Скачать презентацию Энергетика Вчера Сегодня Завтра Белоусов В
0 - Источники энергии.ppt
- Количество слайдов: 158
Скачать презентацию Энергетика Вчера Сегодня Завтра Белоусов В
Скачать презентацию Энергетика Вчера Сегодня Завтра Белоусов В
Энергетика Вчера – Сегодня – Завтра Белоусов В. Н. СПб. ГТУРП к. т. н. каф. Промышленной теплоэнергетики
Источники энергии Традиционные рганическое топливо - ТЭС Возобновляемые Ветер - ВЭС Ядерное топливо - АЭС Солнце - СЭС Гидроэнергетика - ГЭС Приливы и волны - ПЭС Геотермальные ЭС Биотопливо Водород Альтернативная энергетика
Возобновляемые источники энергии • Возобновляемые ресурсы — природные ресурсы, запасы которых восстанавливаются быстрее, чем используются. • Термин был введён в обращение как противопоставление понятию «невозобновляемые ресурсы» , т. е. ресурсы, запасы которых могут быть исчерпаны уже в ближайшее время при существующих темпах использования. • Многие ресурсы, которые относят к возобновляемым, на самом деле не восстанавливаются и когда-нибудь будут исчерпаны. • Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – в современной мировой практике к ВИЭ относят: солнечную, ветровую, геотермальную энергии, энергию морских течений, волн, приливов, биомассу животного, растительного и бытового происхождения.
Доля ВИЭ в энергопотреблении стран ЕЭС - 2005
Percentage of renewables in primary energy consumption of EU-member states in 2005 >15 % - Sweden, Finland, Denmark, Austria, Latvia <15 % - Portugal, Estonia, Romania, Slovenia <10 % - Spain, France, Italy, Greece, Bulgaria, Lithuania <5 % - Germany, Poland, Czech Republic, Slovakia, Hungary <3 % - Great Britain, Ireland
Мировой энергетический баланс Более 80% энергии в мире получают путём сжигания ископаемого топлива на ТЭС 37 % - нефть, 24 % - газ, 24 % - уголь Франция – 85, 6 % - АЭС, Норвегия – 99 % - ГЭС Потребление энергоресурсов в ХХ веке 1900 г. – 950 млн. т. у. т. Последующее удвоение – 1936 – 1958 – 1973 – 1986 – 1998 … Доля нефти и газа: 1900 – 4 %, 1950 – 33 %, 1980 – 65 %
Условное топливо Основной показатель топлива — теплота сгорания (теплотворная способность). Для сравнения различных видов топлива введено понятие условного топлива. Условное топливо – это некий эквивалент, или «фиктивное» топливо, теплота сгорания которого принимается равной 7000 ккал/кг (29, 3 МДж/кг), что примерно соответствует каменному углю.
Структура генерирующих мощностей
Франция - Энергетический баланс - 2006 ПРОИЗВОДСТВО (%) Уголь и торф – 0, 2 Сырая нефть – 0, 8 Продукты переработки нефти – 0 Газ – 0, 8 Гидроэнергетика – 3, 5 Ядерная энергетика – 85, 6 Геотермальная энергия, солнце и т. д. – 0, 3 Горючие ВИЭ и мусор – 8, 8 Всего – 137021 тыс. т. н. э.
Energy in Norway • Since the discovery of North Sea oil in Norwegian waters during the late 1960 s, exports of oil and gas have become very important elements of the Economy of Norway. • Norway is the third largest oil exporter on Earth (8 th largest producer), producing daily around 3 million barrels of oil, and the world's sixth largest producer of natural gas, having significant gas reserves in the North Sea. Norway also possesses some of the world's largest potentially exploitable coal reserves (located under the Norwegian continental shelf) on Earth. • Electricity generation in Norway is almost entirely from hydroelectric power plants. Of the total production in 2005 of 137. 8 TWh, 99 % was from hydroelectric plants, 0, 6 % was from thermal power, and 0, 4 % was wind generated.
Net Generation by Energy Source USA 2007 Coal – 48, 5 % Petroleum – 1, 6 % Natural gas – 21, 6 % Other gases – 0, 3 % Nuclear – 19, 4 % Hydroelectric Conventional – 6, 0 % Other Renewables – 2, 5 % Hydroelectric pumped storage – (- 0, 2) % Other – 0, 3 % Total – 4. 156. 745 t. MWh (thousand Megawatthours)
Россия - Генерирующие мощности и их структура • Основа производственного потенциала российской энергетики – 600 ЭС общей мощностью 210 ГВт. • Установленная мощность: 67 % - ТЭС – 141 ГВт, 21 % - ГЭС и ГАЭС – 45 ГВт, 11 % - АЭС (10 станций, 30 энергоблоков) – 23 ГВт. • ТЭС - европейская часть (включая Урал) – 80 % на газе и мазуте, восточная часть – свыше 80 % на угле. • Около 55 % мощности ТЭС – это ТЭЦ, совместно вырабатывающие электроэнергию и тепло, 45 % - КЭС.
Топливно-энергетический баланс России Приход (%) Расход (%) ТЭС - 91 Производство электроэнергии - 12 Природный газ - 42 Выработка теплоты - 16 Нефть - 32 Технология - 17 Уголь - 17 Транспорт - 16 ГЭС, АЭС и др. - 9 Сельское хозяйство - 4 Экспорт - 35
Экология Мы все живём в едином пространстве, и границы между государствами не могут препятствовать “нарушению” этих границ со стороны газовых выбросов. Поэтому проблема снижения выбросов (не только парниковых газов и даже вообще не только газовых выбросов) является глобальной. К примеру, Россия “поставляет в мировую атмосферную помойку” лишь 4 % от общего мирового объёма выбросов СО 2, а российские леса “перерабатывают” около 25 % суммарного мирового поступления углекислого газа. Даже экологически чистая Норвегия, где 99 % электроэнергии вырабатывается на ГЭС на, “импортирует” более 90 % вредных веществ из других стран.
Экология в теплоэнергетике Тепловые электростанции и котельные, потребляя огромное количество газообразного, жидкого и твёрдого топлива, выбрасывают в атмосферу продукты сгорания, содержащие: • • • Золу (пыль) Оксиды серы Оксиды азота Оксиды углерода Продукты химического недожога Полициклические ароматические углеводороды
Экология в теплоэнергетике 1 • Ископаемые топлива (ИТ) – НВИЭ, поскольку на их образование уходят миллионы лет, а запасы истощаются значительно быстрее, чем пополняются. • Производство и потребление ИТ вызывают экологические проблемы. • При сжигании ИТ производится 21, 3 Гт СО 2 в год, при этом лишь половина поглощается в результате естественных природных процессов. • Диоксид углерода – один из парниковых газов, приводящих к глобальному потеплению, взывающему увеличение температуры земной поверхности.
Экология в теплоэнергетике 2 • Более 90 % парниковых газов – результат сжигания ИТ. • При сжигании ИТ кроме того образуются оксиды азота, оксиды серы, летучие органические соединения, тяжёлые металлы и т. д. • Кислотные дожди – пагубное воздействие на флору и фауну, монументы и скульптуры (мрамор и известняк) • Сжигание угля приводит к огромным выбросам летучей золы и шлака.
