Otvorena biblioteka - otvorena biblioteka obrazovnih informacija. Tradicionalna energija
MINISTARSTVO PROSVETE REPUBLIKE BELORUSIJE
EE "BELORUSSKI DRŽAVNI EKONOMSKI UNIVERZITET"
Katedra za GP tehnologiju
SAŽETAK
po disciplini: Osnove uštede energije
na temu: Primarna energetska klasifikacija
FMk, 3. godina, RMP-1 Ya.O. Gamlinskaya
Provjeren P.G. Dobryan
1. Klasifikacija primarne energije
Primarna energija je oblik energije u prirodi koji nije bio podvrgnut procesu vještačke transformacije. Primarna energija se može dobiti iz neobnovljivih izvora<#"justify">Energija direktno izvučena iz prirode (energija goriva, vode, vetra, toplotna energija Zemlje, nuklearna), a koja se može pretvoriti u električnu, toplotnu, mehaničku, hemijsku naziva se primarni. U skladu sa klasifikacijom energetskih resursa na osnovu iscrpljivosti, može se klasifikovati i primarna energija. Slika 1 prikazuje šemu klasifikacije za primarnu energiju.
Fig.1. Primarna energetska klasifikacija
Prilikom klasifikacije primarne energije razlikuju se tradicionalno I netradicionalno vrste energije. Tradicionalne vrste energije uključuju one koje su ljudi naširoko koristili dugi niz godina. Netradicionalne vrste energije uključuju one koje su se počele koristiti relativno nedavno.
Tradicionalne vrste primarne energije uključuju: organsko gorivo (ugalj, nafta, itd.), riječne hidroenergije i nuklearno gorivo (uranijum, torijum, itd.).
Energija koju osoba primi nakon konverzije primarne energije u posebnim instalacijama - stanicama, naziva se sekundarnim (električna energija, energija pare, topla voda, itd.).
2. Tradicionalna energija i njene karakteristike
Tradicionalna energija se uglavnom deli na električnu i toplotnu energiju.
Najprikladnija vrsta energije je električna, koja se može smatrati osnovom civilizacije. Pretvaranje primarne energije u električnu energiju vrši se u elektranama: termoelektranama, hidroelektranama, nuklearnim elektranama.
Proizvodnja energije potrebne vrste i njeno snabdevanje potrošačima nastaje u procesu proizvodnje energije, koji se može podijeliti u pet faza:
Dobijanje i koncentrisanje energetskih resursa.
Prijenos energetskih resursa u postrojenja za konverziju energije.
Pretvaranje primarne energije u sekundarnu energiju.
Prijenos i distribucija pretvorene energije.
Potrošnja energije, koja se provodi kako u obliku u kojem se isporučuje potrošaču, tako iu pretvorenom obliku.
Potrošači energije su: industrija, saobraćaj, poljoprivreda, stambeno-komunalne usluge, potrošačke usluge i usluge.
Ako se ukupna energija utrošenih primarnih energetskih resursa uzme za 100%, tada će korisno iskorištena energija biti samo 35-40%, ostatak se gubi, najveći dio u obliku topline.
3. Netradicionalna energija i njene karakteristike
Glavni faktor rasta proizvodnje energije je rast stanovništva i napredak u kvaliteti života društva, što je usko povezano sa potrošnjom energije po stanovniku. Sada postoji 2 kW za svakog stanovnika Zemlje, a priznati standard kvaliteta je 10 kW (u razvijenim zemljama). Dakle, razvoj energije zasnovan na neobnovljivim resursima postavlja striktno ograničenje na populaciju planete. Međutim, za 75 godina svjetska populacija može dostići 20 milijardi ljudi. To pokazuje da sada treba razmišljati o smanjenju stope rasta stanovništva za otprilike polovicu, za šta civilizacija uopće nije spremna. Predstojeća energetska i demografska kriza je očigledna. Ovo je još jedan uvjerljiv argument u korist razvoja netradicionalne energije.
Mnogi energetski stručnjaci smatraju da je jedini način za prevazilaženje krize masovno korištenje obnovljivih izvora energije: sunčeve, vjetra, oceana ili kako ih još nazivaju netradicionalnih. Istina, vjetrenjače i vodenice poznate su od pamtivijeka i u tom smislu su najtradicionalnije.
Upotreba tradicionalnih energetskih resursa, pored apsorpcije kiseonika, dovodi do značajnog zagađenja životne sredine. Ograničena dostupnost energetskih resursa, uticaj njihovog korišćenja na sastav atmosferskog vazduha i drugi negativni uticaji na životnu sredinu (nastanak otpada, narušavanje zemljine kore, klimatske promene) izazivaju sve veći interes širom sveta za netradicionalnu energiju. izvori, koji uključuju: solarnu energiju; energija vjetra; geotermalna energija; energija okeana i mora u obliku akumulirane topline, morskih struja, morskih valova, oseka i tokova, korištenje algi, poljoprivrednog i komunalnog otpada, biomase.
Ekonomsko poređenje elektrana različitih tipova (na 1991godine) prikazan je u tabeli 3.1.
Tabela 3.1
Ekonomsko poređenje različitih tipova elektrana
Vrsta elektrane Troškovi izgradnje, USD/kW Cijena proizvedene energije, cent/kW h Termoelektrana na ugalj 1000 - 14005,2 - 6,3 Nuklearna elektrana 2000 - 35003,6 - 4,5 Hidroelektrana 1000 - 25000 Vjetroelektrana 1000 - 25002. - 10004.7 - 7.2 Plimska elektrana ) 1000 - 35005 - 9WaveOd 13000od 15Solar (SES) Od 14000od 20
Izgradnja elektrana sa specifičnim kapitalnim troškovima do 2000 USD/kW smatra se ekonomski izvodljivom.
