Aльтернативное электроснабжение
В этой статье пойдет речь не о традиционных, повсеместно используемых источниках энергии таких например, как бензин или дизельное топливо. Это источники химической энергии, которая в бензиновых и дизельных электростанциях преобразуется в механическую, с дальнейшим преобразованием механической энергии в электроэнергию. Попытаемся дать некоторые сведения о сравнительно новых источниках энергии, которых называют альтернативными, и методах получения на их основе электрической энергии. Привлекательность таких источников энергии объясняется тем, что по сравнению с традиционными невозобновляемыми источниками на основе ископаемого топлива, они возобновляемы, бесплатны, экологически чисты и могут быть использованы в доступных, дешевых электрогенерирующих установках, помогая в решении проблем экологии и энергосбережения. В то же время, в производстве альтернативной электроэнергии, как и в любом производстве, важнейшим вопросом является вопрос экономической целесообразности.
Ветряные электростанции
В таких электростанциях происходит преобразование механической (кинетической) энергии ветра в электрическую. Осуществляется это очень просто: воздушный поток приводит в движение лопасти ветряка (ветродвигателя), а тот в свою очередь вращает вал электрогенератора, который и вырабатывает электроэнергию. Ветродвигатели бывают самого разного конструктивного исполнения: крылатые, роторные, карусельные, барабанные; с улавливанием ветра любого направления и с разворачиванием по ветру; с различными коэффициентами использования ветра. Структура ветряных электростанций также различна. Они могут состоять из ветродвигателя, электрогенератора, устройства автоматического управления их работой для эксплуатации электростанции при различных скоростях ветра. В качестве резерва в случае безветрия используется тепловой двигатель. В другом случае напряжение электрогенератора с нестабильными параметрами, зависящими от скорости ветра, используется для зарядки аккумуляторной батареи, от которой запитывается инвертор. Он и снабжает нагрузку стабилизированным стандартным напряжением 220В/50Гц.
Любые ветряные электростанции должны быть установлены с обеспечением достаточной скорости ветрового потока и оборудованы сооружениями для их обслуживания. Мощность ветряных электростанций невелика — максимум 1-1,5 кВт. Поэтому применяться они могут для электроснабжения небольших объектов, удаленных от централизованной сети, или в качестве резерва для электропитания коттеджей. Положительные стороны применения ветряных электростанций налицо — это бесплатный, экологически чистый источник энергии, низкая стоимость ветроэнергетических установок. Однако существует и множество минусов. Во- первых — это ограниченная мощность, во-вторых — зависимость от скорости ветра, в третьих — убыточность при невысоких значениях среднегодовой скорости ветра и нерентабельность при выработке электроэнергии мощностью более 0,1 кВт.
К этому можно добавить шумность ветряных электростанций и потребность в больших площадях.
И все же, при благоприятных условиях, они могут выгодно и успешно применяться для электропитания маломощных устройств (например, телевизоров,компьютеров и т.п) удаленных потребителей.
Солнечные электростанции
Получение электрической энергии из солнечной осуществляется путем термодинамического преобразования. Солнечное излучение обладает невысокой плотностью энергетического потока,подвержено периодическим суточным и сезонным изменениям, зависит от метеорологических факторов. Очевидно, что последнее очень важно учитывать при проектировании и выборе места для солнечной электростанции. Очевидно и другое: для стабильного и эффективного производства электроэнергии такая электростанция должна иметь тепловой аккумулятор. В общих чертах термодинамический преобразователь работает следующим образом: солнечная радиация улавливается специальной системой, приемной системой преобразуется в тепло, которое передается в систему переноса теплоносителя. Эта система доставляет тепло от приемника к тепловому аккумулятору или теплообменникам-источникам тепловой машины.Выработанная тепловым генератором или солнечной батареей электроэнергия используется для зарядки аккумулятора ,питающего инвертор, который и выдает стандартное напряжение 220В/50Гц.
Конструктивно солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический модуль, основу которого составляют электрически соединенные моно-кристаллические сэллы. Существуют различные типы фотоэлектрических модулей с разной конфигурацией и мощностью, что делает достаточно широкой сферу их применения. Изготавливаются они из монокристаллического кремния, оснащаются светопропускающим защитным покрытием и способны эффективно и надежно работать в неблагоприятных климатических условиях. О солнечных электростанциях можно сказать то же, что и о ветряных: их применение экономически целесообразно только для электроснабжения маломощных потребителей.
Приливные электростанции
Причина приливов и отливов на Земле стала известна довольно давно. Периодические изменения уровня моря в течении суток происходят из-за действия гравитационных полей Солнца и Луны, орбитальное вращение которой отстает от вращения Земли вокруг своей оси. Сотни лет люди используют энергию приливов для работы мельниц, насосов, транспортировки массивных грузов. В 20 веке стали задумываться о применении приливов в сфере электроэнергетики. Сегодня в свете энергетических и экологических проблем использование огромного энергетического потенциала Мирового Океана вызывает большой интерес. Электроэнергия, полученная из энергии приливов, становится все большей составной частью общей электроэнергии, вырабатываемой всеми электростанциями.