Global fossil carbon emission
Киотский протокол — международный документ, принятый в Киото (Япония) в декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК). Статус соглашения • По состоянию на февраль 2009 года Протокол подписан и ратифицирован 183 странами мира. • Заметным исключением из этого списка являются США. Цель - сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов (на 5, 2 % от уровня 1990 г. ) Основные обязательства взяли на себя индустриальные страны: • Евросоюз должен сократить выбросы на 8 %, • Япония и Канада - на 6 %, • Страны Восточной Европы и Прибалтики - в среднем на 8 %, • Россия и Украина - сохранить выбросы в 2008 -2012 г. до уровня 1990 г. • Развивающиеся страны, включая Китай и Индию, обязательств на себя не брали. • Австралия + 8 %, Исландия + 10 %. Киотский протокол и Россия • Президент РФ Владимир Путин подписал его 4 ноября 2004 года.
Participation in the Kyoto Protocol: dark green indicates countries that have signed and ratified the treaty, yellow is signed, but not yet ratified, grey is not decided and red is signed but no intention of ratifying.
Мировые выбросы СО 2, % 4 9 21 19 36 3 5 3
Гидроэнергетика - ГЭС Россия занимает 2 место в мире по экономическому потенциалу гидроресурсов, составляющему 852 млрд. к. Вт-час. Первенец ГОЭЛРО – Волховская ГЭС – проектная мощность 200 тыс. к. Вт Волга - Волжская ГЭС – 2, 55 ГВт, Жигулёвская ГЭС – 2, 32 ГВт Сибирь: Ангаро-Енисейский каскад Ангара – ресурс выработан на 80 % Братская ГЭС – 4, 52 ГВт Усть-Илимская ГЭС – 3, 84 ГВт Богучанская ГЭС – 3 ГВт Енисей – ресурс – 32 ГВт – выработано более 30 % Красноярская ГЭС – 6 ГВт Саяно-Шушинская ГЭС – 6, 4 ГВт
Саяно-Шушинская ГЭС The largest HEP in Russia - 6, 4 GW - 15% of total hydro energy and 2% of total installed energy capacities. Dam height 245 m, length 1066 m.
Авария 17 августа 2009 года • В 8: 13 -8: 30 местного времени 17. 08. 2009 на станции произошла авария на гидроагрегате № 2 с его разрушением и поступлением большого количества воды в помещение машинного зала. • В результате аварии погибли 72 человека. • По оценкам специалистов на полное восстановление агрегатов Саяно-Шушенской ГЭС может понадобиться порядка трёх лет и 10 млрд. рублей.
Перспективы гидроэнергетики • Проект строительства Эвенкийской ГЭС на реке Нижняя Тунгуска в Красноярском крае. Срок – 2015 г. Проектная мощность 8 ГВт с возможностью увеличения до 12 ГВт. Ориентировочная стоимость проекта 10 млрд. $. • Перспективы: р. Лена • В Китае заканчивается строительство крупнейшей в мире ГЭС на реке Янцзы (начало – 1994 г. ). Строительство обошлось в 39 млрд. $. “Три ущелья” – высота – 101 м, длина – более 2 км. Проектная мощность - 22, 5 ГВт.
Country Annual Hydroelectric Percent of all Installed Capacity (GW) electricity Energy Production (TWh) 1. China 585 172 17 2. Canada 370 89 61 3. Brazil 364 69 86 4. United States 251 80 6 5. Russia 167 45 18* 6. Norway 141 28 99 7. India 116 34 16 8. Venezuela 87 - 67 9. Japan 69 27 7 10. Sweden 66 16 44 11. Paraguay 64 - 100 12. France 63 25 11
Countries with the most hydro-electric capacity The top six dams, in descending order of their annual electricity generation, are: 1. Three Gorges Dam in China 2. Itaipu Dam on the border of Paraguay and Brazil 3. Guri Dam in Venezuela 4. Tucurui Dam in Brazil 5. Sayano-Shushenskaya Dam in Russia 6. Krasnoyarsk Dam also in Russia. • Brazil, Canada, Norway, Switzerland Venezuela are the only countries in the world where the majority of the internal electric energy production is from hydroelectric power, while Paraguay not only produces 100 % its electricity from hydroelectric dams, but exports 90 % of its production to Brazil and to the Argentine. • Norway produces 98 -99 % of its electricity from hydroelectric.
The Three Gorges Dam, the largest hydroelectric power station in the world
The Three Gorges Dam • The Three Gorges Dam is a hydroelectric river dam that spans the Yangtze River in China. It is the world's largest electricitygenerating plant of any kind. • The dam body was finished in 2006 and all of the originally planned dam components of the project were completed on October 30, 2008, when the 26 th generator was brought into commercial operation. • Currently, it contains 32 main generators, each with a capacity of 700 MW. Six additional generators in the underground power plant are being installed and are not expected to become fully operational until around 2011. • The total electric generating capacity of the dam will then reach 22. 500 MW. • However, the dam has also flooded archaeological and cultural sites and displaced some 1. 24 million people, and is causing significant ecological changes, including an increased risk of landslides. The building of the dam has been a controversial topic both in China and abroad.
Three Gorges Dam – Main information • Length - 2, 335 m • Height - 101 m • Width (at base) - 115 m • Construction began - December 14, 1994 • Construction cost - Estimated 180 billion yang (39 billion US $) • Power generation information: Turbines – 32 Installed capacity – 22. 500 MW
Альтернативная энергетика Гидроаккумулирующие электростанции - ГАЭС Для регулирования электроснабжения - ГАЭС. Плотина разделяется на 2 водоёма, и в ней устанавливаются обратимые гидроагрегаты, которые могут работать и как турбина, и как насос. В ночное время, в фазе “провала” нагрузки, гидроагрегаты ГАЭС используют избыточную энергию тепловых и атомных станций (диапазон изменения нагрузки на ТЭС – 30 %, а на АЭС – 10 %, поэтому “отключить совсем на ночь” их невозможно) и работают в режиме насоса, перекачивая воду из нижнего бьефа в верхний. Утром и вечером, в фазах “пика” нагрузки, аккумулированная в верхнем бьефе вода используется турбиной гидроагрегата для выработки недостаточной энергии.
Hydroelectric-pumped-storage station
Power distribution, over a day, of a pumped-storage hydroelectricity facility. Green represents power consumed in pumping; red is power generated.
Nuclear weapon • • During the final stages of World War II in 1945, the United States conducted two atomic bombings against Japan in the cities of Hiroshima and Nagasaki. The mushroom cloud resulting from the nuclear explosion over Nagasaki rises 18 km into the air from the hypocenter.
