Самиздат:
[Регистрация]
[Найти]
[Рейтинги]
[Обсуждения]
[Новинки]
[Обзоры]
[Помощь|Техвопросы]
|
|
|
|
Аннотация:
Анализируются альтернативные источники энергии. Приводится обзор литературы по этой тематике. Рассматриваются большие возможности и перспективы развития малой энергетики.
|
Альтернативные источники энергии.
Николай Колтовой
Содержание:
0. Тенденции развития энергетики.
1. Тепловые электростанции (Thermal power plants)
2. Атомные электростанции (Nuclear power plants).
3. Гидроэлектростанции (Hydroelectric power plants).
4. Ветряные электростанции (Wind farms).
5. Геотермальные электростанции (Geothermal power plants).
6. Приливные электростанции (Tidal power plant).
7. Солнечная энергетика. Тепловая энергия Солнца.
8. Устройства на солнечных батареях.
9. Водородная энергетика (Hydrogen energy).
10. Альтернативная энергетика на транспорте.
11. Индивидуальные электрогенераторы.
12-Энергия из внешней среды.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
0. Тенденции развития энергетики.
Терминология, близкие понятия:
-альтернативные источники энергии (альтернативная энергетика) (alternative energy).
-нетрадиционные источники энергии (нетрадиционная энергетика) (non-traditional energy),
-возобновляемые источники энергии (возобновляемая энергетика) (renewable energy),
-бестопливные источники энергии (бестопливная энергетика) (fuel-free energy),
-экологичные источники энергии (экологичная энергетика) (eco-friendly energy),
-малые источники энергии (малая энергетика) (small energy).
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
Альтернативные источники энергии не являются самоцелью. Цель состоит в том, чтобы при минимальных финансовых и материальных затратах добиться:
1-максимального увеличения производимой энергии (электроэнергии),
2-минимизировать себестоимости производимой энергии,
3-минимизировать ущерб, наносимый окружающей среде,
(уменьшить вредные выбросы, сократить количество вредных отходов при производстве энергии).
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Пути решения проблемы:
1-разработка принципиально новых систем энергообеспечения,
2-совершенствование существующих систем энергообеспечения,
3-переход от централизованного способа создания и распределения электроэнергии, к распределенному (децентрализованному) способу. Это позволит создать более устойчивую систему для случая различных стихийных бедствий.
4-создание мобильных систем энергообеспечения, для обеспечения энергией удаленных районов,
5-создание индивидуальных систем энергообеспечения, для оснащения индивидуальных домов (дач).
--------------------------------------------------------------------------------------------
Два типа систем энергообеспечения: 1-централизованная, 2-децентрализованная.
Экономически более выгодно построить 1000 электрогенераторов мощностью 1кВт, чем построить один электрогенератор мощностью 1МВт.
-----------------------------------------------
Новая тенденция: индивидуальные пользователи могут не только получать электроэнергию из централизованной системы, но и поставлять энергию в централизованную систему, когда у него ее много.
Федеральный закон от 27.12.2019 ! 471-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об электроэнергетике" в части развития микрогенерации".
--------------------------------------------------------------------------------------------
Классы энергоустановок по мощности, и объемы производства этих установок:
1-большие - более 1мВт, - единицы,
2-средние - от 100 кВт до 1 мВт, - тысячи,
3-малые - от 100Вт до 100кВт, -сотни тысяч,
4-микро - менее 100Вт, -миллионы.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Сравнительные мощности различных типов крупных электростанций:
Гидроэлектростанция,
ГЭС "Три ущелья" (Китай), мощность 22500 МВт.
Саяно-Шушенская ГЭС (Россия), 6400МВт.
Атомная электростанция,
"Фукусима-1" и "Фукусима-2" (Япония) мощностью 8814МВт.
Тепловая электростанция
Китай, Tuoketuo самая мощная тепловая электростанция в мире, мощность 6600 МВт.
Геотермальная электростанция,
The Geysers, Калифорния (США), это комплекс, состоящий из 22-х геотермальных электростанций, сумарной мощностью 1517 МВт.
Ветряная электростанция,
Джайсалмер, штата Раджастхан, Индия, 1064 МВт.
