быть разными, в том числе, в комбинации с теплоцентралью, но основной принцип работы ТЭС неизменен для всех случаев: тепло от сгорания через промежуточное парообразование преобразуется в электрическое напряжение.
Гидроэлектростанции в отличие от тепловых не требуют топлива, удаления твердых отходов (угольные, торфяные, сланцевые ТЭС) и не загрязняют атмосферу продуктами сгорания. Но на широтах с холодными зимами и замерзающими водоемами производительность ГРЭС зависит от сезонных факторов. Затраты, вложенные в строительство плотин, окупаются продолжительное время, а уничтожение пахотных земель в результате затопления требует тщательной оценки того, насколько целесообразно возводить гидротехнические сооружения в определенном регионе.
Атомные электростанции преобразуют энергию ядерного распада в электричество. Тепло от реактора поглощает теплоноситель первичного контура с нагревом через парогенератор воды во втором контурном цикле, откуда пар подается на генераторные турбины — и вращает их. Сложность процесса и опасность, связанная с аварийными ситуациями, ограничивают распространение данного виды выработки. Работа реактора должна контролироваться современными технологиями, а отработанное топливо — утилизироваться с соблюдением защитных мер.
Виды источников энергии и их использование
Люди используют различные виды энергии для всего, от собственных движений до отправки космонавтов в космос.
Существует два типа энергии:
- способность совершить (потенциальная)
- собственно работа (кинетическая)
Поставляется в различных формах:
- тепла (тепловая)
- свет (лучистая)
- движение (кинетическая)
- электрическая
- химическая
- ядерная энергия
- гравитационная
Например пища, которую человек ест содержит химическую и тело человека хранит её пока он или она израсходует как кинетическую во время работы или жизни.
Классификация видов энергии
Люди используют ресурсы разных видов: электричество в своих домах, добываемое путем сжигания угля, ядерной реакции или ГЭС на реке. Таким образом, уголь, ядерная и гидро называются источником. Когда люди заполняют топливный бак бензином источником может быть нефть или даже выращивание и переработка зерна.
Источники энергии делятся на две группы:
- Возобновляемые
- Невозобновляемые
Возобновляемые и невозобновляемые источники можно использовать в качестве первичных для получения пользы, такого как тепло или использовать для производства вторичных энергетических источников, таких, как электричество.
Возобновляемые
Есть пять основных возобновляемых источников энергии:
- Солнечная
- Геотермальное тепло внутри Земли
- Энергия ветра
- Биомасса из растений
- Гидроэнергетика из проточной воды
Биомасса, которая включает древесину, биотопливо и отходы биомассы, является крупнейшим источником возобновляемой энергии, на которую приходится около половины всех возобновляемых и около 5% от общего объема потребления.
Невозобновляемые
Большая часть ресурсов, потребляемых в настоящее время из невозобновляемых источников:
- Нефтепродукты
- Углеводородный сжиженный газ
- Природный газ
- Уголь
- Ядерная энергия
На невозобновляемые виды энергии приходится около 90% всех используемых ресурсов.
Сырая нефть, природный газ и уголь представляют ископаемые виды топлива, поскольку они были сформированы в течение миллионов лет под действием Солнца, тепла от ядра земли и давления почвы на остатки (или окаменелости) из отмерших растений и существ как микроскопическая диатомия. Большинство нефтяных продуктов, потребляемых в мире изготовлены из сырой нефти, но нефтяные жидкости также могут быть сделаны из природного газа и угля.
Ядерная энергетика работает больше на уране, источнике невозобновляемого топлива, чьи атомы делятся (с помощью процесса, называемого ядерным делением) для создания тепла и, в конечном счете, электричества.
Основными пользователями этих запасов являются жилые и коммерческие здания, промышленность, транспорт и электроэнергетика. Характер использования топлива широко варьируется в зависимости от системы применения. Например, нефть обеспечивает 92% топлива, используемого для транспортировки, но обеспечивает лишь около 1% ресурсов, используемых для выработки электроэнергии. Понимание взаимосвязей между различными видами энергии и её использование дает представление о многих важных вопросах энергетики.
Первичная энергия
Первичная энергия как вид включает в себя нефть, природный газ, уголь, ядерная энергия и возобновляемые источники энергии.
