Какие бывают электростанции: что это такое, типы и основные виды, на чем работают

История появления и развития электростанций

Потребительский интерес к электричеству возник, когда появилась возможность производить электроэнергию. Первым преобразователем этого типа стал паровой двигатель, усовершенствованный шотландским инженером и изобретателем Джеймсом Ваттом. В 1871 году Зеноб Грамм изобрел обмотки якоря, которые позволили генерировать ток в промышленных масштабах. Первая электростанция появилась в 1878 году. Она была спроектирована и построена в частном порядке бароном Уильямом Армстронгом и обеспечивала отопление, освещение и часть оборудования в его поместье.

Затем электростанции стали использовать для уличного освещения. В 1881 году в Годаминге, Англия, городские власти сочли требования газовой компании о возмещении расходов на уличное освещение чрезмерными. Мэрия отказалась от контракта и договорилась с владельцем водяной мельницы установить там электрическую машину. Последний обеспечил электроэнергией 7 дуговых ламп и 40 ламп накаливания. Практически такая же история произошла в Петербурге, где с 1897 года Литейный мост освещает инсталляция, созданная при участии Яблочкова.

Однако электростанции этого типа могли генерировать ток только локально и не передавали его на большие расстояния. Заводы обеспечивали работу фабрики или даже части, отдельной осветительной сети. Однако электростанции появились во всех крупных городах и предназначались в основном для уличного освещения.

Иначе решалась проблема централизованного электроснабжения. Электростанция переменного тока была построена в Лондоне в 1884 году. Появление трансформатора позволило передавать ток на большие расстояния. Такой же вскоре появился и в России. Одесская станция обеспечивала электроэнергией потребителей в радиусе 2,5 км, а Царскосельская ГРЭС обеспечивала электроэнергией на расстоянии 64 км.

Первые станции переменного тока были однофазными и подходили только для обеспечения работы осветительных сетей. Но уже в 1889 году русский инженер Доливо-Добровольский запатентовал трехфазный трансформатор, работающий при напряжении более 300 В. Он обеспечивал передачу тока на расстояние 170 км.

Дальнейшее развитие источника питания основывалось на материале кабелей и относительной мощности оборудования. Благодаря улучшениям стало возможно подавать электроэнергию на удаленные объекты. В отрасли возникла потребность в крупных централизованных станциях.

Характеристики электростанций

Все электростанции объединены в единую энергетическую группу, созданную с целью более эффективного использования их мощностей для бесперебойного снабжения потребителей электроэнергией.

Основным элементом устройства является электрогенератор, выполняющий определенные функции:

1. Он обеспечивает непрерывную работу одновременно с другими энергосистемами и подает энергию на свои автономные нагрузки.
2. Обеспечивает быструю реакцию на наличие или отсутствие нагрузки, что соответствует ее номинальному значению. Запускает электродвигатель, обеспечивающий работу всей станции.
3. Вместе со спецтехникой он выполняет защитные функции.

Каждый генератор отличается по форме, размеру и источнику питания, приводящему вал. Кроме того, в состав станции входят: турбины, котлы, трансформаторы, распределительное оборудование, технические средства коммутации, автоматика, релейная защита. Большое внимание сейчас уделяется выпуску более компактных накопителей.

Они вырабатывают электроэнергию, которая питает не только различные объекты, но и целые населенные пункты, удаленные от линий электропередач. В основном они используются на полярных станциях и горнодобывающих предприятиях.

Типы электростанций

Электростанция — совокупность установок, оборудования и приборов, используемых непосредственно для производства электроэнергии, а также необходимых для этого сооружений и построек, расположенных на определенной территории. В зависимости от источника энергии различают:

• тепловые электростанции (ТЭС) на природном топливе;
• гидроэлектростанции (ГЭС), использующие энергию воды, падающей из рек, перекрытых плотинами;
• атомные электростанции (АЭС), использующие атомную энергию;
• нетрадиционные (прочие) электростанции, использующие ветровую, солнечную, геотермальную и другие виды энергии.

В нашей стране производится и потребляется огромное количество электроэнергии. Он почти полностью вырабатывается тремя основными типами электростанций: тепловыми, атомными и гидроэлектростанциями. В России большая часть электроэнергии производится на тепловых электростанциях. ТЭС строятся в районах производства топлива или в районах потребления энергии.

на полноводных горных реках выгодно строить гидроэлектростанции, поэтому самые крупные гидроэлектростанции строятся на реках Сибири — Енисей, Ангара. Но и водопады гидроэлектростанций были построены на равнинных реках: Волге, Каме. Атомные электростанции построены в районах, где потребляется много энергии, но других энергоресурсов недостаточно (в западной части страны). Тепловые электростанции (ТЭС) — основной тип электростанций в России).