Солнечная электростанция,
штат Gujarat, Индия, 857 МВт.
Тепловая электростанция,
Tilbury Power Station, графстве Эссекс (Великобритания), 750 МВт.
Приливная электростанция,
Agua Caliente Solar Project, Аризона (США), 250 МВт.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Как оценить эффективность различных проектов (электростанций, генераторов, устройств) по выработке электроэнергии:
Срок самоокупаемости (в днях), который вычисляется по формуле С=А/(Вх24), где
А-стоимость устройства (руб)
В-прибыль за 1 час (руб) В=Wx(M-E)
W-мощность установки (кВТ.ч)
М-стоимость кВт.ч электроэнергии на рынке (руб)
Е-затраты на производство 1 кВт.ч электроэнергии (руб)
Например, стоимость электроэнергии в Москве =6 руб за кВт.ч
Стоимость производства электроэнергии на Красноярской ГЭС =8 копеек за кВт.ч.
Если гарантийный срок службы устройства меньше срока самоокупаемости, то это заведомо выброшенные деньги.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1. Тепловые электростанции (Thermal power plants)
Тепловые электростанции являются главными поставщиками электроэнергии в мире, и вырабатывают 2/3 от общей выработки электроэнергии на планете.
Себестоимость электроэнергии на тепловой электростанции примерно 25 копеек за кВт.ч.
Китай, Tuoketuo самая мощная тепловая электростанция в мире, мощность 6600 МВт.
В качестве топлива используется уголь. Китай является мировым лидером по числу ТЭС, работающих на угле. Он потребляет около половины мирового объёма энергетического угля, а доля угольной генерации в стране превышает 70%. В десятку крупнейших ТЭС мира входят пять станций из Китая.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Крупнейшие тепловые электростанции в мире.
Россия, самая мощная тепловая электростанция: Сургутская ГРЭС-2, мощность 5680 МВт.
ГРЭС работает на попутном нефтяном газе (попутный продукт добычи нефти) и природном газе. В соотношении 70/30 %.
3-я позиция среди самых мощных теплоэлектростанций в мире.
Суммарная мощность тепловых электростанций в России составляет 163ГВт (67% от мощностей всех электростанций).
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Перспективное направления развития теплоэнергетики:
-разработка новых, более эффективных методов сжигания топлива.
-----------------------------------------
Задача: уменьшить количество сжигаемого угля, и при этом получить больше энергии.
Если повысить энерговыделение при сгорании угля хотя бы на долю процента, то это позволит сократить огромное количество угля и существенно сократить выбросы углекислого газа в атмосферу при сохранении количества вырабатываемой энергии.
---------------------------------------------------------------------------------------------
Предводителев Александр Саввич (1891-1973). Процесс горения угля. Механизм горения углерода и пути интенсификации сжигания твердых топлив. М. ГОНТИ, 1938.
Пачеевский Владимир. Разработал устройство "Чудо-мембрана", которая является гетерогенным катализатором получения горючей смеси (водяного газа) из пара обыкновенной воды. При использовании её для горения используется меньшее количество топлива и при этом получается больше тепла.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Горение воды, вода как топливо.
Краснов Юрий Иванович. Россия. На 3 литра воды добавляется 5мл катализатора, 8 мл солярки и перемешивается. После этого вода может гореть.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Канзиус Джон (John Kanzius) (1944-2009), USA. Создал аппарат, позволяющий сжигать соленую воду. Горение воды осуществляется в высокочастотном электромагнитном поле.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. Атомные электростанции (Nuclear power plants).
В мире функционируют более 400 атомных электростанций суммарной мощностью 355 ГВт.
В России 29 энергоблоков на 9 атомных электростанциях суммарной мощностью 21,3 ГВт.
(16% от общего производства электроэнергии).
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Некоторые действующие ядерные реакторы (2013 год).
1-США(100), 2-Франция(58), 3-Япония(50), 4-Россия(33).
В ряде стран (Швеция, Норвегия, Япония, Франция, Великобритания и др.) на их долю приходится до 50-70% всей выработки электроэнергии. Несмотря на то, что всего через 35-45 лет, все разведанные богатые месторождения урановой руды истощатся, на долю атомной энергетики в мировом масштабе приходится порядка 18-21% всей выработки электроэнергии.