Ядерная энергетика - АЭС • Атомный реактор (котёл) – происходит расщепления ядра атома и использование выделяемого тепла для превращения воды в пар. Однако водяной пар, производимый в атомном ректоре, может содержать радиоактивные частицы. Поэтому теплоноситель из реактора целесообразно направлять в испаритель, причём во второй контур испарителя подаётся химически чистая вода, которая превращается в пар и поступает в обычную паровую турбину. Пар второго контура не имеет радиоактивных частиц, т. е. безвреден для персонала. Проблемы: • высочайшие требования к надёжности, • необходимость захоронения радиоактивных отходов (отработанного топлива). • Первая АЭС в мире – Обнинская АЭС – 1954 г. , мощность 5 МВт (сейчас вне эксплуатации).
First steps • • • Electricity was generated for the first time by a nuclear reactor in 1951 at the Experimental Breeder Reactor I (EBR-I) in the USA. EBR-I is a decommissioned research reactor and U. S. National Historic Landmark located in the desert about 18 miles (29 km) southeast of Arco, Idaho. At 1: 50 pm on December 20, 1951 it became the world's first electricitygenerating nuclear power plant when it produced sufficient electricity to illuminate four 200 -watt light bulbs. It subsequently generated sufficient electricity to power its building, and continued to be used for experimental purposes until it was decommissioned in 1964. On June 27, 1954, the USSR's Obninsk Nuclear Power Plant became the world's first nuclear power plant to generate electricity for a power grid, and produced around 5 MW of electric power. The first nuclear-powered submarine, USS Nautilus (SSN-571), was put to sea in December 1954. It was also the first vessel to complete a submerged transit across the North Pole. Two U. S. nuclear submarines, USS Scorpion and USS Thresher, have been lost at sea. These vessels were both lost due to malfunctions in systems not related to the reactor plants.
The first nuclear-powered submarine, USS Nautilus (SSN-571)
Атомная энергетика - Перспективы • США – 103 действующих АЭС. К 2050 г. – до 300. Уже более 30 лет не строили новых АЭС. • Франция – 80 % электроэнергии вырабатывается на АЭС!!! • Япония - примерно 30 % электроэнергии вырабатывается на АЭС – 53 реактора (больше только в США и во Франции). • Великобритания - На 2006 г. 23% (по другим данным около 30 %) потребностей британской энергетики обеспечивается за счёт работы 31 реактора на 14 АЭС. Тенденция сокращения из-за окончания сроков эксплуатации. • Швеция - принято решение отказаться от использования атомной энергии (по итогам референдума 1980 г. на пике ядерных протестов). Четыре действующие АЭС планировалось демонтировать к 2010 г. Лишь в 2005 г. остановлен 2 -й атомный ректор Barseback (1 -й остановлен в 1999 г. ) – маломощная станция, трубы которой видны из Копенгагена. Из экономических соображений решено действующие станции модернизировать, а срок службы продлить до 2030 г. • Дания не использует АЭС. • Финляндия к 2009 г. собирается запустить 5 -й атомный реактор.
Nuclear power • As of 2005, nuclear power provided 2. 1 % of the world's energy and 15 % of the world's electricity, with the U. S. , France, and Japan together accounting for 56. 5 % of nuclear generated electricity. • Despite concerns about safety and radioactive waste management there are 439 nuclear power reactors in operation in the world, operating in 31 countries. • In 2007, nuclear power's share of global electricity generation dropped to 14 %. According to the International Atomic Energy Agency, the main reason for this was an earthquake in western Japan on 16 July 2007, which shut down all seven reactors at the Kashiwazaki-Kariwa NPP. There were also several other "unusual outages" experienced in Korea and Germany.
Nuclear power in the world • The United States produces the most nuclear energy, with nuclear power providing 19 % of the electricity it consumes, while France produces the highest percentage of its electrical energy from nuclear reactors – 78 % as of 2006. • In the European Union as a whole, nuclear energy provides 30 % of the electricity. Nuclear energy policy differs between European Union countries, and some, such as Austria, Estonia, and Ireland, have no active nuclear power stations. In comparison, France has a large number of these plants, with 16 multi-unit stations in current use. • Many military and some civilian ships (such as some icebreakers) use nuclear marine propulsion. A few space vehicles have been launched using full-fledged nuclear reactors: the Soviet RORSAT series and the American SNAP -10 A.
The Nuclear Fuel Cycle begins when uranium is mined, enriched, and manufactured into nuclear fuel (1), which is delivered to a nuclear power plant. After usage in the power plant, the spent fuel is delivered to a reprocessing plant (2) or to a final repository (3) for geological disposition. In reprocessing 95 % of spent fuel can be recycled to be returned to usage in a power plant (4).
History of the use nuclear power and the number of active nuclear power plants • • Installed nuclear capacity initially rose relatively quickly, rising from less than 1 GW in 1960 to 100 GW in the late 1970 s, and 300 GW in the late 1980 s. Since the late 1980 s worldwide capacity has risen much more slowly, reaching 366 GW in 2005. In 2005, around 25 GW of new capacity was planned. More than two-thirds of all nuclear plants ordered after January 1970 were eventually cancelled.
Accidents at NPP • The 1979 accident at Three Mile Island the 1986 Chernobyl disaster played a part in stopping new plant construction in many countries. • Unlike the Three Mile Island accident, the much more serious Chernobyl accident did not increase regulations affecting Western reactors since the Chernobyl reactors were of the problematic RBMK (High Power Channeltype Reactor) design only used in the Soviet Union. • Many of these reactors are still in use today. However, changes were made in both the reactors themselves (use of low enriched uranium) and in the control system (prevention of disabling safety systems) to reduce the possibility of a duplicate accident.
РБМК (Реактор Большой Мощности Канальный)
Технические характеристики РБМК-1000 Тепловая мощность реактора – 3000 МВт Электрическая мощность блока – 1000 МВт КПД блока – 31, 3 % Давление пара – 65 атм Температура пара – 280 °С Размеры активной зоны: высота – 7 м, диаметр – 11, 8 м Загрузка урана – 192 т
Схема энергоблока АЭС с реактором типа РБМК
Схема АЭС
Схема АЭС с реактором РБМК-1000
Атомные электростанции России • Действующие: Балаковская • Белоярская • • • Билибинская • Ростовская • Калининская • Кольская • Курская • Ленинградская • Нововоронежская • Смоленская Проектируемые: Кольская-2 • Курская-2 • Нижегородская • Приморская • Северская • Смоленская-2 • Тверская • Центральная • Южно. Уральская Строящиеся: Балтийская • Ленинградская-2 • Нововоронежская-2 • Плавучая Остановленные: Обнинская • Сибирская Недостроенные: Башкирская • Воронежская АСТ • Горьковская АСТ • Татарская
Россия = 2010 = По состоянию на 2010 год эксплуатируется 11 энергоблоков с РБМК на трёх АЭС (? ? ? ): Ленинградской, Курской и Смоленской. • Остановлены три энергоблока на Чернобыльской АЭС. Ещё один блок (№ 4) ЧАЭС был разрушен в результате аварии 26 апреля 1986 г. • Ведётся строительство РБМК третьей очереди на пятом энергоблоке Курской АЭС. • Развитие концепции канального уран-графитового реактора осуществляется в проектах МКЭР — Многопетлевой Канальный Энергетический Реактор
АЭС - Энергетическая стратегия России • В течение 25 лет планируется построить 40 атомных энергоблоков, что позволит увеличить долю выработки электроэнергии на атомных станциях до 22 -23%, а в Европейской части – до 40 % (по данным “Росатом”). • Строительство одного энергоблока обойдётся в 50 млрд. руб. , т. е. в сумме = 2 трил. руб. = 70 млрд. $.