Тепловые электростанции

Тепловые электростанции (ТЭС) Самые мощные электростанции расположены в местах добычи топлива. ТЭС, использующие высококалорийное транспортабельное топливо, ориентированы на потребителя. Принципиальная схема ТЭЦ приведена на рис. 1. Следует иметь в виду, что в ее конструкции может быть предусмотрено несколько контуров: теплоноситель топливного реактора может не поступать непосредственно в турбину, а отдавать свое тепло в ней теплообменник нагревает теплоноситель следующего контура, который уже может идти к турбине или может передавать свою энергию следующей границе. Кроме того, на любой электростанции предусмотрена система охлаждения отработанного теплоносителя для доведения температуры теплоносителя до необходимого значения для повторного цикла.

Рис. 1. Принципиальная схема ТЭС с отоплением

Если рядом с электростанцией находится поселок, тепло от отработанного теплоносителя используется для нагрева воды от системы отопления дома или горячего водоснабжения, а если нет, то избыточное тепло от отработанного теплоносителя просто сбрасывается в атмосферу в в градирни или в более прохладный водоем (пруд, озеро, река.

ТЭС вырабатывают электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании ископаемого топлива. В основном на большинстве ТЭС используются паротурбинные установки (ПТТ), в которых тепловая энергия используется в парогенераторе для производства водяного пара под высоким давлением, который вращает ротор паровой турбины, соединенный с ротором электрогенератора (обычно синхронного генератора). В качестве топлива на таких ТЭС используются уголь (в основном), мазут, природный газ, бурый уголь, торф, сланцы.

ТЭС с паровыми турбинами, которые имеют конденсационные турбины в качестве привода электрогенераторов и не используют тепло отработанного пара для обеспечения тепловой энергией внешних потребителей, называются конденсационными электростанциями (КЭС или ГРЭС). ТЭС с паровыми турбинами, оборудованные когенерационными турбинами и передающие отходящее тепло промышленным или муниципальным потребителям, называются когенерационными установками (ТЭЦ).

ТЭС с приводом от электрогенератора от газовой турбины называются ТЭС с газотурбинными установками (ГТУ). В камере сгорания ГТУ сжигается газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750… 900 ° C подаются в газовую турбину, которая вращает электрогенератор. КПД таких ТЭС обычно составляет 26… 28%, мощность до нескольких сотен МВт. Тепловые электростанции с газовыми турбинами обычно используются для покрытия пиков электрической нагрузки.

На ТЭС установлена ​​парогазотурбинная установка (ПГУ), состоящая из паровой турбины и газотурбинной установки. КПД такой станции может достигать 42… 43%. Блоки ГТУ и ПГУ также могут обеспечивать теплом внешних потребителей, т.е функционировать как когенератор. Тепловые электростанции используют большие топливные ресурсы, относительно бесплатны и способны вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний. Их строительство осуществляется быстро и требует меньших трудовых и материальных ресурсов. Но у ТЭС есть существенные недостатки. Они используют невозобновляемые ресурсы, имеют низкий КПД (30… 35%), крайне негативно влияют на экологическую ситуацию.

ТЭС по всему миру ежегодно выбрасывают в атмосферу 200… 250 миллионов тонн золы и около 60 миллионов тонн диоксида серы, а также поглощают огромное количество кислорода. Было обнаружено, что уголь в микродозах почти всегда содержит U238, Th232 и радиоактивный изотоп углерода. Большинство ТЭС в России не оснащены эффективными системами очистки выхлопных газов от оксидов серы и азота. Хотя установки, работающие на природном газе, значительно чище с экологической точки зрения, чем уголь, сланец и мазут, прокладка газопроводов вредна для природы.

Конденсаторные установки (КЭС) играют первостепенную роль среди тепловых станций. Они тяготеют как к источникам топлива, так и к потребителям и поэтому очень широко распространены. Чем больше МЭС, тем больше она может передавать электроэнергии, то есть по мере увеличения мощности возрастает влияние топливно-энергетического фактора. ТЭЦ (теплоэлектростанции) — это установки для комбинированного производства электроэнергии и тепла. Их КПД достигает 70% против 32… 38% у ИЭС. ТЭЦ относятся к потребителям, так как радиус теплопередачи (пар, горячая вода) составляет 15… 20 км. Максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем у ИЭС. В последнее время появились в основном новые установки:

• газотурбинные установки (ГТУ), в которых вместо пара используются газовые турбины, устраняющие проблему водоснабжения (на Краснодарской и Шатурской ГРЭС);
• парогазовая турбина (ПГУ), где отходящее тепло используется для нагрева воды и выработки пара низкого давления (на Невинномысской и Кармановской ГРЭС);
• магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы), преобразующие тепло напрямую в электрическую (на ТЭЦ-21 Мосэнерго и Рязанской ГРЭС).

В России мощные ОЭС (2 млн кВт и выше) построены в центральном регионе, Поволжье, Урале и Восточной Сибири. На базе Канско-Ачинского бассейна создается мощный топливно-энергетический комплекс (КАТЭК). Проект предполагает строительство восьми ГРЭС мощностью 6,4 млн кВт.