Электричество является вторичным источником, который создается с помощью этих первичных форм. Например, уголь является первичным источником, который сжигается на электростанциях для выработки электроэнергии, которая является вторичным источником.
Первичные виды энергии обычно измеряются в различных единицах, например, баррелях нефти, кубометрах газа, тоннах угля. Также используется общая единица измерения британская тепловая единица, или БТЕ, для измерения содержания для каждого типа.
- Измерение
1 Вт = 859.8 кал/час
1 Вт = 3.412 BTU/час
BTU — британская тепловая единица (БТЕ) Россия потребляет квадриллионы БТЕ.
В терминах физических величин, один квадриллион составляет примерно 172 миллиона баррелей нефти, 51 млн. тонн угля или 1 трлн. куб. м газа.
На нефть приходится наибольшая доля в потреблении первичной энергии, затем природный газ, уголь, атомные электростанции и возобновляемые источники энергии (включая гидроэнергию, ветра, биомассы, геотермальные, солнечные).
Как распределяются виды энергии в каждой системе
Различные виды энергии используются в жилых и коммерческих зданиях, на транспорте, в промышленности и электроэнергетике. Электроэнергетическая система является крупнейшим потребителем первичной и используется для выработки электроэнергии. Почти вся электроэнергия используется в зданиях и промышленности. Общее количество электроэнергетической системы, используемой в жилых и коммерческих зданиях, промышленности и транспорте огромное.
Смесь первичных источников широко варьируется в различных системах спроса. Энергетическая политика, призванная повлиять на использование конкретного основного источника с целью повлиять на окружающую среду, экономическую или энергетическую безопасность сосредоточивается на системах, которые являются основными пользователями этого типа энергии. Например, 71% нефти используется в транспортной системе, где она потребляет 92% от общего объема первичного энергопотребления.
Политика по сокращению потребления нефти чаще всего относится к транспортной системе. Эта политика обычно стремится увеличить эффективность автомобильного топлива или поощрять развитие альтернативных видов топлива.
Около 91% угля и только 1% из нефти, используется для выработки электроэнергии, что выявляет стратегию, влияющую на выработку электроэнергии, и имеет гораздо большее значение на использование угля, чем использование нефти.
Некоторые первичные виды энергии, такие как ядерная и угольная, полностью или преимущественно используются для добычи электричества. Другие, такие как природный газ и возобновляемые источники, более равномерно распределены по системам. Аналогичным образом сейчас транспорт почти полностью зависит от одного вида топлива (нефтяного).
Однако электроэнергетика с внедрением новых технологий больше использует различные источники энергии для выработки электричества. Например, идут практические реализации для получения электричества из биомассы.
Изменяется ли потребление топлива с течением времени
Источники потребляемой энергии с течением времени меняются, но изменения происходят медленно. Например, уголь когда-то широко использовался в качестве топлива для отопления домов и коммерческих зданий, однако конкретное использование угля для этих целей сократилось за последние полвека.
Хотя доля возобновляемого топлива от общего потребления первичной энергии еще относительно невелика, его использование растет во всех отраслях. Кроме того, использование природного газа в электроэнергетике возросло в последние годы из-за низких цен на природный газ, в то время как использование угля в этой системе сократилось.
Тема 8. Энергия в промышленном производстве. Основные виды и источники энергии. Вторичные энергетические ресурсы. Концепция полного использования энергетических ресурсов
Возобновимые ресурсы. Их колоссальная энергия непостоянна, распределена на больших пространствах, мало концентрирована, не поддается или плохо поддается контролю.
На планете практически все природные ресурсы производят энергию либо через свое движение, либо через химические реакции, либо другими способами. Наиболее известны следующие виды энергии:
а)энергия воды (пресных, морских, термальных вод);
-для перемещения веществ и живых организмов;
-для формирования поверхностного, подземного и донного рельефа на планете;
-участвует в формировании климата.
б)солнечная энергия практически неисчерпаема, экологически чиста, управляема, в тысячи раз превосходит всю энергию других источников, но малая плотность;
-нагревает поверхность планеты;
-служит источником света;
-участвует в формировании климата.