Для преобразования энергии приливов в электрическую применяются приливные электростанции (ПЭС). Принцип действия простейшей приливной электростанции заключается в использовании перепада уровней воды во время прилива и отлива. Для этого, залив или устье реки перекрывается плотиной для создания водозаборного бассейна. Во время прилива он наполняется через открытые клапана плотины до тех пор, пока уровни воды в море и бассейне не сравняются. Тогда, клапана закрываются до того момента, когда уровень воды в результате отлива, максимально понизится. При достижении максимального перепада уровней, вода бассейна через открытые клапана, под действием силы тяжести, устремляется вниз и вращает установленные в теле плотины, гидротурбины. В такой электростанции используется движение воды в одну сторону. Приливные электростанции двустороннего действия, для работы своих турбин, используют ,как движение воды из бассейна в море ,так и обратное движение воды из моря в бассейн. Более сложные электростанции с большим количеством бассейнов позволяют увеличить время выработки электроэнергии, но требуют и больших затрат.
Гидротурбина конструктивно представляет собой вертикальную или горизонтальную лопаточную машину, которая по принципу действия может быть активной (свободоструйной) или реактивной (напороструйной).
Гидрогенераторы, соединенные с турбинами, имеют мощность от нескольких МВТ до сотен МВТ и делятся на горизонтальные и вертикальные, тихоходные (до 100 об/мин) и быстроходные(свыше 100 об/мин).
Гидротурбина может работать и с насосом, который закачивает воду в бассейн для работы электростанции во время отсутствия приливов и отливов. Такая электростанция называется гидроаккумулирующей.
Наиболее эффективно использование в приливных электростанциях капсульных гидроагрегатов, которые могут выполнять функции и генератора, и насоса, и водопропускного клапана. Однако ,все равно, не удается полностью ликвидировать такой недостаток приливных электростанций ,как неравномерность вырабатывания электроэнергии ввиду цикличности приливов и отливов.
Поэтому, наиболее целесообразно применение приливных электростанций в качестве пиковых в составе энергосистемы, в которую входят электростанции распространенных типов достаточной мощности.
В этом случае, электростанция аккумулирует энергию при небольших нагрузках и работает в генераторном режиме при максимальных.
В общем случае, мощность приливной электростанции определяется количеством и характеристиками турбин, амплитудой приливных колебаний, которая для экономической целесообразности должна быть не менее 4м.
Для более четкого представления о перспективах использования в качестве источников электроснабжения приливных электростанций необходимо познакомиться с перечнем их основных достоинств и недостатков.
К преимуществам использования приливных электростанций относятся возобновляемость энергии, высокая экономичность, низкая себестоимость производства электроэнергии, предсказуемость в работе, безопасность.
К недостаткам можно отнести высокую стоимость строительства, неравномерность вырабатывания электроэнергии, невысокую мощность относительно занимаемой площади, сложность выбора подходящего места. В заключении следует сказать, что использование возобновляемой, экологически чистой, безопасной энергии морских приливов является в настоящий момент одним из приоритетных направлений в решении проблем современного энергопотребления.
Геотермальные электростанции
Источником геотермальной энергии является природное тепло Земли. Речь идет о тепле воды, которая, на небольших глубинах геологически активных участков, нагревается до температуры более высокой чем температура кипения.Иногда она вырывается на поверхность в виде гейзеров. До горячей воды можно также добраться путем бурения скважин. Используется и газ, растворенный в воде. Кроме этого, существует множество не таких активных зон, где на небольшой глубине находятся пласты, нагретые до 100*С и больше. Закачивая воду под давлением в эти пласты, можно получать горячую воду и пар. В общем случае температура воды повышается с глубиной, причем в зонах сейсмической активности, на границах тектонических плит, это происходит быстрее. Понятно, что чем ближе к поверхности горячая вода, тем меньше затрат на бурение и качание. Огромным энергетическим потенциалом обладает магма. Она имеет очень высокую температуру и выходит на поверхность в местах наиболее тонкой земной коры и активных вулканов.
Геотермическое тепло воды и пара может непосредственно идти на обогрев помещений или участвовать в производстве электроэнергии. Производство электроэнергии за счет геотермальной осуществляется в геотермальных электростанциях.
Для работы таких электростанций используются горячая вода и пар, полученные искусственным или естественным путем. В первом случае вода через отверстие закачивается к нагретым слоям земной коры , нагревается до образования пара и выкачивается через другую скважину.
В другом случае вода нагревается до высокой температуры в недрах земли естественным путем и выкачивается наверх или поднимается самостоятельно под давлением. В зависимости от температуры теплоносителя применяются три основных схемы преобразования геотермальной энергии в электрическую. В так называемой прямой схеме используется сухой пар, непосредственно поступающий в турбину, с которой соединен электрогенератор. В геотермальных электростанциях с непрямой схемой работы используется перегретый гидротермальный раствор (парогидротермы), который нагнетается в испаритель, полностью превращается в сухой пар,который приводит в действие турбину. В электростанциях смешанного типа (с бинарным циклом производства) полученные из недр горячая вода и пар не контактирует с турбиной, а посредством теплообменника, выпаривают другую жидкость с более низкой температурой кипения.Такие электростанции наиболее перспективны из-за самого большого ресурса геотермальной воды умеренной температуры.
К преимуществам геотермальной энергетики относятся экономическая эффективность, экологическая чистота, возобновляемость и бесперебойность использования природного тепла. К недостаткам — необходимость определенных геологических условий для постройки, опасность возникновения сейсмической активности, высокая стоимость строительства электростанции.
Преимущества использования геотермальных источников тепла, огромный энергетический потенциал тепла Земли делают геотермальные электростанции одними из наиболее перспективных альтернативных источников электроэнергии.