Атомные электростанции

Атомная электростанция (АЭС) — это электростанция, на которой ядерная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на атомной электростанции является ядерный реактор. Тепло, выделяющееся в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжелых элементов, затем, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электричество. В отличие от тепловых электростанций, работающих на ископаемом топливе, атомные электростанции работают на ядерном топливе (в основном 233U, 235U, 239Pu).

При делении 1 г изотопов урана или плутония выделяется 22 500 кВтч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива. Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного топлива (уран, плутоний и др.) Значительно превышают энергетические ресурсы природных запасов ископаемого топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает большие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе. Кроме того, необходимо учитывать постоянно увеличивающийся объем потребления угля и нефти для технологических целей мировой химической промышленностью, которая становится серьезным конкурентом тепловых электростанций.

Несмотря на открытие новых месторождений ископаемого топлива и совершенствование методов его добычи, в мире наблюдается тенденция к относительному увеличению его стоимости. Это создает самые тяжелые условия для стран с ограниченными запасами органического топлива. Очевидна необходимость более быстрого развития ядерной энергетики, которая уже занимает значительное место в энергетическом балансе ряда индустриальных стран мира.

Первая в мире опытно-промышленная атомная электростанция мощностью 5 МВт была пущена в СССР 27 июня 1954 года в Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась в основном в военных целях. Запуск первой атомной электростанции ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на I Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955 г., Женева). Принципиальная схема АЭС с водоохлаждаемым ядерным реактором представлена ​​на рис.2.

Рис. 2. Принципиальная схема АЭС с водо-водяным ядерным реактором

Тепло, выделяющееся в активной зоне реактора, вычитается из воды (теплоносителя) первого контура, которая прокачивается через реактор главным циркуляционным насосом. Вода, нагретая реактором, поступает в теплообменник (парогенератор), где передает полученное в реакторе тепло воде 2-го контура. Вода из 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образующийся пар поступает в турбину. Чаще всего на атомных станциях используются реакторы на тепловых нейтронах 4 типов:

• вода, охлаждаемая водой в качестве замедлителя и теплоносителя;
• графитовая вода с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем;
• тяжелая вода с охлаждающей водой и тяжелая вода в качестве замедлителя;
• графит-газ с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем.

Выбор преимущественно используемого типа реактора в основном определяется опытом, накопленным при строительстве реакторов, а также наличием необходимого промышленного оборудования, сырья и т.д. Реакторы с водяным охлаждением являются наиболее часто используемыми в ядерной энергетике США растения. В Англии используются графитовые газовые реакторы. На атомных электростанциях в Канаде преобладают атомные электростанции с тяжеловодными реакторами. В зависимости от типа и агрегатного состояния теплоносителя создается тот или иной термодинамический цикл АЭС.

Выбор верхнего температурного предела термодинамического цикла определяется предельно допустимой температурой покрытия твэлов (твэлов), содержащих ядерное топливо, допустимой температурой самого ядерного топлива, а также свойствами теплоносителя используется для этого типа реактора. На АЭС, тепловой реактор которой охлаждается водой, обычно используются низкотемпературные паровые циклы. Реакторы с газовым охлаждением позволяют использовать относительно более дешевые паровые циклы с более высокими начальными давлениями и температурами.

В этих двух случаях тепловая схема АЭС выполняется по двухконтурному контуру: в 1-м контуре циркулирует хладагент, во 2-м — пароводяной. Для реакторов с кипящей водой или высокотемпературным газообразным хладагентом возможна одноконтурная термоядерная АЭС. В кипящих реакторах вода закипает в активной зоне, образовавшаяся пароводяная смесь разделяется и насыщенный пар направляется непосредственно в турбину или предварительно возвращается в активную зону для перегрева; в высокотемпературных газо-графитовых реакторах можно использовать обычный цикл газовой турбины. Реактор в этом случае действует как камера сгорания. В процессе работы реактора концентрация делящихся изотопов в ядерном топливе постепенно снижается, т.е тепловыделяющие элементы выгорают, затем со временем их заменяют на свежие. Перегрузка ядерного топлива осуществляется дистанционно управляемыми механизмами и устройствами.

Отработанные топливные стержни перемещаются в бассейн выдержки отработавшего топлива, а затем отправляются на переработку. Реактор и его вспомогательные системы включают: сам реактор с биологической защитой, теплообменники, насосы или системы продувки газа, в которых циркулирует теплоноситель; циркуляционные трубы и фитинги; устройства для заправки ядерного топлива; системы специальной вентиляции, аварийного охлаждения и др. в зависимости от конструкции реакторы имеют отличительные особенности: в реакторах КР тепловыделяющие элементы и замедлитель расположены внутри корпуса, несущего полное давление теплоносителя; в канальных реакторах тепловыделяющие элементы, охлаждаемые теплоносителем, устанавливаются в специальные трубки-каналы, входящие в замедлитель, заключенные в тонкостенный кожух.