Термоядерный реактор • Первая электростанция на основе термоядерного реактора ИТЭР (ITER – International Thermonuclear Experimental Reactor) может быть построена к 2020 г. • Расчётная мощность реактора 500 МВт. • Начало строительства – 2007 г. (проект 1990) • Место размещения – Франция (ядерный центр Кадараш). • 2019 -2037 – эксперименты • 2026 – первые реакции термоядерного синтеза • 2040 – производство электроэнергии • Общая стоимость проекта порядка 20 млрд. $. Финансирование: Япония ~ 20 %, Россия, США, Китай, Индия (Южная Корея, Канада) ~ по 10 %, остальные 40 % - Европа.
Управляемый термоядерный синтез • В традиционной ядерной энергетике используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра. • Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии. • В отличие от взрывного термоядерного синтеза, используемого в термоядерном оружии, носит управляемый характер. • В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления УТС, будут применяться дейтерий(2 H) и тритий (3 H), а в более отдалённой перспективе гелий-3 (3 He) и бор-11 (11 B). • Впервые задачу по управляемому термоядерному синтезу в Советском Союзе сформулировал и предложил для неё некоторое конструктивное решение советский физик Лаврентьев О. А. .
Термоядерный синтез • ITER относится к термоядерным реакторам типа «токамак» • Два ядра: дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона • Один килограмм трития стоит 30 млн $
Термоядерный реактор
Возобновляемые источники энергии • Ресурсы используемых сейчас традиционных энергоносителей в ближайшие 40 -50 лет будут израсходованы. • ВИЭ: солнце, ветер, приливы, волны, биомасса, водород и т. д. • Возобновляемая энергетика, при правильно выбранных технологиях и оборудовании, экологически более безопасна. Она играет существенную роль в энергоснабжении Дании, Исландии, Новой Зеландии, Канады, Гренландии, Норвегии, Испании и других стран. • Доля альтернативной (нетрадиционной) энергетики в топливноэнергетическом балансе России менее 1%, в Европе – 6 % (в ближайшем будущем – до 12%). • На саммите в Окинаве (Япония) в июле 2000 г. лидеры “большой восьмёрки” создали специальную международную группу для развития ВИЭ. Цель: за 10 лет обеспечить 2 млрд. человек в мире энергией ВИ. Общая стоимость проекта – 200 -250 млрд. $. Для сравнения: затраты этих 2 млрд. человек в собственную неэффективную энергетику (свечи, керосиновые лампы, печи на твёрдом и жидком топливе, бензиновые и дизельные электростанции) составляют около 400 -500 млрд. $ за 10 лет.
Ресурсы ВИЭ в сравнении с потреблением энергии во всём мире
Геотермальная энергетика - Гео. ТЭС • Известно, что температура Земли увеличивается с глубиной в среднем на 1°С на каждые 30 -40 м. • В местах с повышенной вулканической активностью температура растёт с глубиной гораздо быстрее, и на поверхность Земли вырывается горячая вода и пар. • В ряде мест оказывается экономически целесообразным использовать внутреннюю теплоту Земли для выработки электроэнергии на паротурбинных установках (ПТУ). • Система отопления столицы Исландии Рейкьявика почти полностью питается внутренней теплотой Земли: горячая вода с температурой 100 -130°С подаётся из скважин глубиной 400 м и более. • В н/в подземное тепло коммерчески используется в США, Исландии, Японии, Филиппинах, Новой Зеландии.
Схема Гео. ТЭС 1 – скважина 2, 3 – теплообменники 4 – турбина 5 – генератор 6 – градирня 7, 8 – насосы
Гео. ТЭС в России и в мире • На территории бывшего СССР выявлено 60 крупных геотермальных районов, содержащих горячие и перегретые воды, использование которых экономически оправдано. • Первая российская Гео. ТЭС – Паужетская (Камчатка) – 1967 г. – мощность 11 МВт (после строительства второй очереди в 1982 г. ). • Опытно-промышленные: Верхнемутновская Гео. ТЭС – 12 МВт 1999 г. , Мутновская Гео. ТЭС – 50 МВт – 2003 г. • Перспективные районы: Дагестан, Краснодарский край, Ставропольский край, Прибайкалье, Чукотка, Курильские острова, Камчатка + Сахалин (ресурс – более 1000 МВт). • Страны-лидеры (ГВт): США – 2, 2, Филиппины – 1, 9, Мексика – 0, 8, Италия – 0, 8, Индонезия – 0, 6, Япония – 0, 55, Новая Зеландия – 0, 5. • Установленная мощность геотермальных установок теплоснабжения возросла с 0, 8 ГВт (1970 г. ) до 15 ГВт (2003 г. ).
Геотермические ресурсы Европы
Hot Dry Rock На юге Австралии планируется строительство первой в мире коммерческой электростанции, использующей геотермальную энергию из специально пробуренной скважины. Технология, получившая название HDR (Hot dry rock). Вода закачивается под большим давлением в скважину глубиной от 3 до 5 км, проникает в трещины горячего гранита, расширяет их, нагревается и затем по другой скважине поднимается на поверхность. Далее горячая вода подаётся в теплообменник, а полученная от неё энергия используется для испарения другой жидкости с низкой температурой кипения, которая используется для привода паровых турбин. Охлаждённая вода вновь поступает в скважину. Температура гранита должна быть не ниже 250°С. Снижение температуры на 50°С вдвое повышает стоимость энергии! Пробуренные скважины получила название “Хабанеро-1 и 2” – по имени самой острой разновидности соуса Чили. Проектная мощность 1 ГВт. Стоимость геотермальной электроэнергии будет такой же, как на обычных угольных и газовых ТЭС. Это вдвое дешевле ветровой энергии и в 8 -10 раз дешевле солнечной. Кстати, Австралия не подписала Киотский протокол об ограничении выбросов парниковых газов.
Hot Dry Rock
Hot Dry Rock 1 км 3 гранита с температурой 200°C, охлаждаемый до 20°C, может выдавать около 10 МВт электроэнергии на протяжении 20 лет = 15 000 ГВт тепловой энергии = 1. 275. 000 тонн нефти Потенциальные ресурсы 125 000 км 2 в Европе с температурой 200°C на глубине ~5 км. 12 500 км 2 x 1 км (толщина) = 900 ТВт∙ч/год = Мощность европейских атомных станций на 1995 г.