-для переноса веществ и живых организмов;
-участвует в формировании климата;
-участвует в формировании ландшафта наземной поверхности;
-биомасса — мощный аккумулятор солнечной энергии;
-биомасса – исходный продукт для производства биогаза или жидкого топлива, или биоэнергии.
Сознавая мощь стихий, человек предпочитает бензобак, ружье, электропривод, лазерный луч и др., где энергия сжата, канализована и находится в его полной власти.
С появлением и развитием человеческой цивилизации к использованию природных источников энергии, присоединилось использование энергии полезных ископаемых, то есть внутренних источников биосферы.
В 1978 году ООН было введено понятие «новые и возобновляемые источники энергии», включавшие гидроэнергию, солнечную, геотермальную, ветровую, энергию морских волн, приливов и отливов океана, энергию биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников.
Сейчас человек намного меньше использует возобновимые ресурсы.
Невозобновимые эне ргоресурсы преобладающая масса содержится в рассеянных месторождениях горючих сланцев, концентрация у/в в них меньше 3%. Реальные эксплуатационные запасы в 2-3 раза разведанных.
Доступные запасы нефти и газа на два порядка превышают их современное годовое извлечение, запасы угля – на три порядка.
Разведанных запасов может хватить: подвижная нефть – 65 лет; для газа – 44 года; для угля — 320 лет. Учитывая растущее потребление, реальные значения могут быть значительно меньше.
Источники энергии делятся на первичные и вторичные.
Первичные источники энергии – это источники, энергетический потенциал которых является следствием природных процессов и не зависит от деятельности человека.
Это ископаемые горючие и расщепляющиеся вещества, нагретые до высокой температуры, воды земных недр, Солнце, ветер, энергия вод рек, морей, океанов.
Для химической промышленности среди первичных источноков преобладают газообразное и жидкое топливо.
Первичные источники энергии подразделяются на невозобновляемые и возобновляемые.
Вторичные источники энергии – вещества, обладающие определенным энергетическим потенциалом и являющиеся побочными продуктами деятельности человека. Это отходящие горючие органические вещества, горячие отработанные теплоносители промышленных производств (газ, вода, пар), нагретые вентиляционные выбросы, горячие и находящиеся под давлением технологические потоки.
Энергетическая ценность источников энергии определяется в кВт ч на 1 кг топлива при сжигании:
каменный уголь 8,0
коксовый газ 4,8
природный газ 10,8
Целесообразность применения источников энергии определяется не только их энергетической ценностью, но и запасами, распространенностью в природе, доступностью.
Энергия в промышленности.
В химических производствах протекают разнообразные процессы, связанные с выделением, затратами, превращениями и взаимными переходами энергии.
Энергия затрачивается на подготовку сырья, осуществление химических превращений, выделение продуктов, транспортировку материалов. сжатие газов и т.д.
Потребление разных видов энергии в стоимостном выражении распределяется между процессами химического производства следующим образом:
5-40% в химических реакциях;
30-80% в массообменных процессах;
60-90% в теплообменных процессах
Расход энергии на единицу получаемой продукции – это один из основных показателей эффективности производства (кДж, кВт ч). Единица условного топлива – это 1 кг твердого топлива или 1 м 3 газообразного с теплотой сгорания 29,3 МДж.
Основные виды энергии, применяемые в химических производствах, зависят от характера технологического процесса.
Тепловая энергия может получаться за счет сжигания твердого, жидкого, газообразного топлива в различных устройствах. Она применяется для разнообразных процессов: нагревание. плавление, дистилляция, тепловая десорбция, эндотермические превращения.
В качестве теплоносителей используют топочные газы, водяной пар, горячую воду и другие жидкости (масло, расплавы солей).
Электрическая энергия применяется для проведения электрохимических, электротермических, электромагнитных процессов. Использование электростатических явлений для осаждения пылей и туманов.
В промышленности широко используют превращение электрической энергии в механическую в электроприводах различных машин и механических устройств (дробилки, измельчители, смесители, центрифуги, вентиляторы, насосы, компрессоры).
Световая энергия используется для проведения фотохимических реакций. Превращение световой энергии в электрическую применяют для автоматического контроля и управления ТП.
Для проведения радиационно-химических превращений и ядерно-химических реакций используют соответствующие виды энергии.