Такие реакторы используются в СССР (Сибирская, Белоярская АЭС и др.). В случае аварий в системе охлаждения реактора для предотвращения перегрева и вылета оболочки твэла ожидается быстрое (в течение нескольких секунд) заклинивание ядерной реакции; система аварийного охлаждения имеет автономные источники питания. Машинный зал атомной электростанции по оборудованию аналогичен машинному залу тепловой электростанции.

Отличительной особенностью большинства АЭС является использование пара относительно невысоких параметров, насыщенного или слегка перегретого. При этом в турбине установлены сепарационные устройства для предотвращения эрозионного повреждения лопаток последних ступеней турбины частицами влаги, содержащимися в паре. Иногда возникает необходимость в выносных сепараторах и паровых обогревателях. В связи с тем, что теплоноситель и содержащиеся в нем примеси активируются при прохождении через активную зону реактора, конструктивное решение оборудования машинного отделения и системы охлаждения конденсатора турбины одноконтурных АЭС должно полностью исключать возможность утечки хладагента.

В двухконтурных АЭС с высокими параметрами пара такие требования к оборудованию машинного зала не предъявляются. Эффективность АЭС определяется ее основными техническими показателями: удельной мощностью реактора, КПД, энергоемкостью активной зоны, глубиной сгорания ядерного топлива, коэффициентом использования установленной мощности ядерной установки. Электроэнергия электростанции за год. С увеличением мощности АЭС удельные капитальные вложения в нее (стоимость установленной кВт) падают более резко, чем в тепловые электростанции. Это основная причина попыток строительства крупных АЭС с большой единичной мощностью. Для экономики атомных станций характерно, что доля топливной составляющей в стоимости вырабатываемой электроэнергии составляет 30… 40% (на ТЭЦ — 60… 70 %).

Из-за аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году программа развития атомной энергетики была свернута. После значительного увеличения выработки электроэнергии в 1980-х годах темпы роста замедлились, и в 1992… 1993 годах начался спад. При правильной эксплуатации атомная электростанция является наиболее экологически чистым источником энергии. Их эксплуатация не приводит к «парниковому» эффекту, выбросам в атмосферу в условиях эксплуатации без проблем, и они не поглощают кислород. К недостаткам АЭС можно отнести трудности, связанные с утилизацией ядерных отходов, катастрофические последствия аварий и тепловое загрязнение используемых полей.

В нашей стране есть мощные атомные электростанции: в центральных и центральных районах Черноземья, на севере, на северо-западе, на Урале, в Поволжье и на Северном Кавказе.

В настоящее время наиболее популярны атомные когенерационные установки, предназначенные для производства электроэнергии и тепла. Одна такая станция действует в поселке Билибино на Чукотке. Кроме того, одним из последних направлений является создание АСТ — атомных тепловых пунктов, в которых происходит преобразование атомного энергоносителя в тепловую энергию.

Такое оборудование успешно работает в Нижнем Новгороде и Воронеже. При правильной эксплуатации АЭС является наиболее экологически чистой установкой, а именно:

• незначительные выбросы в атмосферу;
• кислород практически не всасывается;
• парниковый эффект не создается.

Если рассматривать принцип работы АЭС, то следует учитывать катастрофические последствия аварий. Отработанный энергоноситель также требует специального захоронения на ядерных складах.

Гидроэлектростанции

Гидроэлектростанции (ГЭС) — очень эффективные источники энергии. Они используют возобновляемые ресурсы: механическую энергию падающей воды. Необходимую для этого водную опору создают плотины, возводимые над реками и каналами.

Гидравлические установки позволяют сократить транспортные расходы и сэкономить минеральное топливо (на 1 кВтч расходуется примерно 0,4 тонны угля). Они довольно просты в использовании и имеют очень высокий КПД (более 80%). Первичная стоимость такого типа систем в 5… 6 раз ниже, чем у тепловых электростанций, и они требуют гораздо меньше обслуживающего персонала.

Расположение гидроэлектростанции во многом зависит от природных условий, таких как характер и режим реки. Схема работы гидроэлектростанции представлена ​​на рис. 3. В горных районах обычно возводятся гидроэлектростанции высокого давления, на равнинных реках — станции более низкого давления, но они работают с более высоким расходом воды.

Рис. 3. Схема гидроэлектростанции

Для создания давления через русло реки строится плотина, которая накапливает воду в водохранилище и концентрирует падение уровня воды на относительно небольшой площади (по ширине плотины). Как правило, здание гидроэлектростанции непосредственно примыкает к плотине, в которой находится основное оборудование: гидроагрегаты (в машиностроении) и устройства автоматического контроля и управления гидроэлектростанцией.

Подача воды к гидротурбинам осуществляется по напорным трубопроводам. Вращение крыльчатки гидротурбины под давлением падающей воды передается на вал гидрогенератора, который вырабатывает электрический ток. На открытой площадке рядом со зданием гидроэлектростанции или в отдельном здании обычно возводится трансформаторная подстанция гидроэлектростанции с электрощитом.

