4. Нетрадиционные источники электроэнергии.

В первую очередь – это электростанции с магнитогидро -динамическими генераторами (МГД – генераторы). МГД – генераторы планируются сооружать в качестве надстройки к станциям типа КЭС. МГДГ используют температуры в 2500 – 3000˚К.

Принципиальная технологическая схема такой электростанции представлена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 Технологическая схема ЭС с МГД-генератором

Топливо, вместе с легкоионизируемой присадкой (К₂СО₃) вводится в камеру сгорания 1, куда подаётся воздух компрессором 6. Воздух подогревается в воздухонагревателе 5. Продукты сгорания, представляющие ионизированный газ, направляются в МГД – канал 2, пронизываемый магнитным полем большой напряжённости, созданным магнитной системой 3. Ионы осаждаются на токосъёмниках, создающих напряжение постоянного тока, которое преобразуется инвертором 4 в переменное напряжение.

Выхлоп МГД – канала при температуре около 2000 градусов К направляется в котёл 8, используемый для нагревания воды. Пароводяной контур, состоящий из турбин 7, конденсатного насоса 10 приводит во вращение генератор G.

За счёт более полного срабатывания тепловой энергии продуктов сгорания КПД такого цикла может достигать 50 – 60 %, в то время как тепловая станция имеет КПД = 40%.

Учитывая, что такая установка должна работать длительно, основной проблемой в её создании является получение надёжных конструкционных материалов МГД – канала. Такая проблема ещё не решена.

Возможна реализация МГДГ на продуктах взрыва. Известно, что при взрыве образуется мощная ударная волна, за фронтом которой резко увеличивается температура. При введении щелочных добавок за фронтом ударной волны может быть получен слой газа с высокой удельной электрической проводимостью и высокой скоростью. При давлении в МГД -–канале такой высокопроводящий поршень обеспечивает импульсное генерирование значительной электрической мощности.

Наряду с разработкой электростанций на новых источниках энергии ведётся строительство станций на возобновляемых энергоресурсах экологически «чистого» типа, воздействие которых на окружающую среду невелико. Это станции, использующие энергию солнца, ветра, приливов.

В последние годы сделано много различных прогнозов по поводу нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в Украине. И хотя ни один из этих прогнозов пока не оправдывается, по разным причинам, исследования возможностей использования солнечной, геотермальной, ветровой и других нетрадиционных видов энергии продолжаются.

Одним из перспективных источников энергии для Украины считается геотермальная энергия, ресурсы которой обнаружены на территориях Крыма, Закарпатья, Львовской, Ивано-Франковской, Черниговской, Харьковской и других областей [ ]. Считается, что Крым является одним из наиболее перспективных районов для строительства Гео ТЭС. По самым скромным расчетам на основе неполных геофизических данных прогнозируется суммарная установленная мощность Крымских Гео ТЭС от 7 до 35 млн. кВт (На конец 1996 года в 26 странах мира действовали Гео ТЭС суммарной установленной мощностью15 млн. кВт).

Рассматриваются и анализируются разные принципиальные тепловые схемы преобразования тепловой энергии в электрическую. На рисунке 1.6 представлена открытая (одноконтурная) тепловая схема с использованием пара, полученного непосредственно из геотермального теплоносителя. Причем показана схема с использованием пара трех ступеней давления, полученных из разных заборных скважин 8. Основные элементы такой системы показаны на рисунке 1.6. Принцип работы этой технологической схемы заключается в следующем.

Рисунок 1.6 Одноконтурная технологическая схема ГеоТЭС:

1 – испарители, 2 - турбина, 3 - генератор, 4 – трансформатор, 5 – конденсатор, 6– гидротурбина, 7 – градирня, 8 – заборные скважины, 9 – деаэраторы,

10 - конденсатный насос, 11 – нагнетательная скважина, 12 – насосы.

Пар из заборных скважин 8 через деаэраторы 9 поступает на испарители 1 соответствующего давления, а из них на турбины 2 соответствующих ступеней давления. Турбина, вращаясь, преобразует энергию пара в механическую энергию, а генератор 3 связанный с ней муфтой или находящейся с ней на одном валу, преобразует эту механическую энергию в электрическую и передает её через повышающий трансформатор 4 в энергосистему. Отработавший пар сбрасывается в конденсатор 5, где конденсируется под действием охлажденной в градирне 7 воды, подаваемой гидротурбиной 6. Вода из бассейна градирен может закачиваться через нагнетательные скважины 11 обратно в зону теплоносителя или сбрасываться в ближайшие водоемы (река, море). Достоинством такой технологической схемы является её простота. Однако, практическая реализация её наталкивается на ряд трудностей, связанных с необходимостью изготовления специального оборудования, борьбы с коррозией, солевыделением на всех элементах её и большой капиталоёмкостью всех сооружений.