Specifični kapaciteti netradicionalnih obnovljivih izvora energije (NRES) za poređenje i poređenje sa tradicionalnim izvorima prikazani su u tabeli 3.2.
Tabela 3.2
Specifični kapaciteti netradicionalnih obnovljivih izvora energije
Izvorna snaga, W/m 2Bilješka Sunce100 - 250Vjetar1500 - 5000Brzinom od 8-12 m/s, možda i više u zavisnosti od brzine vjetra Geotermalna toplina0.06Vjetar oceanski valovi3000 W/linear. mMože doseći 10000 W/linearno. mZa poređenje: motor sa unutrašnjim sagorevanjem Turbomlazni motor Nuklearni reaktor Oko 100 kW/l Do 1 MW/l Do 1 MW/l
Govoreći o neobnovljivim izvorima energije, također treba napomenuti da mnogi od njih zahtijevaju potrošnju prirodnih izvora energije po jedinici proizvedene električne energije i osiguravaju rad (tabela 3.3).
Tabela 3.3
Energetski zahtjevi za proizvodnju električne energije korištenjem obnovljivih izvora
Vrsta elektrane Potrošnja energije iz prirodnog izvora po jedinici proizvedene električne energije, rel. jedinice Instalacija na biomasu0.82 - 1.13GeoTES0.08 - 0.37HPP male snage velike snage0.03 - 0.12 0.09 - 0.39Solarna fotonaponska instalacija: zemaljski satelit 0.47 0.11 - 0.48Solarna termo instalacija (ogledala .2 Ti 0.0 dal 0.0 dal 0.0) 06 - 1,92 Talasna stanica 0,3 - 0,58
Snaga vjetra.Energija vjetra - ovo je primanje mehaničke energije od vjetra i njeno naknadno pretvaranje u električnu energiju. Postoje vjetromotori s vertikalnom i horizontalnom osom rotacije. Energija vjetra može se uspješno koristiti pri brzinama vjetra od 5 m/s ili više. Loša strana je buka.
Vodič za određivanje tehničkog potencijala Republike Bjelorusije mogu biti zvanične procjene mogućeg udjela energije vjetra u trenutnoj strukturi potrošnje električne energije u zemljama poput Velike Britanije i Njemačke. Udio energije vjetra u ovim zemljama procjenjuje se na 20%.
Potencijal energije vjetra u svijetu je ogroman. U teoriji, ova energija bi mogla zadovoljiti sve potrebe Evrope. Nedavni inženjerski napredak u konstrukciji vjetrogeneratora koji mogu raditi pri malim brzinama čini korištenje vjetra ekonomski izvodljivim. Međutim, ograničenja izgradnje vjetroelektrana, posebno u gusto naseljenim područjima, značajno smanjuju potencijal ovog izvora energije.
Troškovi energije vjetra smanjuju se za 15% godišnje i čak i danas mogu konkurirati na tržištu, a što je najvažnije, imaju izglede za daljnje smanjenje, za razliku od cijene energije dobivene iz nuklearnih elektrana (posljednja se povećava za 5 % u godini); Istovremeno, stopa rasta energije vjetra trenutno prelazi 25% godišnje. Upotreba energije vjetra u raznim zemljama uzima sve više maha, što potvrđuje tabela 3.4.
Solarna energija - primaju energiju od Sunca. Postoji nekoliko dostupnih tehnologija za solarnu energiju. Fotoelektrični generatori za direktnu konverziju energije sunčevog zračenja, sastavljeni od velikog broja serijski i paralelno povezanih elemenata, nazivaju se solarni paneli .
Tabela 3.4
Razvoj energije vjetra u zemljama
Država Kapacitet vjetroelektrana puštenih u rad 1995. godine, MW Ukupni radni kapacitet vjetroelektrana od 1996. godine, MWNjemačka5001132Indija375576Danska98637Holandija95219Španija58133SAD531654Švedska29469ta3011654Švedska294691310131 894897
Proizvodnja električne energije iz sunčevih zraka ne proizvodi štetne emisije u atmosferu, a proizvodnja standardnih silikonskih solarnih panela također uzrokuje malu štetu. No, proizvodnja višeslojnih ćelija velikih razmjera korištenjem egzotičnih materijala kao što su galij arsenid ili kadmijum sulfid je praćena štetnim emisijama.
Solarni paneli zauzimaju puno prostora. Međutim, u poređenju sa drugim izvorima, kao što je ugalj, oni su sasvim prihvatljivi. Štaviše, solarni paneli se mogu postaviti na krovove kuća, duž autoputeva, a mogu se koristiti i u pustinjama bogatim suncem.
Karakteristike solarnih panela omogućavaju im da se nalaze na znatnoj udaljenosti, a modularne strukture mogu se lako transportovati i instalirati na drugoj lokaciji. Stoga solarni paneli koji se koriste u ruralnim i udaljenim područjima daju jeftiniju električnu energiju. I, naravno, ima više sunčevih zraka širom svijeta nego drugih izvora energije.
Glavni razlog koji koči upotrebu solarnih panela je njihova visoka cijena, koja će se vjerovatno smanjiti u budućnosti zbog razvoja efikasnijih i jeftinijih tehnologija. Kada se cijena proizvodnje solarne energije izjednači sa cijenom energije iz sagorijevanja goriva, ona će postati još raširenija, a od početka 90-ih godina. stopa rasta solarne energije je 6% godišnje, dok globalna potrošnja nafte raste za 1,5% godišnje.
U Velikoj Britaniji, ruralni stanovnici pokrivaju 40-50% svojih potreba za toplotnom energijom koristeći solarnu energiju.