Мобильные дизельные электростанции

Мобильные дизельные электростанции стали неотъемлемой частью электроснабжения удаленных районов и строительных площадок. Кроме того, они часто используются как аварийные или резервные источники.

Основным оборудованием считается генератор, который вращается от двигателя внутреннего сгорания. Стационарные установки могут иметь мощность до 5 тысяч кВт, а мобильные — не более 1000 кВт.

Одно из их преимуществ — компактный размер, поэтому их можно размещать в небольших помещениях. К недостаткам можно отнести зависимость от наличия топлива, способов доставки и хранения.

Бензиновые электростанции

Бензиновые электростанции имеют свои преимущества:

• относительно невысокая стоимость оборудования по сравнению с другими видами;
• компактность;
• легкий запуск при низких температурах;
• низкий уровень шума силовой установки;
• простота использования.

Основное назначение бензиновых электростанций — это кратковременный источник энергии (до 7-8 часов). Сегодня производители бензиновых электрогенераторов выпускают силовые установки двух типов: с двухтактными и четырехтактными двигателями. Двигатели первого типа устанавливаются на бензогенераторы малой мощности и передвижные электростанции.

Такие установки высокомобильны и могут использоваться практически в любых условиях, поэтому их можно назвать универсальными. Самые мощные стационарные газогенераторы оснащены четырехтактными двигателями, которые обеспечивают большую мощность и более длительный срок службы.

Газовые электростанции

Основные преимущества газовых электростанций:

• ресурс двигателей газовых электростанций на 25% выше, чем у бензиновых и дизельных аналогов;
• газогенератор прост в обслуживании и установке, обладает высокой надежностью;
• дешевле на расходники;
• чистый, бездымный и менее вредный для здоровья выхлоп;
• приемлемый уровень шума.

Основное назначение: использование газовой электростанции в качестве резервного источника или основного источника энергии на неопределенный период времени (при подключении к газопроводу).

Основное преимущество газогенератора заключается в том, что можно одновременно вырабатывать электроэнергию и использовать тепло, получаемое в результате работы газовой электростанции. Это тепло можно использовать, например, для обогрева зданий и других нужд.

Газогенераторы делятся в зависимости от устройства силовых агрегатов, приводящих в действие генератор. Это могут быть газопоршневые двигатели или газовые турбины.

Перед покупкой силовой установки рекомендуется четко оценить планируемую нагрузку на устройство — это будут все устройства, работающие от электрического тока (расчет мощности). Их номинальная мощность и фаза подключения важны. Это два основных фактора, которые повлияют на первоначальный выбор нужного вам генератора.

Выбор силовой установки зависит от нескольких факторов. В первую очередь, это, конечно, определение типа его двигателя, самого генератора и фазы, а затем последующий выбор модели по определенным характеристикам и показателям.

Преимущества и недостатки

Любая силовая установка имеет как достоинства, так и недостатки. Причины такой ситуации могут зависеть от технологических процессов, человеческого фактора и природных явлений.

Тип силовой установки	Достоинство	Недостатки
Тепловой	1. Низкая цена на энергию. 2. Малые капитальные вложения. 3. У них нет конкретной ссылки на какой-либо регион. 4. Низкая стоимость электроэнергии. 5. Все оборудование занимает небольшую площадь.	1. Сильное загрязнение окружающей среды. 2. Высокие эксплуатационные расходы.
Водопроводчик	1. Нет необходимости в добыче и доставке энергоресурсов. 2. Не загрязняет прилегающую территорию. 3. Управление водными потоками. 4. Высокая эксплуатационная надежность. 5. Простота обслуживания и низкая стоимость электроэнергии. 6. Возможность дальнейшего использования природных ресурсов.	1. Наводнения плодородных земель. 2. Большой размер.
Атомный	1. Небольшие объемы вредных выбросов. 2. Небольшое количество энергоносителя. 3. Высокая выходная мощность. 4. Низкие затраты на производство электроэнергии.	1. Вероятность опасного воздействия. 2. Выходная мощность не регулируется. 3. Катастрофические последствия в случае аварии. 4. Высокие капитальные вложения.

Нетрадиционные электростанции (солнечные, геотермальные, приливные, ветровые и др.) Используются в России в небольших количествах.

Несмотря на недостатки, которые в основном связаны с непостоянством природных явлений, дороговизной и малой мощностью, у альтернативных установок есть интересное и многообещающее будущее.

Преимущества АЭС перед ТЭС

Преимущества и недостатки атомных электростанций зависят от типа выработки электроэнергии, с которой мы сравниваем атомную энергетику. Поскольку основными конкурентами атомных электростанций являются теплоэлектростанции и гидроэлектростанции, мы сравним преимущества и недостатки атомных электростанций по отношению к этим видам производства энергии.