Себестоимость электроэнергии на атомных электростанциях мира в пределах 20-50 копеек за кВт*час.
Срок самоокупаемости. Среднестатистический энергоблок мощностью 1000 МВт полностью окупается за примерно 7 лет эксплуатации. Если рассматривать АЭС как инвестиционный проект, то срок окупаемости проекта может достигать15 лет с момента начала постройки из-за простоев во время строительства.
----------------------------------------------------------------------------------------------
Крупнейшие атомные электростанции в мире.
Япония, атомная электростанция Касивадзаки-Карива, семь энергоблоков, мощность 8212 МВт.
Japan, nuclear plant Kashiwazaki-Kariwa, seven units, the capacity of 8212 MW.
Бывшее первое место: Атомная электростанция, "Фукусима-1" и "Фукусима-2" (Япония) мощностью 8.814мВт
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Россия, Балаковская АЭС, шесть энергоблоков, 4000 МВт.
51-я позиция среди крупнейших АЭС в мире.
-----------------------------------------------------------------------------------------------
Перспективные направления развития атомной энергетики:
1-разработка и внедрения новых методов дезактивации радиоактивных отходов для действующих АЭС,
2-новые типы атомных электростанций (электроядерные установки),
3-атомно-водородная энергетика,
4-малая атомная энергетика, создание атомных электростанций малой мощности,
5-передвижные атомные электростанции.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Барашенков Владилен Сергеевич (1929-2004) д.ф.м.н., руководитель отдела, ОИЯИ, Дубна.
Предложил идею безопасной электроядерной установки (ЭЯУ), способной заменить ядерные реакторы. В реакторе ускоритель бомбардирует пучком протонов мишень (ректор). Так как в реакторе отсутствует самоподдерживающая ядерная реакция, то нет опасности ядерного взрыва. Кроме того, установка может работать как трансмутатор, пережигая радиоактивные отходы АЭС, что может решить современную проблему хранения ядерных отходов.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ядерно-водородный реактор. Компоновка реакторного модуля МГР-Т (высокотемпературный гелиевый реактор) для варианта с паровой конверсией метана.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Передвижная атомная электростанция ТЭС-3 представляла собой комплекс из четырех энергосамоходов. Первый энергосамоход нес на себе ядерный реактор с транспортируемой биозащитой и специальный воздушный радиатор для снятия остаточного охлаждения. На второй машине монтировались парогенераторы, компенсатор объема, а также циркуляционные насосы для подпитки первого контура. Собственно выработка электроэнергии была функцией третьего энергосамохода, где размещался турбогенератор с оборудованием конденсатно-питательного тракта. Четвертая машина играла роль пункта управления ПАЭС, а также имела резервное энергетическое оборудование. Здесь находились пульт и главный щит со средствами пуска, пусковой дизель-генератор и блок аккумуляторных батарей (1960-1965годы).
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-Современный проект передвижной атомной электростанции.
-Атомный ледокол "Ленин". 1959. Мощность ядерного реактора 32,4 МВт.
-Атомная подводная лодка
-Плавучая атомная электростанция "Академик Ломоносов". 2020.
-Самолет с атомным реактором.
-Автомобиль "Волга-Атом" с атомным двигателем. 1965. 320 сил. Было изготовлено два автомобиля. За счет оригинальной конструкции атомного двигателя, удалось разместить его под капотом автомобиля.
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Атомная батарейка.
Атомные элементы NanoTritium Battery. Model P100a. Фирма City Labs. В 2018 году CityLabs представила новую серию NanoTritium -Р200, источник питания с напряжением от 0,8 до 2,4 вольт и силой тока от 52 до 156 микроампер. Работать батареи могут в температурном диапазоне минус сорок -плюс восемьдесят градусов Цельсия.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Атомный фонарик. Светящийся брелок. Брелок наполнен люминесцентным газом с добавлением трития. Бета-распад заставляет газ светиться. Вариантов цвета несколько. Бетта-излучение не проникает за стекло. Излучение остается внутри. Такая вот долго работающая подсветка.
----------------------------------------------------------------------------
3. Гидроэлектростанции (Hydroelectric power plants).