U Njemačkoj (blizu Düsseldorfa) testirana je solarna instalacija za grijanje vode sa površinom kolektora od 65 m 2. Rad instalacije pokazao je da je prosječna ušteda u toplini utrošenoj na grijanje iznosila 60%, a ljeti - 80-90%. Za nemačke uslove, četvoročlana porodica može sebi da obezbedi grejanje ako ima energetski krov površine 6-9 m2 .
Moderni solarni kolektori mogu zadovoljiti potrebe poljoprivrede za toplom vodom ljeti za 90%, u prelaznom periodu - za 55-65%, zimi - za 30%.
Najveća ukupna površina postavljenih solarnih kolektora je u: SAD - 10 miliona m 2, Japan - 8 miliona m 2, Izrael - 1,7 miliona m 2, Australija - 1,2 miliona m 2. Trenutno 1 m 2Solarni kolektor proizvodi električnu energiju:
· 4,86-6,48 kW dnevno;
· 1070-1426 kWh godišnje.
Zagreva vodu dnevno:
·420-360 l (na 30°C);
·210-280 l (na 40°C);
·130-175 l (na 50°C);
·90-120 l (na 60°C).
Godišnje uštede:
· struja - 1070-1426 kWh;
· standardno gorivo - 0,14-0,19 tona;
· prirodni gas - 110-145 nm3 ;
· ugalj - 0,18-0,24 tone;
· drvno gorivo - 0,95-1,26 tona.
Površina solarnih kolektora je 2-6 miliona m2 2osigurava proizvodnju 3,2-8,6 milijardi kWh energije i uštedi 0,42-1,14 miliona tona ekvivalenta goriva. t godišnje.
Bioenergija - To je energija zasnovana na korištenju biogoriva. Uključuje korištenje biljnog otpada, vještački uzgoj biomase (alge, brzorastuće drveće) i proizvodnju bioplina. Biogas je mješavina zapaljivih plinova (približan sastav: metan - 55-65%, ugljični dioksid - 35-45%, primjesa azota, vodonika, kiseonika i vodonik sulfida), koji nastaje tokom biološke razgradnje biomase ili organskog kućnog otpada.
Biomasa - najjeftiniji i najveći oblik skladištenja obnovljive energije. Izraz "biomasa" odnosi se na sve materijale biološkog porijekla, otpadne proizvode i otpad organskog porijekla. Biomasa će biti na Zemlji sve dok na njoj postoji život. Godišnji porast organske materije na Zemlji je ekvivalentan proizvodnji količine energije koja je deset puta veća od godišnje potrošnje energije čitavog čovječanstva u sadašnjoj fazi.
Izvori biomase karakteristični za našu Republiku mogu se podijeliti u nekoliko glavnih grupa:
Proizvodi prirodne vegetacije (drvo, drveni otpad, treset, lišće, itd.).
Ljudski otpad, uključujući proizvodne aktivnosti (čvrsti kućni otpad, industrijski otpad, itd.).
Poljoprivredni otpad (stajnjak, pileći izmet, stabljike, vrhovi itd.).
Posebno uzgajane visokoprinosne kulture i biljke.
Prerada biomase u gorivo odvija se u tri pravca.
prvo:biokonverzija, odnosno razgradnja organskih supstanci biljnog ili životinjskog porijekla u anaerobnim (bez zraka) uvjetima od strane posebnih vrsta bakterija uz stvaranje plinovitog goriva (biogas) i/ili tekućeg goriva (etanol, butanol itd.).
Sekunda:termohemijska konverzija (piroliza, gasifikacija, brza piroliza, sinteza) čvrstih organskih materija (drvo, treset, ugalj) u „sintetski gas“, metanol, veštački benzin, drveni ugalj.
Treće:sagorevanje otpada u kotlovima i pećima posebne izvedbe. Širom svijeta stotine miliona tona takvog otpada spaljuju se uz energetsku obnovu. Prešani briketi od papira, kartona, drveta i polimera uporedivi su po toplotnoj vrednosti sa mrkim ugljem.
Mala hidroelektrana.Trenutno ne postoje priznati jedinstveni kriteriji za razvrstavanje hidroelektrana u male hidroelektrane. U našoj zemlji je uobičajeno da se razmatraju male hidroelektrane kapaciteta od 0,1 do 30 MW, dok su uvedena ograničenja na prečnik rotora hidrauličke turbine na 2 m i na jediničnu snagu hidrauličke jedinice - na 10 MW. HE sa instaliranim kapacitetom manjim od 0,1 MW klasifikuju se kao mikro-HE.
Mala hidroelektrana u svijetu trenutno doživljava treći krug u istoriji svog razvoja.
primarna energija gorivo toplotno
4. Druge vrste netradicionalne energije
Geotermalna energija - dobijanje energije iz unutrašnje toplote Zemlje. Pravi se razlika između prirodne i vještačke geotermalne energije – iz prirodnih termalnih izvora i od ubrizgavanja vode, drugih tekućina ili plinovitih tvari u utrobu Zemlje („suha“ i „vlažna“ geotermalna energija). Ova vrsta energije se široko koristi za kućne potrebe i grijanje staklenika.
Svemirska energija - dobijanje solarne energije na specijalnim geostacionarnim satelitima Zemlje sa visoko ciljanim prenosom energije na zemaljske prijemnike.
Na ovim satelitima solarna energija se pretvara u električnu energiju i u obliku ultravisoke frekvencije elektromagnetnog snopa prenosi do prijemnih stanica na Zemlji, gdje se pretvara u električnu energiju.
Morska energijazasniva se na energiji plime i oseke (elektrana Kislogubskaya na poluostrvu Kola), morskih struja i temperaturnih razlika u različitim slojevima morske vode. Ponekad se naziva energija talasa. Do sada je pomorska energija neisplativa zbog destruktivnog djelovanja morske vode na opremu.
Energija niske temperature - dobivanje energije korištenjem niskotemperaturne topline Zemlje, vode i zraka, odnosno razlike u temperaturama njihovih različitih slojeva.