ТЭС, то есть тепловые электростанции, бывают двух типов:

1. Конденсация или, для краткости, КЭС используются только для производства электроэнергии. Кстати, другое их название происходит из советского прошлого, КЭС еще называют ГРЭС — сокращенно от «областная государственная электростанция».
2. Когенерационные или когенерационные установки позволяют производить только энергию, не только электрическую, но и тепловую. Если взять, к примеру, жилой дом, ясно, что ОЭС будет обеспечивать электричеством только квартиры, а ТЭЦ также будет обеспечивать отопление.

Обычно тепловые электростанции работают на дешевом ископаемом топливе — угле или угольной пыли и мазуте. Наиболее востребованными сегодня энергоресурсами являются уголь, нефть и газ. По оценкам экспертов, мировых запасов угля хватит еще на 270 лет, нефти — на 50, газа — на 70. Даже школьник понимает, что 50-летних запасов очень мало и их нужно беречь, а не сжигать в печах каждый день.

Атомные электростанции решают проблему нехватки ископаемого топлива. Преимущество атомных электростанций — отказ от ископаемого топлива, что позволяет сохранить газ, уголь и нефть, которые исчезают. Вместо этого уран используется на атомных электростанциях. Мировые запасы урана оцениваются в 6 306 300 тонн. Сколько лет это продлится, никто не думает, т.к. Запасов много, потребление урана невелико, и думать о его исчезновении пока не приходится. В крайнем случае, если запасы урана внезапно увезут пришельцы или испарятся сами по себе, плутоний и торий можно использовать в качестве ядерного топлива. Превратить их в ядерное топливо по-прежнему дорого и сложно, но возможно.

Преимущества атомной электростанции перед тепловой электростанцией также заключаются в снижении количества вредных выбросов в атмосферу.

Что выбрасывается в атмосферу при работе КЭС и ТЭЦ и насколько это опасно:

1. Диоксид серы или диоксид серы — опасный газ, вредный для растений. При попадании внутрь в больших количествах вызывает кашель и удушье. При соединении с водой диоксид серы превращается в сернистую кислоту. Именно благодаря выбросам диоксида серы существует опасность кислотных дождей, опасных для природы и человека.
2. Окислы азота опасны для дыхательной системы человека и животных, они раздражают дыхательные пути.
3. Бензапирен опасен, потому что имеет свойство накапливаться в организме человека. При длительном воздействии может вызвать злокачественные опухоли.

Суммарные годовые выбросы ТЭС на 1000 МВт установленной мощности составляют 13 тысяч тонн в год для газа и 165 тысяч тонн для ТЭЦ, работающих на пылеугольном топливе. Тепловая электростанция мощностью 1000 МВт в год потребляет 8 миллионов тонн кислорода для окисления топлива, преимущества атомной электростанции заключаются в том, что в ядерной энергии в принципе не расходуется кислород.

Вышеуказанные выбросы также не характерны для атомных электростанций. Преимущество атомных электростанций в том, что выбросы вредных веществ в атмосферу атомных электростанций ничтожны и по сравнению с выбросами тепловых электростанций безвредны.

Преимущества атомной электростанции по сравнению с тепловой электростанцией — низкие затраты на транспортировку топлива. Доставка угля и газа на производственные площадки чрезвычайно дороги, в то время как уран, необходимый для ядерных реакций, можно упаковать в небольшой грузовик.

Недостатки АЭС перед ТЭС

1. Недостатки атомной электростанции по сравнению с тепловой электростанцией — это прежде всего наличие радиоактивных отходов. На атомных электростанциях стараются переработать радиоактивные отходы в максимально возможной степени, но их вообще нельзя утилизировать. Конечные отходы на современных атомных электростанциях превращаются в стекло и хранятся в специальных хранилищах. Пока неизвестно, удастся ли когда-нибудь их использовать.
2. К недостаткам атомных электростанций также можно отнести низкий КПД по сравнению с тепловыми электростанциями. Поскольку процессы на ТЭС происходят при более высоких температурах, они более эффективны. На атомных электростанциях этого все еще сложно добиться, потому что циркониевые сплавы, которые косвенно участвуют в ядерных реакциях, не выдерживают экстремально высоких температур.
3. Общая проблема тепловых и атомных электростанций остается отдельной. Недостатком АЭС и ТЭС является тепловое загрязнение атмосферы. Что это значит? При получении ядерной энергии выделяется большое количество тепловой энергии, которая выделяется в окружающую среду. Тепловое загрязнение атмосферы сегодня является проблемой, оно включает в себя множество проблем, таких как создание островов тепла, изменение микроклимата и, в конечном итоге, глобальное потепление.

Современные атомные электростанции уже решают проблему теплового загрязнения и используют собственные искусственные бассейны или градирни (специальные градирни для охлаждения больших объемов горячей воды) для охлаждения воды).

Преимущества и недостатки АЭС перед ГЭС

Преимущества и недостатки атомных электростанций перед гидроэлектростанциями в основном связаны с зависимостью гидроэлектростанций от природных ресурсов.