Несколько меньших капиталовложений и затрат на эксплуатацию требует технологическая схема Гео ТЭС, представленная на рисунке 1.7, где обозначены все её основные элементы.

Рисунок 1.7. Принципиальная технологическая схема двухконтурного

варианта Гео ТЭС:

1 – бассейн (коллектор) горячей воды; 2 – заглубленный насос забора геотермального теплоносителя; 3 – парогенератор, 4 – насос закачки охлажденного теплоносителя; 5 – зона закачки охлажденного геотермального теплоносителя; 6 – паровая турбина; 7 – генератор; 8 – повышающий трансформатор; 9 – конденсатор; 10 - градирня; 11 – гидротурбина; 12 – конденсатный насос; 13 – циркуляционный насос; 14 – водоем с охлаждающей водой.

Это двухконтурная энергоустановка, которая может выполняться в виде модулей или блоков. В первый контур входят: коллектор 1 геотермального теплоносителя, заглубленный насос 2 для откачки последнего, парогенератор 3, где тепло передается второму контуру, насос 4 закачивания отработавшего геотермального теплоносителя в пласт 5 (коллектор по существу). Остальные элементы технологической схемы рисунка 1.7 составляют второй контур.

Работа схемы: Пар из парогенератора 3 поступает на турбину 6, которая превращает энергию пара в механическую энергию вращения турбогенератора 7. Последний преобразует механическую энергию в электрическую и через повышающий трансформатор 8 отдает её в энергосистему. Отработавший пар из турбины сбрасывается в конденсатор 9, где он конденсируется под действием охлажденной в градирне 10 воды, подаваемой гидротурбиной 11. Из конденсатора вода забирается конденсатным насосом 12 и подается в парогенератор 3. Вода в бассейны градирен закачивается насосом 13 из водоема 14 (река, озеро) и самотеком (или насосом) возвращается в него.

Эта схема так же относительно проста по конструкции и в эксплуатации. Поскольку во втором контуре циркулирует очищенная вода проблем с коррозией и солевыделением меньше. Устройства очистки здесь необходимы в основном для первого контура, что значительно проще и экономически выгоднее по сравнению с первой схемой [ ].

Энергию солнца можно использовать через фотоэлементы путем прямого преобразования в электрическую или путём использования теплового излучения солнца, сфокусированного зеркалами на парогенераторе, пар из которого вращает турбину с генератором. Первый вид электростанций пока используется ограниченно и лишь в специальных установках. Возможность широкого применения этого типа станций появится после снижения стоимости элементов. Второй тип гелиостанций проще в реализации.

Ветроэлектростанции на Украине не получили еще распространения для работы в энергосистемах. Они используются для сравнительно небольших автономных потребителей. Однако, в пользу ВЭС говорят исследования по мощным электростанциям за рубежом (до нескольких мегаватт в единице с диаметром двухлопастного ветроколеса до 100 метров).

Успешно эксплуатируется в России приливная Кислогубская электростанция, высота приливов на ней 13 метров. Выявлен ещё ряд районов в странах содружества, где целесообразно сооружение ПЭС мощностью от десятков до сотен мегаватт.

Достаточно широкое распространение получили и геотермальные электростанции, использующие энергию термальных подземных вод. Работоспособность таких станций доказана опытом их эксплуатации в США, Италии, Мексике и других странах.

Контрольные вопросы.

1. Места расположения, технологическая схема, достоинства и недостатки КЭС.

2. Места расположения, технологическая схема, достоинства и недостатки ТЭЦ.

3. Места расположения, технологическая схема, достоинства и недостатки ГЭС.

4. Места расположения, технологическая схема, достоинства и недостатки ПГУ на ЭС.

5. Места расположения, технологическая схема, достоинства недостатки ЭС с МГД - генераторами.

6. Особенности использования электростанций на новых источниках энергии.

ЛЕКЦИЯ 2

ТЕМА: Технологический процесс производства электроэнергии

на атомных ЭС