"Hladna" energija - metode za dobijanje energetskih resursa fizičkim i hemijskim procesima koji se odvijaju na niskim temperaturama i sličnim onima koji se dešavaju u biljkama.
Kontrolisana termonuklearna reakcija.Fizičari rade na ovladavanju kontroliranom termonuklearnom reakcijom fuzije jezgri teškog vodonika kako bi se formirao helijum. Ova kombinacija oslobađa ogromnu količinu energije, mnogo više od fisije jezgri urana.
Dokazano je da se najveći dio energije Sunca i zvijezda oslobađa upravo pri sintezi svjetlosnih elemenata. Ako se može postići kontrolirana reakcija fuzije, pojavit će se neograničen izvor energije.
Vrlo su obećavajuće elektrane koje pretvaraju jednu vrstu energije u drugu nekonvencionalnim metodama visoke efikasnosti.
Veliko interesovanje se poklanja direktnom pretvaranju hemijske energije iz organskih goriva u električnu energiju – stvaranju gorivne ćelije. niska temperatura ( t=150°C) gorivne ćelije sa tečnim elektrolitom (koncentrovani rastvori sumporne ili fosforne kiseline i alkalija KOH). Gorivo u elementima je vodonik, a oksidant je kiseonik iz vazduha.
U toku je rad na stvaranju energetskih postrojenja koja koriste energiju gravitacije, vakuuma i niske temperature okoline za zagrijavanje prostorija po principu toplinske pumpe („frižider u rikverc”, čiji je zamrzivač postavljen van).
Tutoring
Trebate pomoć u proučavanju teme?
Naši stručnjaci će savjetovati ili pružiti usluge podučavanja o temama koje vas zanimaju.
Pošaljite svoju prijavu naznačivši temu upravo sada kako biste saznali o mogućnosti dobivanja konsultacija.
Tradicionalna energija se uglavnom deli na električnu i toplotnu energiju.
Najprikladnija vrsta energije je električna, koja se može smatrati osnovom civilizacije. Konverzija trake
primarna energija u električnu energiju proizvodi se u elektranama: termoelektranama, hidroelektranama, nuklearnim elektranama.
Otprilike 70% električne energije proizvodi se u termoelektranama. Dijele se na kondenzacijske termoelektrane (CHP) koje proizvode samo električnu energiju i kombinirane toplinske i elektrane (CHP) koje proizvode električnu i toplinsku energiju.
Rice. 2.2. Šematski dijagram termoelektrane: SG - generator pare; T - turbina; G - generator;
I - cirkulaciona pumpa; K - kondenzator
U kotlu generatora pare, kada se gorivo sagorijeva, oslobađa se toplinska energija koja se pretvara u energiju vodene pare. U turbini T energija vodene pare se pretvara u mehaničku energiju rotacije. Generator G pretvara mehaničku rotaciju u električnu energiju. CHP shema se razlikuje po tome što, osim električne energije, proizvodi i toplinsku energiju uklanjanjem dijela pare i korištenjem za zagrijavanje vode koja se dovodi u grijanje.
Postoje termoelektrane sa gasnoturbinskim jedinicama. Radni fluid u njima je gas sa vazduhom. Gas se oslobađa prilikom sagorijevanja organskog goriva i miješa se sa zagrijanim zrakom. Smjesa plina i zraka na 750-770 °C se dovodi u turbinu, koja rotira generator. Termoelektrane sa gasnoturbinskim jedinicama su upravljivije, lako se startuju, zaustavljaju i podešavaju. Ali njihova snaga je 5-8 puta manja od parnih.
Proces proizvodnje električne energije u termoelektranama može se podijeliti u tri ciklusa: hemijski - proces sagorijevanja, uslijed kojeg se toplina prenosi na paru; mehanička - toplinska energija pare se pretvara u rotaciju; električna - mehanička energija se pretvara u električnu energiju.
Ukupna efikasnost termoelektrane sastoji se od proizvoda efikasnosti (ti) ciklusa:
Ltes Lh"Lm"Le. Lx ~ Pe ~ 90%.
Efikasnost idealnog mehaničkog ciklusa određena je takozvanim Carnotovim ciklusom:
Gdje su Ti i T2 ■ temperatura pare na ulazu i izlazu parne turbine. Kod savremenih termoelektrana Tt = 550 °C (823 °K), T2 = 23 °C (296 °K).
823-296 1LP0/ __0/ Lm = -- 100% = 63%.
G)tes = 0,9 0,63 0,9 = 0,5%.
Praktično uzimajući u obzir gubitke g|ts = 36-39%. Zbog potpunijeg korišćenja toplotne energije, efikasnost termoelektrane = 60-65%.
Nuklearna elektrana se razlikuje od termoelektrane po tome što je zamijenjena nuklearnim reaktorom. Toplina nuklearne reakcije koristi se za proizvodnju pare (slika 2.3).
Rice. 2.3. Šematski dijagram nuklearne elektrane: 1 - reaktor; 2 - generator pare; 3 - turbina; 4 - generator; 5 - transformator; 6 - dalekovodi
Primarna energija u nuklearnoj elektrani je unutrašnja nuklearna energija, koja se prilikom nuklearne fisije oslobađa u obliku kolosalne kinetičke energije, koja zauzvrat premašuje
rotira u termičku. Instalacija u kojoj se te transformacije odvijaju naziva se reaktor.
Kroz jezgro reaktora prolazi rashladna tvar koja služi za odvođenje topline (voda, inertni plinovi, itd.). Rashladno sredstvo prenosi toplinu u generator pare, dajući je vodi. Nastala vodena para ulazi u turbinu. Snaga reaktora se reguliše pomoću posebnih šipki. Oni se unose u jezgro i mijenjaju tok neutrona, a time i intenzitet nuklearne reakcije.