1. Преимущество атомных электростанций перед гидроэлектростанциями заключается в теоретической возможности строительства новых атомных электростанций, в то время как большинство рек и водохранилищ, которые могут функционировать в интересах гидроэлектростанций, уже заняты. То есть открытие новых ГЭС затруднено из-за отсутствия необходимых мест.
2. Следующее преимущество атомных электростанций перед гидроэлектростанциями — это косвенная зависимость от природных ресурсов. Гидроэлектростанции напрямую зависят от природного резервуара, а атомные электростанции лишь косвенно зависят от добычи урана, все остальное обеспечивается самими людьми и их изобретениями.

Недостатки атомных электростанций по сравнению с водными станциями незначительны: ресурсы, которые атомная электростанция использует для ядерной реакции, и в частности урановое топливо, не возобновляемы. Хотя количество воды является основным возобновляемым ресурсом гидроэлектростанции, работа гидроэлектростанции никоим образом не изменится, и один только уран не может быть восстановлен в природе.

Нетрадиционные виды производства электроэнергии

В последние годы появилось множество публикаций о нетрадиционных возобновляемых источниках энергии. Оценки их широкого использования варьируются от восторженных до умеренно пессимистических. «Зеленые» требуют общей замены всех традиционных видов топлива и атомной энергии на нетрадиционные возобновляемые источники.

К нетрадиционным возобновляемым источникам энергии обычно относятся:

• солнечно,
• ветровая и геотермальная энергия,
• энергия приливов и волн,
• биомасса (растения, различные виды органических отходов),
• низкий энергетический потенциал окружающей среды.

в эту категорию принято включать и малые гидроэлектростанции (мощностью до 30 МВт с удельной мощностью не более 10 МВт), которые отличаются от традиционных более крупных гидроэлектростанций только масштабами.

Эти источники энергии обладают как положительными, так и отрицательными свойствами. К положительным можно отнести вездесущность большинства их видов, экологическую чистоту. Эксплуатационные расходы на использование нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, поскольку энергия из этих источников, так сказать, бесплатна.

К отрицательным качествам относятся низкая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства источников энергии. Первое обстоятельство вынуждает создавать большие площади электростанций, «перехватывающих» поток используемой энергии (принимающие поверхности солнечных систем, площадь ветрового колеса, обширные плотины приливных электростанций и т.д.). Это влечет за собой большой материалоемкость этих устройств и, как следствие, увеличение удельных капитальных вложений по сравнению с традиционными электростанциями. Правда, увеличение капитальных вложений впоследствии окупается за счет низких эксплуатационных расходов, но на начальном этапе они значительно «бьют по карману» тех, кто хочет использовать нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

Более проблематичным является временная изменчивость источников энергии, таких как солнечная радиация, ветер, приливы, сток малых рек и тепло окружающей среды. Если, например, изменение приливной энергии строго циклическое, то процесс получения солнечной энергии, хотя в целом и регулярный, тем не менее содержит значительный элемент вероятности, связанный с метеорологическими условиями. Энергия ветра еще более изменчива и непредсказуема. С другой стороны, геотермальные установки с постоянным потоком геотермальной жидкости в скважинах гарантируют постоянное производство энергии (электрической или тепловой). Более того, заводы, работающие на биомассе, могут обеспечить устойчивое производство энергии, если они снабжены необходимым количеством этого «энергетического сырья».

Говоря о производстве электроэнергии, следует отметить, что это очень специфический вид продукта, который необходимо потреблять одновременно с производством. Его нельзя отправить «на склад», например, уголь, нефть или любой другой товар или товар, поскольку фундаментальная научная и техническая проблема накопления электроэнергии в больших количествах еще не решена, и нет оснований полагать, что это удастся будет исправлено в ближайшее время.

Для небольших автономных ветряных и солнечных электростанций можно и целесообразно использовать электрохимические батареи, но при производстве электроэнергии из этих нерегулируемых источников в промышленных масштабах возникают трудности из-за невозможности постоянного сочетания выработки электроэнергии с ее потреблением. (с программой загрузки). Достаточно мощная энергетическая система, которая также включает ветряные электростанции (ВЭС) или ветряные электростанции (ВЭС) и солнечные электростанции (СЭС), может компенсировать колебания мощности этих станций. Однако в этом случае (во избежание изменения параметров энергосистемы, в первую очередь частоты) доля нерегулируемых электростанций не должна превышать, по предварительным оценкам, 10… 15% (по мощности).

Что касается «бесплатности» большинства видов нетрадиционных возобновляемых источников энергии, то этот фактор нивелируется значительными затратами на приобретение соответствующего оборудования. В результате возникает определенный парадокс, что в основном богатые страны могут использовать бесплатную энергию. В то же время развивающиеся страны, не имеющие современной энергетической инфраструктуры, то есть развитой централизованной сети энергоснабжения, больше заинтересованы в использовании нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Для них создание автономного питания с использованием нетрадиционных источников могло бы быть решением проблемы, но из-за их бедности у них нет средств для покупки достаточного количества необходимого оборудования. С другой стороны, богатые страны не испытывают энергетического голода и проявляют интерес к альтернативным источникам энергии, главным образом из соображений экологии, энергосбережения и диверсификации источников энергии.