Ветроэнергетика
Ветряные мельницы в Ла Манче (Испания)
Ветроэнергетика (ВЭС) • Использование энергии ветра экономически оправдано в районах, где средняя скорость ветра превышает 6 м/с (минимальная – около 3 м/с, номинальная – 10 м/с). • На территории бывшего СССР – 65 регионов - Побережье морей и ближайшие территории. Проблемы • Неравномерность воздушных потоков, исключающих возможность регулярного получения энергии. • Плотность воздуха в 800 раз меньше воды, поэтому требуется требуются соответственно большие площади для лопастей ветроагрегата. При той же мощности диаметр их роторов должен быть почти втрое больше. • Необходимость сооружения высоких башен, на которых монтируются ветровые колёса.
Средняя скорость ветра
Ветроэнергетика - нюансы • Мощность ветрогенератора зависит от площади лопастей генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 м (высота башни - 70 м, диаметр лопастей - 90 м). • Наиболее распространённая конструкция - ветрогенератор с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения. • Были попытки построить ветрогенераторы так называемой ортогональной конструкции, то есть с вертикальным расположением оси вращения. Преимущество - очень низкая скорость ветра, необходимая для начала работы ветрогенератора. Главная проблема - механизм торможения. • Наиболее перспективны - прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10— 12 км от берега (а иногда и дальше), строятся оффшорные ветряные электростанции.
Оффшорная ветряная ферма под Копенгагеном
Оффшорные ВЭС строят в море: 10— 12 километров от берега. Преимущества оффшорных ВЭС: • их практически не видно с берега; • они не занимают землю; • они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров. • Оффшорные ВЭС строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям. • Оффшорные ВЭС более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.
Суммарные установленные мощности, МВт 2005 2008 к-т разв. 1. США 9150 25170 2, 75 2. Германия 18430 23900 1, 30 3. Испания 10030 16750 1, 67 4. Китай 1260 12210 9, 69 • Индия 4330 9650 2, 23 • Италия 1720 3740 2, 17 • Великобритания 1350 3240 2, 40 • Франция 760 3200 4, 21 • Дания 3120 3180 1, 02 36. Россия 14 17 1, 21
Рост установленных мощностей ВЭУ 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 ЕС, ГВт 12, 9 17, 3 23, 2 28, 6 34, 4 40, 5 48, 0 56, 5 64, 9 Герм ания, ГВт 6, 1 8, 8 12, 0 14, 6 16, 6 18, 4 20, 6 22, 2 23, 9
Ветроэнергетика – бурно развивающаяся отрасль • В 2008 г. ВЭС произвели 200 млрд. к. Вт·ч, что составило примерно 1, 3 % мирового потребления электроэнергии. • Общая установленная мощность в 2008 г. - 120 ГВт (2000 г. – 20 ГВт). • В Европе сконцентрировано 61 % установленных ВЭС, в Северной Америке - 20 %, в Азии - 17 % (2007 г). Доля ветроэнергетики в энергобалансе (%) (2005 -2007 гг. ): • Страны Евросоюза – 3 • Германия – 14, 3 • Дания – 20 • Индия – 3 • США - >1
Перспективы • Запасы энергии ветра более чем в 100 раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. • Мощность высотных потоков ветра (на высотах 7 -14 км) примерно в 10 -15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Ближайшие планы: • Германия - 20 %, Новая Зеландия – 20 %, Канада – 10 %, Великобритания – 10 %
Flying Electric Generator • Сиднейский технологический университет и американская компания Sky Wind Power объединили усилия для реализации проекта Робертса – высотного вертолёта-генератора (flying electric generator – FEG) , который должен вырабатывать энергию, паря в потоках воздуха на высоте 4, 5 км. • В отличие от приземного слоя, где ветер непостоянен, воздушные потоки на больших высотах в определённых точках земного шара очень постоянны и быстры. • Лопасти ЭС создают достаточную подъёмную силу, чтобы удерживать всю конструкцию на высоте да ещё нести вес многокилометрового кабеля, по которому электричество должно поступать на землю. • Проектная стоимость – 3 млн. $.
Flying Electric Generator
Ветроэнергетика России • Первая в мире ВЭС с горизонтальной осью мощностью 100 к. Вт была построена в 1931 г. в Крыму. • 2002 г. – Калининградская обл. – первая российская промышленная ВЭС мощностью 5, 1 МВт (21 ВЭУ). • В настоящее время в России функционируют 7 ВЭС (суммарная мощность – 14 МВт): Калининградская – 5, 4, Чукотская (Анадырская) – 2, 5, Башкирская (Тюпкильдинская) – 2, 2, Воркутинская – 1, 5, ВЭС на острове Беринга – 1, 2, Калмыцкая 1, Маркинская – 0, 3. • Ленинградская область, по оценкам специалистов, является одним из тех регионов, где ветроэнергетика может оказаться особенно эффективной. • Проект - ветроэнергетический комплекс на побережье Финского залива в районе Выборга (г. Приморск). Заявленная мощность 75 МВт – 50 комплексов по 1, 5 МВт. Расчётный срок эксплуатации - 20 лет. Стоимость проекта 100 млн. $. Финансирование при поддержке правительства США (компании General Electric Energy, ABB, Princeton Energy Resources International), Глобального экологического фонда (ГЭФ), которые ожидают окупить затраты через 10 -12 лет.
Экономические аспекты Экономия топлива Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволит сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти. Себестоимость электроэнергии зависит от скорости ветра: 0, 05 $/к. Вт·ч - 7 м/с; 0, 03 $/к. Вт·ч - 9 м/с. Для сравнения: себестоимость электроэнергии на угольных ТЭС США = 0, 045 -0, 06 $/к. Вт·ч.
Экологические аспекты Выбросы в атмосферу • Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО 2, 9 тонн SO 2, 4 тонн NOx. Проблемы • • Шум – механический, аэродинамический. Низкочастотные вибрации, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ВУ. Обледенение лопастей - как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ВУ. Визуальное воздействие - субъективный фактор - стоимость воздействия шума и визуального восприятия от ветрогенераторов оценена менее 0, 0012 евро на 1 к. Вт·ч. Использование земли - турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью. Вред, наносимый животным и птицам - столкновения с лопастями ветряков, баротравмы. Радиопомехи – в ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.
Солнце • • • Процессы слияния ядер атомов, происходящие на звёздах, которые также состоят из водорода и гелия, протекают при невероятно высоком давлении и температуре. Вселенная состоит на 75 % из водорода и на 23 % из гелия. Все другие элементы образуются благодаря взаимодействию водорода и гелия. На солнце каждую секунду 400 млн. тонн водорода “сгорают” с образованием гелия. При этом выделяется огромное количество лучистой энергии. • Энергия излучения солнца составляет 3, 8∙ 1026 Вт. • До поверхности Земли доходит 1, 75∙ 1017 Вт. • Если взять только 1/10 часть суши Земли и использовать энергию Солнца с КПД в 10 %, то можно получить энергию, в 25 раз превышающую потребляемой человечеством. • Недостатки: малая плотность потока солнечного излучения (<1 к. Вт/м 2) и нерегулируемый режим прихода солнечной радиации к земной поверхности, зависящей от времени года и суток, а также погодных условий.