Prirodno nuklearno gorivo nuklearne elektrane je uranijum. Za biološku zaštitu od zračenja koristi se sloj betona debljine nekoliko metara.
Sagorevanjem 1 kg uglja može se dobiti 8 kWh električne energije, a kada se potroši 1 kg nuklearnog goriva proizvede se 23 miliona kWh električne energije.
Više od 2000 godina čovječanstvo koristi energiju vode Zemlje. Sada se energija vode koristi u tri vrste hidroelektrana (HE): 1) hidraulične elektrane (HE); 2) plimne elektrane (TE), koje koriste energiju oseke i oseke mora i okeana; 3) crpne akumulacijske elektrane (PSPP), koje akumuliraju i koriste energiju akumulacija i jezera.
Hidroenergetski resursi u turbini elektrane pretvaraju se u mehaničku energiju, koja se u generatoru pretvara u električnu energiju.
Dakle, glavni izvori energije su čvrsto gorivo, nafta, gas, voda i energija raspada jezgara uranijuma i drugih radioaktivnih supstanci.
Stranica 1
Tradicionalna energija je skup tehničkih uređaja koji koriste tehnološki dobro razvijene izvore energije i metode za pretvaranje primljene energije iz njih, prvenstveno električne.
Dajući dan tradicionalnoj energiji – uglju, gasu, nafti i termonuklearnoj (kojima smo već blizu savladavanja), akcenat se mora staviti na ekološki prihvatljive tehnologije koje štede energiju i obnovljive izvore – Sunce, vetar, vodene elemente.
Alternativni izvori energije, Tradicionalna energija, Energija životne sredine.
Dodajmo ovome zastarjelu opremu tradicionalne energije, nedostatak potrebne fleksibilnosti i mobilnosti u opskrbi energijom dinamičnog naftnog i plinskog poslovanja, niske ekološke performanse i ne uvijek kvalitetnu električnu energiju. Sve to zajedno tjera naftne i plinske kompanije da traže alternativu i pronađu je u stvaranju vlastitih lokalnih izvora energije.
Istovremeno, veliku zabrinutost izazivaju nesreće u tradicionalnoj energetici, u pogonima gorivog ciklusa (od vađenja sirovina do upravljanja otpadom), kao iu pogonima hemijske tehnologije.
U posljednje vrijeme, zbog poteškoća u financiranju velikih tradicionalnih energetskih objekata, povećan je broj narudžbi za mala i srednja plinskoturbinska kogeneracijska postrojenja. Podaci prikazani u tabeli odnose se samo na gasnoturbinski dio elektrane.
Želja za rješavanjem ovih i drugih problema uočena je gotovo od početka formiranja tradicionalne energije. Ova želja se ostvaruje, prvo, u potrazi za drugim primarnim izvorima energije i, drugo, u razvoju drugih metoda za pretvaranje energije primarnih izvora u električnu energiju. Često su oba ova pravca kombinovana.
Savremena netradicionalna energija je rezerva koja daje povoda za nadu da će se prethodno navedeni problemi tradicionalne energetike moći riješiti u dogledno vrijeme i da će se razvoj energetike nastaviti uz maksimalnu korist za čovječanstvo.
Godišnje naknade za amortizaciju za nuklearne elektrane obračunavaju se, kao i za termoelektrane, prema amortizacionim stopama koje su jedinstvene za elemente osnovnih sredstava sličnih konstrukciji, funkcionalnosti i uslova rada. Uz to, nuklearne elektrane koriste uređaje koji nemaju analoga u tradicionalnoj energiji. Za njih, kako se stječu radno iskustvo, treba pojasniti vijek trajanja i stope amortizacije. Standardi amortizacije za nuklearne elektrane treba da odražavaju posebne uslove za velike popravke opreme. Zbog visoke radioaktivnosti neke opreme i elemenata, njihova popravka je ili nemoguća (ne popravljaju se, već se zamjenjuju novim), ili je povezana sa posebnim skupim mjerama. U skladu s tim, standardi amortizacije za nuklearne elektrane trebali bi povećati komponentu renoviranja HP-a dok bi smanjili komponentu za velike popravke i modernizaciju NK-R.
Nuklearna energija je, u slučaju nesmetanog rada, još ekološki prihvatljivija, ali i zagađuje zrak otrovnim tvarima poput radioaktivnog joda, radioaktivnih inertnih plinova i aerosola. Istovremeno, nuklearne elektrane predstavljaju znatno veću potencijalnu opasnost u odnosu na tradicionalna energetska preduzeća.
Zbirka obuhvata radove o istraživanjima u oblasti termofizike ekstremnih stanja i fizike velikih gustoća energije. Razni modeli jednadžbi stanja materije u ekstremnim uslovima, neki problemi u fizici udarnih i detonacionih talasa, metode za generisanje intenzivnih impulsnih energetskih tokova, efekti interakcije snažnih jonskih i elektronskih snopova, lasera, rendgenskih i mikrotalasnih zračenje materijom, eksperimentalne metode za dijagnostiku brzih procesa, fizička plazma niskih temperatura, problemi kontrolisane termonuklearne fuzije i tradicionalne energije, kao i različiti tehnološki aspekti. Publikacija je namijenjena stručnjacima iz oblasti fizičko-tehničkih problema energetike.
Sigurnost sadašnje generacije reaktora osigurava se povećanjem broja različitih sigurnosnih sistema i sistema za ograničavanje oslobađanja aktivnosti, te pooštravanjem zahtjeva za opremu i osoblje. Kao rezultat toga, nuklearne elektrane postaju složenije i stoga skuplje. Nuklearna energija je blizu svog ekonomski ograničavajućeg nivoa: dalje širenje sigurnosnih sistema dovodi do smanjenja postojeće konkurentnosti nuklearne energije u odnosu na tradicionalnu energiju.