В целом использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии во всем мире приобрело ощутимый размах и устойчивую тенденцию к росту. В некоторых странах доля нетрадиционных источников в энергетическом балансе составляет несколько процентных пунктов. По разным прогнозным оценкам, которых нет на данный момент, эта доля в 2010-2015 годах во многих штатах достигнет или превысит 10%. Различные виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии находятся на разных стадиях развития. Как это ни парадоксально, наибольшее применение получил самый изменчивый и нестабильный вид энергии — ветер. Общая установленная мощность крупных ветряных турбин и ветряных электростанций в мире, по разным оценкам, составляет от 10 до 20 ГВт. Кажущийся парадокс объясняется тем, что удельные инвестиции в ветряные турбины ниже, чем при использовании большинства других типов возобновляемых источников энергии.

Растет не только общая мощность ветряных турбин, но и их единичная мощность, которая превысила 1 МВт.

Во многих странах появилась новая отрасль: ветроэнергетика. Судя по всему, в ближайшем будущем ветроэнергетика сохранит лидирующие позиции. Мировые лидеры по использованию энергии ветра — США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия. Второе место по объему использования занимает геотермальная энергия. Суммарная мировая мощность геотермальной электростанции составляет не менее 6 ГВт. Они вполне конкурентоспособны по сравнению с традиционными топливными электростанциями. Однако геотермальные установки географически связаны с залежами гидротермальных паровых флюидов или с тепловыми аномалиями, которые не имеют широкого распространения, что ограничивает область применения геотермальных установок. Наряду с геотермальными электростанциями широко используются геотермальные системы теплоснабжения.

Затем идет солнечная энергия. Он в основном используется для производства тепла низкой интенсивности для горячего водоснабжения и отопления. Преобладающим типом оборудования здесь являются так называемые плоские солнечные коллекторы. Их мировое производство, по нашим оценкам, составляет не менее 2 млн м2 в год, а производство низкокачественного тепла за счет солнечной энергии достигает 5 × 106 Гкал.

Преобразование солнечной энергии в электричество идет все активнее. Здесь используются два метода: термодинамический и фотоэлектрический, причем последний с большим отрывом. Таким образом, общая мировая мощность автономных фотоэлектрических станций достигла 500 МВт. Здесь стоит упомянуть проект Thousand Roofs в Германии, где 2250 домов были оборудованы фотоэлектрическими системами. В этом случае роль резервного источника играет электросеть, недостаток энергии от которой компенсируется. В случае избытка энергии она, в свою очередь, передается в сеть. Любопытно, что при реализации этого проекта до 70% стоимости установок было оплачено из федерального и краевого бюджетов. США приняли еще более амбициозную программу «Миллион солнечных крыш», рассчитанную до 2010 года. Федеральный бюджет на ее реализацию составит 6,3 миллиарда долларов. Однако до сих пор большинство автономных фотоэлектрических систем было получено в результате международной финансовой поддержки развивающимся странам, где они больше всего нужны. Значительное развитие получило направление, связанное с использованием низкопотенциального тепла окружающей среды (воды, почвы, воздуха) с помощью тепловых насосных агрегатов (ТНУ). В ТНУ при потреблении одной единицы электроэнергии вырабатывается 3-4 эквивалентных единицы тепловой энергии, поэтому их использование в несколько раз выгоднее, чем прямое электрическое отопление. Также они успешно конкурируют с топливными электростанциями.

Не менее интенсивно развивается использование энергии биомассы. Последние могут быть преобразованы в технически удобные виды топлива или использованы для получения энергии путем термохимического (сжигание, пиролиз, газификация) и (или) биологического преобразования. В этом случае используются древесные и другие растительные и органические отходы, в том числе бытовые отходы, отходы животноводства и птицы. Конечными продуктами биологического преобразования являются высококачественный и экологически чистый биогаз и удобрения. Это направление важно не только с точки зрения производства энергии. Возможно, это даже более ценно с экологической точки зрения, так как решает проблему утилизации опасных отходов.

В последние годы наблюдается возрождение интереса к созданию и использованию малых гидроэлектростанций. Они получают все большее распространение во многих странах на новых и более высоких технических основах, связанных, в частности, с полной автоматизацией их работы с дистанционным управлением.

Практическое применение приливной энергии развито гораздо меньше. В мире существует только одна крупная приливная электростанция (ТЭС) мощностью 240 МВт (Ранс, Франция). Еще менее развито использование энергии морских волн.

В России их практическое применение значительно отстает от масштабов, достигнутых в других странах. И это несмотря на такие благоприятные условия, как практически неограниченные ресурсы нетрадиционных возобновляемых источников энергии, достаточно высокий научно-технический и производственный потенциал в этой сфере.