Карта солнечного излучения
Энергия солнца, поступающая на Землю
Ежедневная солнечная активность
Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения • • Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов. Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин: – паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны; – двигатель Стирлинга и т. д. • • • Гелиотермальная энергетика - фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды (например, для отоплении). Термовоздушные электростанции - преобразование солнечной энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор. Солнечные аэростатные электростанции - генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим материалом. Преимущество — запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.
Солнечная энергетика Солнечная панель Используется прямое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию с помощью специальных полупроводниковых элементов – солнечных батарей. С целью повышения мощности установки солнечные элементы, как правило, объединяют в модули – солнечные панели. Солнечный коллектор Нагрев теплоносителя, который может быть использован непосредственно или для производства электричества
Солнечная энергетика
Достоинства и недостатки солнечной энергетики • Общедоступность и неисчерпаемость источника. • Полная безопасность для окружающей среды (теоретически). • Существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно). • Требуется использование больших площадей земли под электростанции. Фотоэлектрические элементы на крупных солнечных электростанциях устанавливаются на высоте 1, 8 -2, 5 м, что позволяет использовать земли под ЭС для с/х нужд. • Факторы, влияющие на поток солнечной энергии: широта, климат, атмосферные явления (облака, туман, пыль и др. )
Технические проблемы • СЭС не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме того, мощность СЭС может резко и неожиданно колебаться из-за смены погоды. Для преодоления этих недостатков нужно или использовать эффективные электрические аккумуляторы (на сегодняшний день это нерешённая проблема), либо строить гидроаккумулирующие станции, которые тоже занимают большую территорию. • Дороговизна солнечных фотоэлементов. • Низкий КПД солнечных элементов. • Необходимость очистки поверхности фотопанелей и зеркал от пыли и других загрязнений (несколько кв. км). • Эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве - необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных.
Экологические проблемы • При производстве фотоэлементов часто используется кадмий. Современные фотоэлементы имеют срок службы (30— 50 лет). Утилизация – проблема. В современном производстве соединениям кадмия уже найдена достойная замена. • В последнее время активно развивается производство тонкоплёночных фотоэлементов, в составе которых содержится всего около 1 % кремния. • Кроме того, развивается производство тонкоплёночных фотоэлементов на других полупроводниковых материалах, в частности CIS и CIGS, достойных конкурентов кремнию. Так, например, в 2005 г. компания «Shell» приняла решение сконцентрироваться на производстве тонкоплёночных элементов, и продала свой бизнес по производству монокристаллических (нетонкоплёночных) кремниевых фотоэлектрических элементов.
Установки солнечного теплоснабжения В коллекторе медная пластина аккумулирует солнечную энергию. Под пластиной приварены медные трубы, по которым течёт коллекторная жидкость. Система управления с насосом обеспечивает циркуляцию коллекторной жидкости внутри установки. В буфере (баке-аккумуляторе) тепло жидкости передается системам ГВС и отопления. На крышах домов в Европе часто можно увидеть коллекторы подобных установок.
Системы солнечного теплоснабжения Солнечные батареи широко применяются в системах теплоснабжения. • Общая площадь солнечных водонагревателей (солнечных коллекторов - СК) в мире – 70 млн. м 2. • Страны-лидеры (млн. м 2): США – 18, Китай – 17, 5, Япония – 11, Израиль – 4, 3, Австралия – 3, 9, Германия – 3, 1, Греция – 2, 8. • Россия – менее 0, 1 млн. м 2 (на Северном Кавказе).
Это интересно … • Штаб-квартира британской страховой компании CIS – 25 -этажный 118 -метровый небоскрёб в Манчестере (CIS Tower) – самая высокая солнечная панель в Европе. • Солнечные батареи (Sharp), закрывающие полностью три стороны здания, способны производить 180 МВт∙ч в год, что обеспечит питание примерно 1000 PC. • Стоимость проекта 12 млн. $. • В разработке ещё 17 подобных проектов – 176 солнечных панелей на южной и восточной стороне King’s Meadow House в Ридинге, это здание – штаб-квартира регионального агентства по защите окружающей среды. • 20 ноября 1980 г. , Стив Птачек совершил полет на самолёте, питающемся только солнечной энергией.
CIS Tower - Manchester
Солнечные батареи на крыше здания Академии наук России
Прачечная, использующая для работы солнечную энергию
«Солнечный» автомобиль
Беспилотный самолёт Helios с фотоэлементами на крыльях
Солнце + Ветер В Свердловской области реализован уникальный проект: • Все удобства в многоквартирном доме обеспечиваются с помощью нетрадиционных источников (солнце + ветер). • Во дворе – ВЭУ, на крыше – солнечные батареи, в подвале – скважина для воды. • Чтобы не было перебоев с электричеством – предусмотрены специальные аккумуляторы. • В перспективе: джакузи + подогреваемые полы + бассейн. • Только на энергетические установки потребовалось больше 1 млн. руб.
Приливные электростанции (ПЭС)
Приливные электростанции (ПЭС) • • • ПЭС – разновидность ГЭС. Считается, что если колебания уровня воды превышают 4 метра, то можно строить ПЭС. Максимальный размах приливных колебаний в заливе Фанди на Атлантическом побережье Канады – 18 м, в Пенжинской губе на Охотском море – 13 м, в Мезенском заливе Белого моря – 10 м. Первая ПЭС с пиковой мощностью 240 МВт была введена в строй в 1966 г. во Франции в устье реки Ранс, впадающей в Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет 8, 4 м. Кислогубская ПЭС (Кольский п/о, Баренцево море, Кислая губа) – 1968 г. - единственная опытно-экспериментальная станция в России. В 2004 г. после 10 -летнего перерыва вновь введена в эксплуатацию. Новый ортогональный гидроагрегат (нет аналогов в мире – КПД 70 %) – ротор всегда вращается в одну сторону независимо от направления силового потока. В ветроэнергетике такие агрегаты используются часто, но для водной среды – впервые. Является памятником науки и техники, охраняется государством, награждена золотой медалью на Всемирной выставке в Японии. Мощность – 1, 7 МВт (высота прилива достигает 5 м).
Крупнейшая в мире приливная электростанция Ля Ранс, Франция – 240 МВт
Энергия морских и океанских волн ПРОЕКТ • • Волновая установка с крупными поплавками размером с легковой автомобиль способна работать как при малых волнах (от 0, 2 – 0, 4 м), так и при штормовых волнах - более 15 м высотой. Полезная энергия пропорциональна квадрату высоты волны. Размеры установки: длина 250 -300 м, высота 30 -60 м. При высоте волн океанской зыби 10 м (Япония, Камчатка, Баренцево море, Северное море, Атлантика и др. ) такая установка способна дать до 1 ГВт мощности, что по среднемировым ценам (0, 1 USD/к. Вт∙ч) даст за сутки работы прибыль в виде произведённой электроэнергии 3, 6 млн. $. Стоимость “плавучего острова” – порядка 35 млн. $. Расчётная самоокупаемость (при трёхметровых волнах – 5 месяцев). Трудности и проблемы: непостоянная и неопределённая мощность установки (нет вразумительных расчётов), непостоянство интенсивности и непредсказуемость волн как природного явления, высокая стоимость работ на море – в итоге большой финансовый риск. Одна-две такие платформы могли бы обеспечить энергией Камчатку или Сахалин либо Мурманскую или Калининградскую область.