Tehnički uređaji koji čine tradicionalnu energiju su, prvo, termoelektrane (TE) koje rade na mineralna – čvrsta, tečna i gasovita organska goriva (ugalj, nafta, gas itd.); nuklearne elektrane (NPP) koje rade na nuklearna goriva (uranijum, plutonijum) dobijena iz sirovih minerala; hidraulične elektrane (HE) koje koriste obnovljive izvore hidraulične energije. Ove elektrane su osnovne u modernoj energetici, čineći takozvanu veliku energiju. Njihove karakteristične karakteristike: značajna jedinična snaga, rad u općoj električnoj mreži (moguć je i rad u mreži grijanja), jedinstveni standard za kvalitet proizvedene električne energije. Drugo, tradicionalna energija uključuje autonomne plinske turbine, dizelske i druge instalacije koje koriste fosilna organska goriva, te autonomne hidraulične instalacije. Ove instalacije predstavljaju malu energiju.
U zavisnosti od vrste primarne energije, razlikuju se termoelektrane (TE), hidroelektrane (HE), nuklearne elektrane (NE) itd. TE uključuju kondenzacione elektrane (CHP) i daljinsko grejanje ili kombinovane toplotne i elektrane. (CHP).
Elektrane koje opslužuju velika i stambena područja nazivaju se državne područne elektrane (GRES). U pravilu uključuju kondenzacijske elektrane koje koriste fosilna goriva i ne proizvode toplinsku energiju. CHP elektrane također rade na fosilna goriva, ali, za razliku od CPP, proizvode i električnu i toplinsku energiju u obliku pregrijane vode i pare. Nuklearne elektrane, pretežno kondenzacionog tipa, koriste energiju nuklearnog goriva. U termoelektranama, termoelektranama i državnim daljinskim elektranama potencijalna hemijska energija organskog goriva (uglja, nafte ili gasa) pretvara se u toplotnu energiju vodene pare, koja se, zauzvrat, pretvara u električnu energiju. Tako se proizvodi oko 80% svjetske energije, od čega se najveći dio pretvara u električnu energiju u termoelektranama. Nuklearne i možda u budućnosti fuzijske elektrane su također termoelektrane. Razlika je u tome što je peć parnog kotla zamijenjena nuklearnim ili termonuklearnim reaktorom.
Hidraulične elektrane (HE) koriste obnovljivu energiju toka padajuće vode, koja se pretvara u električnu energiju.
Termoelektrane, hidroelektrane i nuklearne elektrane glavni su izvori energije, čiji razvoj i stanje određuju nivo i mogućnosti savremene svjetske energetike i energetike posebno u Ukrajini. Ove vrste elektrana nazivaju se i turbinskim elektranama.
Jedna od glavnih karakteristika elektrana je instalisana snaga, jednaka zbiru nazivnih kapaciteta elektrogeneratora i opreme za grijanje.
Nazivna snaga je najveća snaga pri kojoj oprema može raditi dugo vremena u skladu sa tehničkim uslovima.
Od svih vrsta proizvodnje energije, termoenergetika je dobila najveći razvoj u Ukrajini, kao što je proizvodnja energije parnih turbina na organsko gorivo. Specifična kapitalna ulaganja za izgradnju termoelektrana znatno su niža nego za hidroelektrane i nuklearne elektrane. Vrijeme izgradnje termoelektrana je također značajno kraće. Što se tiče cijene proizvedene električne energije, ona je najniža za hidroelektrane. Troškovi proizvodnje električne energije u termoelektranama i nuklearnim elektranama ne razlikuju se značajno, ali su ipak niži za nuklearne elektrane. Međutim, ovi pokazatelji nisu odlučujući za izbor jedne ili druge vrste elektrane. Mnogo ovisi o lokaciji stanice. Hidroelektrana se gradi na rijeci, termoelektrana se obično nalazi u blizini mjesta vađenja goriva. Preporučljivo je imati termoelektranu u blizini potrošača toplotne energije. Nuklearne elektrane se ne mogu graditi u blizini naseljenih mjesta. Dakle, izbor tipa stanica u velikoj mjeri ovisi o njihovoj namjeni i predviđenoj lokaciji. Poslednjih decenija na cenu proizvodnje energije, izbor tipa elektrane i njene lokacije presudno su uticali ekološki problemi vezani za proizvodnju i korišćenje energetskih resursa.
Uzimajući u obzir specifičnu lokaciju termoelektrana, hidroelektrana i nuklearnih elektrana, utvrđuje se lokacija elektrana i uvjeti za njihov budući rad: položaj stanica u odnosu na centre potrošnje, što je posebno važno za termoelektrane. elektrane; glavni tip energetskog resursa na kojem će stanica raditi i uslovi za njegovo snabdijevanje stanice; uslovi vodosnabdijevanja stanice, koji su od posebnog značaja za CPP i nuklearne elektrane. Jednako važna je i blizina stanice željeznicama i drugim transportnim pravcima, te naseljenim mjestima.
Sve postojeće oblasti energetike mogu se podijeliti na zrele, razvojne i one u fazi teorijskog proučavanja. Neke tehnologije su dostupne za implementaciju čak iu privatnoj privredi, dok se druge mogu koristiti samo u okviru industrijske podrške. Savremene vrste energije mogu se posmatrati i procjenjivati iz različitih perspektiva, ali su univerzalni kriteriji ekonomske izvodljivosti i efikasnosti proizvodnje od fundamentalnog značaja. Na mnogo načina, koncepti korištenja tradicionalnih i alternativnih tehnologija proizvodnje energije danas se razlikuju na osnovu ovih parametara.
