Ветроэнергетическая установка (ВЭУ)

В связи с трудностями, возникающими на станциях, использующих ископаемое топливо при пиковых  нагрузках, развитие гидроэлектростанций  поощрялось производителями электроэнергии. Одной из последних идей в этой области является "накачивание" аккумуляторов — метод, который  может быть использован также  в системах солнечной или ветряной энергетики. Вода, прошедшая через  турбины, аккумулируется в больших  накопительных прудах. Ночью, по окончании  пиковой нагрузки, тепловые или ядерные  станции перекачивают воду, обратно  на верхний уровень. При этом применяются  неиспользуемые или простаивающие  мощности основных станций, часто ядерные  В настоящее время пиковые  потребности в электричестве  часто обеспечиваются старыми городскими электростанциями, что ведет к  повышению уровня эмиссий, к потреблению  газа или жидкого топлива, которые  могли быть лучше использованы для  других целей. Замена их "накачиваемыми" гидроаккумуляторами имеет много  преимуществ как экономических, так и экологических.

Что касается гидроэнергии, которая в настоящее время  обеспечивает 1/5 мирового производства электроэнергий, то наиболее перспективными, с точки зрения будущего увеличения ее выработки, являются страны третьего мира.

1.13 Энергия волн

   Уже инженерно  разработаны и экспериментально  опробованы высокоэкономичные волновые  энергоустановки, способные эффективно  работать даже при слабом волнении  или вообще при полном штиле.  На дно моря или озера устанавливается  вертикальная труба, в подводной  части которой сделано “окно”; попадая в него, глубинная волна  (а это - почти постоянное явление)  сжимает воздух в шахте, а  тот крутит турбину генератора. При обратном движении воздух  в турбине разрежается, приводя  в движение вторую турбину.  Таким образом, волновая электростанция  работает беспрерывно почти при  любой погоде, а ток по подводному  кабелю передается на берег.

   Некоторые типы  ВЭС могут служить отличными  волнорезами, защищая побережье  от волн и экономя, таким  образом, миллионы долларов на  сооружение бетонных волнорезов.

   Под руководством  директора Лаборатории энергетики  воды и ветра Северо-Восточного  университета в Бостоне был  разработан проект первой в  мире океанской электростанции. Она будет сооружена во Флоринском  проливе, где берет начало Гольфстрим. На его выходе из Мексиканского  залива мощность водяного потока  составляет 25 млн. м³ в секунду, что в 20 раз превышает суммарный расход воды во всех реках земного шара! По подсчетам специалистов средства, вложенные в проект, окупятся в течение пяти лет.

   В этой уникальной  электростанции для получения  напряжения мощностью 38 мВт будет использоваться турбина Горлова. Эта геликоидная турбина имеет три спиральные лопасти и под действием потока воды вращается в 2-3 раза быстрее скорости течения. В отличие от многотонных металлических турбин, применяемых на речных гидроэлектростанциях, размеры изготовленной из пластика турбины Горлова невелики (диаметр 50 см, длина 84 см), масса ее всего 35 кг. Эластичное покрытие поверхности лопастей уменьшает трение о воду и исключает налипание морских водорослей и моллюсков. Коэффициент полезного действия турбины Горлова в три раза выше, чем у обычных турбин.

   Гольфстрим - не единственное  океанское течение, которое может  быть использовано для выработки  энергии. Японские ученые, например, говорят о большой эффективности  подобных сооружений на тихоокеанском  течении Куросио. О его колоссальном  энергетическом потенциале позволяют  судить следующие цифры: у южной  оконечности острова Хонсю ширина  течения составляет 170 км, глубина  проникновения - до 700 м, а объем  потока - почти 38 млн. м3 в секунду!

1.14 Геотермальная энергия

   Подземное тепло  планеты - довольно хорошо известный  и уже применяемый источник  “чистой” энергии. В России  первая геоТЭС мощностью 5 МВт  была построена в 1966 г. на  юге Камчатки, в долине реки  Паужетки. В 1980 г. ее мощность  составляла уже 11 МВт. В Италии, в районах Ландерелло, Монте-Амиата  и Травеле, работают 11 таких станций  общей мощностью 384 МВт. ГеоТЭС  действуют также в США (Калифорния, Долина Больших Гейзеров), Исландии (у озера Миватн), Новой Зеландии, Мексики и Японии. Столица Исландии  Рейкьявик получает тепло исключительно  от горячих подземных источников. Но потенциальная мощность геотермальной энергетики намного выше.