Pelamis Wave Energy Converter
Pelamis wave power generator
Pelamis Wave Power • 2006 г. – в 5 км от северного побережья Португалии (в водах Атлантического океана) – опытно-промышленная станция Pelamis- P-750. • Четыре цилиндрические секции, связанные шарнирными соединениями - “Морские змеи” 150 м длиной и 3 м в диаметре. Вес с полной загрузкой 750 тонн. • Принцип действия - Волны заставляют изгибаться эту плавучую “змею”, за счёт чего внутри, в местах соединения секций (в модулях преобразования энергии), перемещаются гидравлические поршни, прокачивающие масло через гидравлические двигатели, в свою очередь, вращающие электрогенераторы. • Мощность каждого модуля 250 к. Вт. Таким образом, мощность одного конвертера 750 к. Вт. • Всего планируется запустить 3 плавучих конвертера – суммарная мощность 2, 25 МВт.
Малая гидроэнергетика (МГЭС) • Малые ГЭС (до 30 МВт) и микро-ГЭС (от 3 до 100 к. Вт) – “самые традиционные” из нетрадиционных энергоисточников. • Мировой лидер – Китай – 19 ГВт. Европа – 9 ГВт. • В России 70 % территории, где проживает 22 % населения, не охвачено централизованным энергоснабжением. • Из 5000 МГЭС осталось примерно 300 - Северный Кавказ, Карелия, Калининградская обл. , Кировская обл. • Программа развития малой гидроэнергетики на 10 -15 лет: строительство и ввод в эксплуатацию новых МГЭС суммарной мощностью 1 млн. к. Вт.
Биотопливо • Топливные гранулы (пе ллеты) (англ. pellets) представляют собой цилиндрические гранулы стандартного размера от 10 до 30 мм в длину и от 6 до 10 мм в диаметре. • 1 м 3 нефтепродуктов (10 000 к. Вт∙час) соответствует 2 -3 м 3 гранул. • Сырьём для производства гранул могут быть торф, древесные отходы: кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, а также продукты сельского хозяйства: отходы кукурузы, солома, отходы крупяного производства, лузга подсолнечника и т. д
Топливные гранулы
Энергетический лес Энергетический лес — деревья и кустарники выращиваемые для энергетических нужд. Виды растений • Выращиваются быстрорастущие культуры — эвкалипт, тополь, ива, акация и другие. • Испытано около 20 различных видов растений - древесных, кустарниковых и травянистых, в том числе кукуруза и сахарный тростник. Каждые 4 -7 лет деревья срезают и годовой урожай может составлять около 7 тонн/гектар. • Собранная биомасса используется для производства тепловой и электрической энергии, может служить в качестве сырья для производства жидких биотоплив.
Машина для переработки древесной биомассы в щепу
Бытовой пеллетный камин
Биогаз • Биогаз — газ, получаемый в результате разложение биомассы под воздействием трёх видов бактерий (гидролизные, кислотообразующие, метанообразующие). Состав и качество биогаза • Метан – 50 -87%, СО 2 – 13 -50 %, незначительные примеси H 2 S. • После очистки биогаза от СО 2 получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении. Сырьё для получения • Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая барда, свекольный жом, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.
Метантанк биогазовой установки
Водород – энергоноситель будущего • Водород – простейший из химических элементов: атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. • На Земле водород встречается только в химически связанном виде, прежде всего как вода, которая покрывает 75 % поверхности Земли. • Наряду с этим, водород входит в состав гидратов углерода, жиров, яичного белка, являясь одним из десяти наиболее часто встречающихся элементов на Земле.
Ископаемые топлива Водород
Получение водорода • Водород, как сырьё, получают в основном из воды с помощью энергии ископаемых органических топлив, при этом 60÷ 70 % энергии сжигаемого топлива переходит в химическую энергию водорода. • Суть способа заключается в процессе восстановления H 2 O до H 2 с помощью углерода или оксида углерода. • Если же водород рассматривается в качестве энергоносителя, который восполнит недостаток ископаемых топлив, а в перспективе вообще заменит их, естественно возникает необходимость разработки способа получения водорода, который никак не связан с применением ископаемых топлив. • Существует целый ряд способов получения водорода: электролиз, каталитический фотолиз, фотоэлектролиз, биофотолиз, высокотемпературный пароэлектролиз. • Все перечисленные процессы характеризуются крайне низким КПД.
Сжиженный водород LH 2 • Широкое применение водорода в качестве энергоносителя возможно только посредством получения сжиженного водорода (поскольку плотность газообразного водорода очень низка). • В первую очередь это касается потенциала использования водорода в качестве транспортного топлива. • Для сжижения газообразного водорода необходимо охлаждение до температуры минус 253ºС. • Теоретически энергозатраты при этом составляют 3, 92 к. Вт/кг, а реальные затраты порядка 10 к. Вт/кг. • Снижение энергозатрат может быть достигнуто развитием инновационных способов сжижения, основанных на магнитокалорийных холодильных процессах.
LH 2 как автомобильное топливо • Современный уровень развития автомобильных двигателей, работающих на жидком водороде, достаточно высок. • Мощность, надёжность и безопасность водородных двигателей сопоставимы с бензиновыми, при этом достигается достаточно низкий уровень эмиссии оксидов азота. • К недостаткам можно отнести размеры топливного бака, который превышает в три раза размеры соответствующего (по энергетической ценности) бензобака.
LH 2 как авиационное топливо • Жидкий водород, как авиационное топливо, имеет ряд существенных преимуществ: более высокая теплота сгорания водорода позволяет снизить массу топлива (в сравнении с традиционным авиационным топливом) примерно на 30 % при одинаковой загрузке и дальности полёта. • При этом продуктом сгорания водорода является водяной пар, что значительно улучшает экологическое состояние вселенной. • Первый пробный горизонтальный полёт на жидком водороде был осуществлён в США уже в 50 -х годах ХХ века. • Первый демонстрационный полёт (от взлёта до посадки) транспортного самолёта ТУ 155 на жидком водороде был осуществлён в апреле 1988 г. в СССР.
ТУ-155 на жидком водороде
Водород – энергоноситель будущего • Несмотря на низкий (по энергетическим меркам) КПД преобразования солнечной энергии в водород ( на конец ХХ века - максимум 8 %) удорожание производства искусственных моторных топлив из нефти, газа и угля безусловно делает солнечную водородную энергетика перспективной и конкурентноспособной.
Теплоэнергетика
Топливные ресурсы России Природный газ – 1 место - 47, 57 трлн. м 3 - 27, 5 % Уголь – 2 место - 198 млрд. т. у. т (157) – 16 % Нефть – 2* место - 19, 5 млрд. т. = 300 млрд. бар. - 12, 5 % • • 1 тонна = 7, 3 баррелей (6, 59 – 8, 28 – в зависимости от плотности) 1 баррель = 159 кг
Природный газ • России на 2006 г. занимает 1 место в мире по ресурсам запасов природного газа и по экспорту газа. • На долю стран Ближнего Востока, России и стран бывшего СССР --- 71 % Россия – 27%, Иран – 15%. • Доказанные запасы газа в мире (2005 г. ) ( «Геологическое обозрение США» ) – 173 трлн. м 3.