Tradicionalna energija
Ovo je širok sloj zrelih industrija toplinske i električne energije, koji osiguravaju oko 95% globalnih potrošača energije. Resurs se proizvodi na posebnim stanicama - to su termoelektrane, hidroelektrane, nuklearne elektrane itd. Oni rade sa gotovom sirovinskom bazom, pri čijoj preradi se proizvodi ciljna energija. Razlikuju se sljedeće faze proizvodnje energije:
- Proizvodnja, priprema i isporuka sirovina u postrojenje za proizvodnju jedne ili druge vrste energije. To mogu biti procesi ekstrakcije i obogaćivanja goriva, sagorijevanja naftnih derivata itd.
- Prijenos sirovina u jedinice i jedinice koje direktno pretvaraju energiju.
- Procesi od primarnog ka sekundarnom. Ovi ciklusi nisu prisutni na svim stanicama, ali, na primjer, radi pogodnosti isporuke i naknadne distribucije energije, mogu se koristiti različiti oblici energije - uglavnom toplina i električna energija.
- Održavanje gotove pretvorene energije, njen prijenos i distribucija.
U završnoj fazi, resurs se šalje krajnjim potrošačima, koji mogu biti i sektori nacionalne ekonomije i obični vlasnici kuća.
Termoenergetika
Najrasprostranjeniji energetski sektor u zemlji proizvodi više od 1000 MW, koristeći ugalj, gas, naftne derivate, nalazišta škriljaca i treset kao prerađene sirovine. Generirana primarna energija se dalje pretvara u električnu energiju. Tehnološki, takve stanice imaju puno prednosti, koje određuju njihovu popularnost. To uključuje nezahtjevne uvjete rada i lakoću tehničke organizacije procesa rada.
Termoenergetski objekti u vidu kondenzacionih konstrukcija i kombinovanih termoelektrana mogu se graditi direktno u prostorima gde se vadi potrošni resurs ili na potrošačkim lokacijama. Sezonske fluktuacije ni na koji način ne utiču na stabilnost rada stanica, što takve izvore energije čini pouzdanim. Ali postoje i nedostaci termoelektrana, koji uključuju korištenje iscrpivih izvora goriva, zagađenje okoliša, potrebu za povezivanjem velikih količina radnih resursa itd.
Hidroenergija
Hidraulične konstrukcije u obliku energetskih trafostanica dizajnirane su za proizvodnju električne energije kao rezultat pretvaranja energije protoka vode. Odnosno, tehnološki proces proizvodnje osigurava kombinacija umjetnih i prirodnih pojava. Tokom rada, stanica stvara dovoljan pritisak vode, koji se zatim usmjerava na lopatice turbine i aktivira električne generatore. Hidrološke vrste energije razlikuju se po vrsti jedinica koje se koriste, konfiguraciji interakcije opreme sa prirodnim tokovima vode itd. Na osnovu pokazatelja performansi mogu se razlikovati sljedeće vrste hidroelektrana:
- Mali - proizvodi do 5 MW.
- Srednji - do 25 MW.
- Snažan - više od 25 MW.
Klasifikacija se također koristi u zavisnosti od pritiska vode:
- Stanice niskog pritiska - do 25 m.
- Srednji pritisak - od 25 m.
- Visok pritisak - iznad 60 m.
Prednosti hidroelektrana su ekološka prihvatljivost, ekonomska dostupnost (besplatna energija) i neiscrpnost radnog resursa. Istovremeno, hidraulične konstrukcije zahtijevaju velike početne troškove za tehničku organizaciju skladišne infrastrukture, a također imaju ograničenja u geografskoj lokaciji stanica - samo tamo gdje rijeke pružaju dovoljan pritisak vode.
U određenom smislu, ovo je podvrsta toplinske energije, ali u praksi su pokazatelji učinka nuklearnih elektrana za red veličine veći od termoelektrana. U Rusiji koriste pune cikluse proizvodnje nuklearne energije, što omogućava stvaranje velikih količina energetskih resursa, ali postoje i veliki rizici u korištenju tehnologija prerade rude uranijuma. Raspravu o pitanjima sigurnosti i popularizaciji zadataka ove industrije, posebno, vodi Informacijski centar za nuklearnu energiju ANO, koji ima predstavništva u 17 regija Rusije.
Reaktor ima ključnu ulogu u izvođenju procesa proizvodnje nuklearne energije. Ovo je jedinica dizajnirana da podrži reakcije atomske fisije, koje su, zauzvrat, praćene oslobađanjem toplinske energije. Postoje različite vrste reaktora, koji se razlikuju po vrsti goriva i rashladne tekućine. Najčešće korištena konfiguracija je reaktor na lakoj vodi koji koristi običnu vodu kao rashladno sredstvo. Glavni prerađivački resurs u energetskom sektoru je ruda uranijuma. Iz tog razloga, nuklearne elektrane su obično dizajnirane da lociraju reaktore u blizini nalazišta uranijuma. Danas u Rusiji radi 37 reaktora, čiji je ukupan proizvodni kapacitet oko 190 milijardi kWh godišnje.
Karakteristike alternativne energije
Gotovo sve izvore alternativne energije povoljno karakterizira finansijska dostupnost i ekološka prihvatljivost. U suštini, u ovom slučaju se prerađeni resurs (nafta, gas, ugalj, itd.) zamjenjuje prirodnom energijom. To može biti sunčeva svjetlost, strujanja vjetra, zemljina toplina i drugi prirodni izvori energije sa izuzetkom hidroloških resursa koji se danas smatraju tradicionalnim. Koncepti alternativne energije postoje dugo vremena, ali do danas zauzimaju mali udio u ukupnoj globalnoj opskrbi energijom. Zastoji u razvoju ovih industrija povezani su sa problemima u tehnološkoj organizaciji procesa proizvodnje električne energije.