   Геологи открыли,  что раскаленные до 180-200оС массивы  на глубине 4-6 км занимают большую  часть территории нашей страны, а с температурой до 100-150С встречаются  почти повсеместно. Кроме того, на нескольких миллионах квадратных  километров располагаются горячие  подземные реки и моря с  глубиной залегания до 3.5 км и  с температурой воды до 200С  - естественно, под давлением, - так  что, пробурив ствол, можно  получить фонтан пара и горячей  воды без всякой электротеплоцентрали.

Говоря просто, геотермальная энергия—это энергия внутренних областей Земли. Извержение вулканов наглядно свидетельствует об огромном температуре внутри планеты Ученые оценивают температуру ядра Земли в тысячи градусов Цельсия Эта температура постепенно снижается от горячего внутреннего ядра, где, как полагают, металлы и породы могут существовать только в расплавленном состоянии до поверхности Земли.

Геотермальные ресурсы огромны. Истоки их освоения уходят еще в  глубокую древность. Тепло Земли  уже сейчас вносит вклад в современную  энергетику, но он не соответствует  ни экономической и экологической  эффективности, ни ресурсам, пригодным  для освоения имеющимися техническими средствами. Остается надеяться, что  повсеместное введение новой интенсивной  циркуляционной технологии для производства геотермальной энергии приведет к более широкому ее использованию.

Геотермальная энергия может  быть использована двумя основными  способами —для выработки электроэнергии и для обогрева домов, учреждений и промышленных предприятии Для  какой из этих целей она будет  использоваться зависит от формы  в которой она поступает в  наше распоряжение Иногда вода вырывается из-под земли в виде чистого "сухого пара" т е пара без примеси водяных капелек Этот сухой пар может быть непосредственно использован для вращения турбины и выработки электроэнергии Конденсационную воду можно возвращать в землю и при ее достаточно хорошем качестве—сбрасывать в ближний водоем.

В других местах, где имеется  смесь воды с паром (влажный пар), этот пар отделяют и затем используют для вращения турбин; капли воды повредили бы турбину. Наконец, в  большинстве месторождений есть только горячая вода, и энергию  здесь можно вырабатывать, пользуясь  этой водой для перевода изобутана  в парообразное состояние, с тем  чтобы этот изобутановый «пар» вращал турбины. Такой процесс называют системой с бинарным циклом. Горячей  водой можно непосредственно  обогревать жилища, общественные здания и предприятия (централизованное теплоснабжение).

В районах, отличающихся газотермальной активностью для отопления используются парогеотермальные источники. Применение этого способа отопления лимитируется наличием в мире соответствующих районов. Тем не менее имеется потенциальная возможность его расширения путем покачивания геотермальных вод через горячие подземные породы, где они находятся на умеренной глубине.

Применение геотермальных  вод не может рассматриваться  как экологически чистое потому, что  пар часто сопровождается газообразными  выбросами, включая сероводород  и радон-оба считаются опасными. На геотермальных станциях пар, вращающий турбину, должен быть конденсирован, что требует источника охлаждающей воды, точно так же как этого требуют электростанции на угле или ядерном топливе. В результате сброса как охлаждающей, так и конденсационной горячей воды возможно тепловое загрязнение среды. Кроме того, там, где смесь воды и пара извлекается из земли для электростанций, работающих на влажном паре, и там, где горячая вода извлекается для станций с бинарным циклом, воду необходимо удалять. Эта вода может быть необычно соленой (до 20% соли), и тогда потребуется перекачка ее в океан или нагнетание в землю. Сброс такой воды в реки или озера мог бы уничтожить в них пресноводные формы жизни. В геотермальных водах нередко содержатся также значительные количества сероводорода—дурно пахнущего газа, опасного в больших концентрациях.

Обоснование и строительство  первых в нашей стране опытных  ГЦС с гидроразрывом горячих  пород также базируется на результатах  зарубежных исследований. Вместе с  тем у нас разрабатываются  оригинальные технологические схемы. Ископаемое топливо исчерпаемо, и  поэтому уже сейчас нужно не только задумываться о поиске альтернативных источников энергии, но и смело проводить  технологические эксперименты по внедрению  в нашу жизнь новых нетрадиционных источников, которые, вполне возможно, откроют серьезные перспективы  для электроэнергетики будущего. И наряду со многими идеями нельзя отрицать важности использования геотермальной  энергии - энергии нашей родной Земли.

Геотермальные тепловые электростанции (ГеоТЭС) используют в качестве источника  энергии естественные парогидротермы, залегающие на глубине до 5 км. Геотермальная  энергетика развивается достаточно интенсивно в США, на Филиппинах, в  Мексике, Италии, Японии, России. Самая  мощная ГеоТЭС (50 МВт) построена в  США — ГеоТЭС Хебер.