Гидроэнергетика обеспечивает производство до 88% возобновляемой и до 20% всей
электроэнергии в мире, суммарная мощность 777 ГВт.
Суммарная мощность гидроэлектростанций в России 45 ГВт. (17% от общего производства
электроэнергии).
Суммарная мощность малых гидроэлектростанций в России 0,25 ГВт.
Себестоимость электроэнергии на ГЭС примерно 10 копеек за кВт.ч.
Китай, ГЭС "Три ущелья", Мощность 22500 МВт.
China hydroelectric "Three gorges", the Capacity of 22500 MW.
Россия, Саяно-Шушенская ГЭС, мощность 6400 МВт.
14-я позиция среди крупнейших ГЭС в мире.
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Перспективное направление развития гидроэнергетики:
-создание МиниГЭС и МикроГЭС для индивидуального пользования.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Малые (бесплотинные) гидроэлектростанции.
-Ленев Николай Иванович, бесплотинные ГЭС.
-МиниГЭС.
-Микрогидроэлектростанция, мощность 10 кВт.
-Гирляндная ГЭС, Мини-модули RiverStar. Mini-modules RiverStar.
-Генератор для Микро ГЭС. Micro-hydroelectric generator.
-Бесплотинные ГЭС. Damless HPP.
-Микротурбина, устанавливаемая на водопроводный кран. 10Вт, 437руб.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
4. Ветряные электростанции (Wind farms).
Суммарная мощность ветростанций в мире 432 ГВт.
Суммарная мощность ветростанций в России 23 ГВт.
Себестоимость электроэнергии составляет 20-28 копеек за кВт.ч.
Китай, ветровая электростанция "Ганьсу", мощность 7965 МВт.
Общая мощность ветрогенераторов в мире в настоящее время превышает мощность атомных электростанций.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Германия, ветрогенератор Энеркон Е-126, мощность 7,58 МВт.
Germany, the largest wind turbine in the world wise Enercon E-126, the capacity of 7.58 MW.
-------------------------------------------------------------------------------------------------
В Китае создан ветрогенератор с генерирующей мощностью в 16 мегаватт, он способен вырабатывать 80 000 МВт/ч электроэнергии в год, чего достаточно для питания 20 000 домохозяйств, это на 45% больше, чем предыдущая версия ветрогенератора компании. Новый морской ветрогенератор имеет исполинские размеры , он оснащён ротором диаметром 242 метра, длиной лопастей 118 метров и рабочей площадью 46 000 квадратных метров.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Плавающие ветрогенераторы. Floating wind turbines.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Норвежская компания Windcatching Systems (WCS) разработала новую систему извлечения энергии из морского ветра. Идея в создании конструкции в виде плоской фермы, по всей площади заполненной сравнительно небольшими ветряными турбинами, размещенными в шахматном порядке. Всего на установке монтируется до 120 ветрогенераторов.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-Высотный ветрогенератор, энерготурбина диаметром 12 метров летает на высоте 120 метров.
-Перспективные проекты ветрогенераторов. Promising projects of wind turbines.
-Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращений, с лопастями и спиралевидные.
-Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения.
-Переносной компактный ветрогенератор Eolic. Compact wind turbine Eolic.
---------------------------------------------------------------------------------------
Перспективные направления развития ветроэнергетики:
1-разработка новых, более эффективных конструкций ветрогенераторов,
2-массовый выпуск недорогих ветроустановок для индивидуального пользования.
-----------------------------------------------------------------------------------------------
Проблемы ветроэнергетики.
1-Экологичесике, утилизация лопастей
2-разрушение при сильном ветре и морозе,
3-Утилизация старых лопастей ветрогенераторов, которые делают из стеклопластика, который трудно утилизировать.
4-Экологические проблемы, нарушения естественных потоков воздуха.
5-Разрушение ветрогенераторов при сильном ветре.
6-Одна из возможных причин возгорания -удар молнии.
7-Обледенение ветрогенераторов при сильном морозе.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5. Геотермальные электростанции (Geothermal power plants).
Суммарная мощность геотермальных электростанций в мире 17 ГВт.
Суммарная мощность геотермальных электростанций в России 75 МВт.