Ali šta pokreće aktivni razvoj alternativne energije ovih dana? U velikoj mjeri, potreba za smanjenjem stope zagađenja životne sredine i ekoloških problema uopšte. Također, u bliskoj budućnosti, čovječanstvo bi se moglo suočiti sa iscrpljivanjem tradicionalnih resursa koji se koriste u proizvodnji energije. Stoga se i pored organizacionih i ekonomskih prepreka sve više pažnje poklanja projektima razvoja alternativnih oblika energije.
Geotermalna energija
Jedan od najčešćih u svakodnevnom životu. Geotermalna energija se proizvodi procesom akumulacije, prijenosa i transformacije unutrašnje topline Zemlje. U industrijskim razmjerima, podzemne stijene se servisiraju na dubinama do 2-3 km, gdje temperature mogu prijeći 100°C. Što se tiče individualne upotrebe geotermalnih sistema, češće se koriste površinske baterije, koje se ne nalaze u bušotinama na dubini, već horizontalno. Za razliku od drugih pristupa proizvodnji alternativne energije, gotovo sve geotermalne vrste energije u proizvodnom ciklusu ne zahtijevaju fazu konverzije. Odnosno, primarna toplotna energija se isporučuje krajnjem potrošaču u istom obliku. Stoga se koristi koncept kao što su geotermalni sistemi grijanja.
Solarna energija
Jedan od najstarijih koncepata alternativne energije, koji koristi fotonaponske i termodinamičke sisteme kao opremu za skladištenje. Za implementaciju metode fotoelektrične proizvodnje koriste se energetski pretvarači svjetlosnih fotona (kvanta) u električnu energiju. Termodinamičke instalacije su funkcionalnije i zbog solarnih tokova mogu generirati i toplinu pomoću električne energije i mehaničku energiju za stvaranje pogonske sile.
Krugovi su prilično jednostavni, ali postoji mnogo problema pri radu s takvom opremom. To je zbog činjenice da se solarna energija u principu odlikuje nizom karakteristika: nestabilnošću zbog dnevnih i sezonskih fluktuacija, ovisnosti o vremenskim prilikama i niskom gustinom svjetlosnih tokova. Stoga se u fazi projektovanja solarnih panela i baterija velika pažnja poklanja proučavanju meteoroloških faktora.
Energija talasa
Proces generiranja električne energije iz valova nastaje kao rezultat konverzije energije plime i oseke. U srcu većine elektrana ovog tipa je basen, koji nastaje ili prilikom odvajanja ušća rijeke, ili pregradom zaljeva branom. U formiranu barijeru ugrađuju se propusti sa hidrauličnim turbinama. Kako se nivo vode mijenja tokom plime, lopatice turbine se rotiraju, što pomaže u stvaranju električne energije. Djelomično je ova vrsta energije slična, ali mehanika interakcije sa samim vodnim resursom ima značajne razlike. Talasne stanice mogu se koristiti na obalama mora i okeana, gdje se nivo vode diže do 4 m, što omogućava proizvodnju energije do 80 kW/m. Nedostatak ovakvih konstrukcija je zbog činjenice da propusti remete razmjenu slatke i morske vode, a to negativno utječe na život morskih organizama.
Još jedan način proizvodnje električne energije dostupan za korištenje u privatnim domaćinstvima, karakterizira tehnološka jednostavnost i ekonomska dostupnost. Obrađeni resurs je kinetička energija zračnih masa, a ulogu baterije obavlja motor s rotirajućim lopaticama. Tipično, energija vjetra koristi generatore električne struje, koji se aktiviraju rotacijom vertikalnih ili horizontalnih rotora s propelerima. Prosječna kućanska stanica ovog tipa može proizvesti 2-3 kW.
Energetske tehnologije budućnosti
Prema procjeni stručnjaka, do 2100. godine ukupan udio uglja i nafte u globalnom bilansu iznosit će oko 3%, što bi termonuklearnu energiju trebalo prevesti u ulogu sekundarnog izvora energije. Solarne stanice bi trebale biti na prvom mjestu, kao i novi koncepti za pretvaranje svemirske energije zasnovane na bežičnim kanalima za prijenos. Procesi formiranja trebali bi započeti do 2030. godine, kada počinje period napuštanja izvora ugljikovodičnih goriva i prelaska na „čiste“ i obnovljive izvore.
Izgledi ruske energetike
Budućnost domaće energije uglavnom je povezana sa razvojem tradicionalnih metoda pretvaranja prirodnih resursa. Nuklearna energija će morati da zauzme ključno mesto u industriji, ali u kombinovanoj verziji. Infrastruktura nuklearnih elektrana morat će biti dopunjena elementima hidrauličkog inženjeringa i sredstvima za preradu ekološki prihvatljivih biogoriva. Ne najmanje mjesto u mogućim perspektivama razvoja dato je solarnim baterijama. U Rusiji danas ovaj segment nudi mnogo atraktivnih ideja - posebno panele koji mogu raditi čak i zimi. Baterije pretvaraju energiju same svjetlosti, čak i bez termičkog opterećenja.
Zaključak
Moderne odredbe prisiljavaju najveće države da biraju između električne energije i ekološke prihvatljivosti proizvodnje topline i električne energije. Većina razvijenih alternativnih izvora energije, sa svim svojim prednostima, nije u stanju u potpunosti zamijeniti tradicionalne resurse, koji se, pak, mogu koristiti još nekoliko desetljeća. Stoga mnogi stručnjaci zamišljaju energiju budućnosti kao svojevrsnu simbiozu različitih koncepata za generiranje energetskih resursa. Štaviše, nove tehnologije se očekuju ne samo na industrijskom nivou, već iu domaćinstvima. U tom smislu možemo uočiti temperaturni gradijent i principe proizvodnje energije biomase.