Запасы геотермальной  энергии составляют 200 ГВт. Геотермальные  ресурсы распределены неравномерно, и основная их часть сосредоточена  в районе Тихого океана.

В России геотермальные источники  экономически расположены невыгодно. Камчатка, Сахалин и Курильские острова  отличаются слабой инфраструктурой, высокой  сейсмичностью, малонаселенностью, сложным  рельефом местности. Общие запасы этого  вида энергии в России оцениваются  в 2000 МВт. В настоящее время в  России действует Паужетская ГеоТЭС на Камчатке мощностью 11 МВт.

Вода и пар разделяются  в циклонах. Вода, находящаяся под  высоким давлением, преобразуется  в пар и также используется для генерации электричества. Давление пара значительно меньше по сравнению  с современными тепловыми электростанциями, и это вынуждает применять  крупные турбины с ограниченной генерирующей способностью. Впрочем, следует  иметь в виду, что топливо в  данном случае бесплатное и результирующая стоимость энергии поэтому низка. Сведений о продолжительности жизни  геотермальных источников мало, и  поэтому, хотя геотермальная энергия  производится при малых затратах, проекты, рассчитанные на долгую перспективу, неизвестны. Этот способ может снабжать только небольшой долей требуемой  энергии даже те страны, в которых  доступны геотермальные воды, и тоже не свободен от проблемы загрязнения  атмосферы.

Основное направление  развития геотермальной энергетики — отбор теплоты не только термальных вод, но и водовмещающих горных пород  путем закачки отработанной воды в пласты, преобразование глубинной  теплоты в электрическую энергию. Такое использование глубинной  теплоты обеспечит экологическую  безопасность технологии ее использования.

1.15 Гидротермальная энергия

   Кроме геотермальной  энергии активно используется  тепло воды. Вода - это всегда хотя  бы несколько градусов тепла,  а летом она нагревается до 25 С. Почему бы не использовать  часть этого тепла? Для этого  необходима установка, действующая  по принципу “холодильник наоборот”.  Известно, что холодильник “выкачивает”  из своей замкнутой камеры  тепло и выбрасывает его в  окружающую среду. Если пропускать  воду через холодильный аппарат, то у нее тоже можно отбирать тепло. Горячий пар, который образуется в результате теплообмена, конденсируется, его температура поднимается до 110С, а затем его можно пускать либо на турбины электростанций, либо на нагревание воды в батареях центрального отопления до 60-65 С. На каждый киловатт-час затрачиваемой на это энергии природа дает 3 киловатт-часа! По тому же принципу можно получать энергию для кондиционирования воздуха при жаркой погоде.

   Подобные установки  наиболее эффективны при больших  перепадах температур, как, например, в морях: на глубине вода  имеет низкую температуру - около С, а на поверхности нагревается до С, что составляет 20 градусов разницы. Все необходимые инженерные разработки уже проведены и опробованы экспериментально (например, у атолла Каваратти в Лаккадивском архипелаге около юго-западного побережья Индии), осталось только претворить их в жизнь везде, где имеются подходящие природные условия.

   Естественным путем  выживания являются максимизация  стратегии бережливости в отношениях  с окружающим миром и увеличение  замкнутости круговорота всех  веществ, вовлекаемых в сферу  человеческой деятельности.

1.16 Энергия биомассы

Для производства электрической  и тепловой энергии в лесоперерабатывающей промышленности широко используется биомасса — энергоносители растительного  происхождения, образуемые в процессе фотосинтеза. Содержание серы в биомассе составляет менее 0,1 %, зольность — 3-5 % (в угле., эти показатели равны 2-3 и 10-15 % соответственно). Если производство биомассы соизмеримо с ее сжиганием, содержание углекислого газа в атмосфере остается неизменным. Наиболее оптимальный способ использования биомассы — ее газификация с последующим срабатыванием в газовых турбинах. Предварительные расчеты, проведенные в Принстонском университете, показывают, что турбогенераторы, работающие на продуктах газификации биомассы, могут успешно конкурировать с традиционными тепловыми, ядерными и гидравлическими энергоустановками. Наиболее перспективными областями применения таких турбогенераторов уже в ближайшем будущем могут стать отрасли экономики, в которых скапливаются большие объемы биомассы (в частности, сахарные и винокуренные заводы, перерабатывающие сахарный тростник). Так, в Бразилии при использовании биомассы с винокуренных предприятий образуется столь значительный избыток электроэнергии, что ее реализация делает спирт дешевле нефти. Только из сахарного тростника может быть произведено 50 % энергии, которая вырабатывается сейчас всеми источниками в 80-ти развивающихся странах, где выращивают эту культуру.