Крупнейшие газовые месторождения (млрд. м 3 – год открытия) 1 – Катар – 10640 – 71 2 - Уренгойское – 10200 – 66 3 - Ямбургское – 5242 – 63 4 - Бованенковское – 4385 – 71 5 – Иран – 2820 – 91 6 - Штокмановское – 2762 – 71 7 - Арктическое – 2702 – 68 8 - Астраханское – 2711 – 73
Мировые запасы газа (млрд. м 3) - 2006 • • • Весь мир – 175. 400 Россия – 47. 570 Иран – 26. 370 Катар – 25. 790 Саудовская Аравия – 6. 568 ОАЭ – 5. 823
Нефть
НЕФТЬ «Нефть – не топливо, топить можно и ассигнациями» Д. И. Менделеев • Ситуация на мировом рынке нефти в 2006 г. вполне сравнима с энергетическим кризисом 1973 г. , когда развитые страны ответили на подорожание нефти развитием энергосберегающих технологий и поиском альтернативных источников энергии. • Россия – 2 место по запасам – 19, 5 млрд. т. (300 млрд. баррелей) • Добыча в России - 2020 г. – 492 -545 млн. т. • Тюменская обл. , Новосибирская обл. , Омская обл. , Красноярский край, Иркутская обл.
Нефть - Мировые запасы нефти (доказанные) – 2002 г. (млрд. т. ) 1. Саудовская Аравия – 36 2. Россия – 20 • • Ирак - 15, Иран - 13, Кувейт - 14, ОАЭ - 13, Абу-даби – 13 Венесуэла – 11 Мексика – 6 США – 4 Китай – 4 Норвегия – 1, 3 Весь мир …… 160 • • 1 тонна = 7, 3 баррелей (6, 59 – 8, 28 – в зависимости от плотности) 1 баррель = 159 кг
Добыча нефти (2008 г. ) (млн. бар. в день): • • • Россия – 10 США – 8 Китай – 4 Норвегия – 3 Страны OPEC – 30 (Саудовская Аравия – 11) • OPEC – Organization of the Petroleum Exporting Countries – картель стран-экспортёров нефти – 1965 г. • Алжир, Ангола, Венесуэла, Иран, Ирак, Катар, Кувейт, Ливия, Нигерия, ОАЭ, Саудовская Аравия, Эквадор, Индонезия (2008).
Нефть – проблемы!!! • В настоящее время каждую секунду во всём мире добывается и потребляется примерно 127 тонн нефти (химическая промышленность, транспорт и т. д. ). • По прогнозам специалистов к 2015 году для удовлетворения всех нужд потребление нефти должно возрасти до 190 т/сек. • По расчётам OPEC (при существующем уровне добычи) нефть закончится – в Великобритании в ближайшие 3 -4 года, в России и Норвегии – во втором десятилетии, в США – в первом десятилетии. Нефтяные запасы Ирана, Саудовской Аравии, Венесуэлы иссякнут в 50 -х годов.
Нефть + Газ = Богатство
Катар • Государство Катар расположено в Юго-Западной Азии. Омывается Персидским заливом. Площадь 11 тыс. кв. км. Население - 521 тыс. чел. Катар - монархия во главе с эмиром. С XVI века входило в состав Османской империи. Затем, до 1916 года, Катар находился под британским протекторатом. Провозгласило независимость в сентябре 1971 года. • 3 место в мире по разведанным запасы природного газа – свыше 17. 9 трил. куб. м. , что составляет более 5% всех мировых запасов. «Северное Месторождение» на шельфе – 10, 64 крупнейшее в мире. • Доказанные запасы нефти - 14 млрд. баррелей. При существующем уровне добычи – на 50 лет. • В Катаре ежедневно добывают свыше 650 тыс. баррелей нефти. • Катар - член OPEC. Около 80 % нефти экспортируется в Японию (70%) и в другие страны Юго-Восточной Азии (10 %). • Нефтяная и газовая отрасли Катара находятся под контролем государства. • Среднегодовой доход населения – 68 тыс. $ - 1 место в мире!!! • Дотация (подарок) на свадьбу – 230 тыс. $.
Уголь
Запасы угля По разведанным запасам угля Россия занимает 2 место в мире (после США) – 198 млрд. т. у. т. (2000 г. ) (по оценкам западных специалистов – 157 млрд. т. у. т. ). Мировые доказанные запасы угля (%) – 2006 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. США – 27, 1 Россия – 17, 3 - Сибирский Федеральный Округ – 80 % запасов угля Китай – 12, 6 Индия – 10, 2 Австралия – 8, 6 ЮАР – 5, 4 Украина – 3, 8 Казахстан – 3, 4 Запасы угля в России – примерно на 400 лет
Канско-Ачинский бассейн • Красноярск + Канск + Ачинск + Шарыпово • Разрабатывается с 1905 г. • Площадь 50 тыс. км 2. • Разведанные запасы – 81, 4 млрд. т. • Бурый уголь Б 1, Б 2 Теплота сгорания 11, 8 -15, 6 МДж/кг.
Кузнецкий бассейн Кузнецкий угольный бассейн (Кузбасс) - одно из самых крупных угольных месторождений мира, расположен на юге Западной Сибири, в основном на территории Кемеровской области. На долю Кузбасса приходится 56 % добычи каменных углей в России, около 80 % от добычи всех коксующихся углей, а по целой группе марок особо ценных коксующихся углей — 100 %.
Кузбасс Добыча • В 2004 г. - 159 млн. тонн • В 2005 г. - 167 млн. тонн • В 2006 г. - 174 млн. тонн Геологическая история • Возраст Кузнецких углей оценивается примерно в 235 -280 миллионов лет. • Максимальная глубина угольных шахт не превышает 500 м (средняя глубина около 200 м). Средняя мощность разрабатываемых угольных пластов 2, 1 м, но до 25 % шахтной добычи угля приходится на пласты свыше 6, 5 м.
Характеристики угля По качеству угли разнообразны. В глубоких горизонтах угли содержат: золы 4 -16 %, влаги 5 -15 %, серы 0, 4 -0, 6 %. Выход летучих веществ 4 -42 %. Теплота сгорания 7000 - 8600 ккал/кг (29, 1 - 36 МДж/кг). Угли, залегающие вблизи поверхности, характеризуются более высоким содержанием влаги, золы и пониженным содержанием серы. Угли используются в коксовой и химической промышленности и как энергетическое топливо. Себестоимость тонны коксующегося угля – 25 -30$, а продаётся он по 110 -120$ !!!
Теплоэнергетика ТЭС КЭС ТЭЦ
Схема котельной установки
Спасибо за внимание!
Скачать презентацию Энергетика Вчера Сегодня Завтра Белоусов В
0 - Источники энергии.ppt