Контрольные вопросы для самоподготовки студентов:
1. Энергия в промышленном производстве.
2. Основные виды.
3. Основные источники энергии.
4. Первичные энергетические ресурсы.
5. Вторичные энергетические ресурсы.
6. Основные направления концепция полного использования энергетических ресурсов.
Тема 9. Проблема отходности производства. Основные направления обеспечения экологической безопасности. Экологические концепция минимизации отходов. Экологическая концепция эффективного использования оборудования. Перестраиваемые технологические системы.
Удельный показатель образования отходов.
Под удельным показателем образования отходов потребления понимается количество отходов, образующихся в расчете на единицу потребленной продукции, которое можно собрать в сложившихся условиях производственного и бытового потребления для последующего использования в качестве вторичного сырья или для обезвреживания изахоронения. Например, доля (в %) отработанных моторных масел от общего объема их потребления, которая может быть собрана для переработки.
Под удельным показателем образования отходов потребления можно понимать также образование отходов в расчете на единицу какого-либо условного параметра в процессе потребления и использования продукции. В качестве такого параметра может быть принята единица длины, поверхности, произведенной работы, услуги, и т.д. Например, образование промасленной ветоши в расчете на станок, изделие, автомобиль и т.п.
Контрольные вопросы для самоподготовки студентов:
1. Проблема отходности производства.
2. Основные направления обеспечения экологической безопасности.
3. Экологические концепция минимизации отходов.
4. Экологическая концепция эффективного использования оборудования.
5. Перестраиваемые технологические системы.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ — все самопроизвольные процессы в соответствии со вторым принципом термодинамики идут в направлении уменьшения свободной энергии, т. е. с ее потерей или понижением энергетического уровня природных систем. Поэтому Земля и особенно земная кора, если… … Геологическая энциклопедия
источники энергии, не входящие в энергосистему — (напр. солнечные энергетические установки) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN off grid system … Справочник технического переводчика
Источники энергии возобновляемые вторичные — Вторичные возобновляемые источники энергии: твердые бытовые отходы, тепло промышленных и бытовых стоков, тепло и газ вентиляции. Источник: ГОСТ Р 53905 2010. Национальный стандарт Российской Федерации. Энергосбережение. Термины и определения… … Официальная терминология
РАДИОИЗОТОПНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ — источники энергии, преобразующие выделяющуюся при радиоактивном распаде нуклидов энергию в др. виды энергии (напр., тепловую, электрическую). Мощность Р. и. э. обычно не превышает неск. кВт. Используются в труднодоступных р нах земного шара и в… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Радиоизотопные источники энергии — Один из радиоизотопных генераторов зонда Кассини … Википедия
ГОСТ Р 54100-2010: Нетрадиционные технологии. Возобновляемые источники энергии. Основные положения — Терминология ГОСТ Р 54100 2010: Нетрадиционные технологии. Возобновляемые источники энергии. Основные положения оригинал документа: 3.1.2 возобновляемая энергетика: Область хозяйства, науки и техники, охватывающая производство, передачу,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
возобновляемые (неистощаемые) источники энергии — 3.1.1 возобновляемые (неистощаемые) источники энергии: Источники энергии, образующиеся на основе постоянно существующих или периодически возникающих процессов в природе, а также жизненном цикле растительного и животного мира и жизнедеятельности… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
возобновляемые источники энергии — Означают неископаемые источники энергии (ветер, солнечная энергия, геотермальная, энергия волн, приливы, гидроэнергия, биомасса, газ из органических отходов, газ установок по обработке сточных вод и биогазы) (Директива 2003/54/ЕС). [Англо русский … Справочник технического переводчика
возобновляемые источники энергии — источники непрерывно возобновляемых в биосфере Земли видов энергии солнечной, ветровой, океанической, гидроэнергии рек. Возобновляемые источники энергии являются экологически чистыми; они также не приводят к дополнительному нагреву планеты… … Энциклопедический словарь
возобновляемые источники энергии — 4.1.18 возобновляемые источники энергии (renewable energy sources): Возобновляемые неископаемые источники энергии: ветер, солнечный свет, геотермальная энергия, волны, приливы, энергия рек, биомасса, биогаз, газ из захоронений мусора, газ от… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации