Способы получения тепловой и электрической энергии.

Производство энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей происходит в процессе энергетического производства, в котором можно выделить пять стадий:

1. Получение и концентрация энергетических ресурсов: добыча и обогащение топлива, концентрация напора воды с помощью гидротехнических сооружений и т.д.

2. Передача энергетических ресурсов к установкам, преобразующим энергию; она осуществляется перевозчиками по суше и воде или перекачкой по трубопроводам воды, нефти, газа и т.д.

3. Преобразование первичной энергии во вторичную, имеющую наиболее удобную для распределения и потребления в данных условиях форму (обычно в электрическую и тепловую энергию);

4. Передача и распределение преобразованной энергии;

5. Потребление энергии, осуществляемое как в той форме, в которой она доставлена потребителю, так и в преобразованной форме.

Указанные стадии осуществляются традиционными способами получения тепловой и электрической энергии на:

· Тепловых электростанциях;

· Гидроэлектростанциях;

· Атомных электростанциях.

Тепловая электростанция (ТЭС)–электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в конце 19 века. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составлял: в России и США свыше 80% (1975), в мире около 76% (1973).

На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива в механическую, а затем в электрическую.

Топливом для такой электростанции могут служить уголь, нефть, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС).

Рис.1. Принципиальная схема КЭС.

Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рисунке 1. Уголь подается в топливный бункер 1, а из него–в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовывавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400–650⁰ С и под давлением 3–24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов. К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века.

Тепловые электростанции Беларуси:

1.- Лукомльская ГРЭС–расположена в городе Новолукомль. Установленная мощность станции–2459, 5 МВт. Что составляет более 30% от установленной мощности всей энергосистемы Беларуси.

2.-Минская ТЭЦ-3–расположена в юго-восточной части города Минска. Установленная электрическая мощность ТЭЦ составляет 542 МВт.

3.-Минская ТЭЦ-5–расположена в поселке Дружный Пуховичского района Минской области. Установленная электрическая мощность–330 МВт.

4.-Мозырская ТЭЦ (ТЭЦ-24) –расположена в Мозырском районе Гомельской области, в 17 км от города Мозыря. Установленная мощность ТЭЦ 195 МВт.

5.-Светлогорская ТЭЦ– тепловая электростанция в городе Светлогорске Гомельской области. Ранее–Василевичская ГРЭС. Установленная мощность–155 МВт.

Гидроэлектростанция (ГЭС) – электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, каньонообразные виды рельефа благоприятствуют гидростроительству.

В гидроэлектростанции кинетическая энергия падающей воды используется для производства электроэнергии. Турбина и генератор преобразовывают энергию воды в механическую энергию, а затем –в электроэнергию. Турбины и генераторы установлены либо в самой дамбе, либо рядом с ней. Иногда используется трубопровод. Чтобы подвести воду, находящуюся под давлением, ниже уровня дамбы или к водозаборному гидроузлу гидроэлектростанции. Мощность гидроэлектростанции определяется, прежде всего, по функции двух переменных: (1) расход воды, выраженный в кубических метрах в секунду (м³/с), и (2) гидростатический напор, который является разностью высот между начальной и конечной точкой падения воды. Проект станции может основываться на одной из этих переменных или на обеих.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

· мощные–вырабатывают от 25 МВт и выше;

· средние–до 25 МВт;

· малые гидроэлектростанции–до 5 МВт.

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:

· высоконапорные–более 60 м;

· средненапорные–от 25 м;

· низконапорные–от 3 до 25 м.

На данный момент крупнейшей гидроэлектростанцией в Беларуси является Гродненская ГЭС, введенная в эксплуатацию в 2012 году и расположенная недалеко от Гродно на реке Неман. Ее мощность составляет 17 МВт. Второй по величине ГЭС в Беларуси является Солигорская ГЭС, ее мощность составляет 150 кВт.

Атомная электростанция(АЭС) –ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определенной территории, на которой для осуществления этой цели используется ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом).

АЭС–электростанции, вырабатывающие энергию за счет сжигания ядерного топлива (управляемой термоядерной реакции). Важнейшая часть ядерного реактора –тепловыделяющие элементы–представляет собой кассету стержней, содержащих диоксид урана, заключенный в оболочку из прочного сплава высококачественной стали с цирконием. Срок их службы около трех лет, после чего стержни становятся самой опасной фракцией радиоактивных отходов высокой активности. Возможна и их переработка при замкнутом ядерном топливном цикле или захоронение (открытый топливный цикл).

Существует несколько типов АЭС, на которых используются разные типы реакторов (установок, в которых получается тепло от термоядерных реакций), водяные реакторы, водно-графитовые реакторы большой мощности (преобладающий тип реакторов в странах бывшего СССР). АЭС влияют на окружающую среду не только в результате радиоактивного загрязнения, особенно при авариях, но и как сильный фактор теплового загрязнения. Использование тепловых отходов АЭС затруднено их удаленностью от больших поселений и высокой мощностью.

На АЭС накапливаются радиоактивные отходы. Существуют строгие экологические нормативы предельно допустимых радиационных нагрузок на работников АЭС.

На данный момент в Беларуси ведется строительство новой атомной электростанции. Она будет расположена в 17 км от городского поселка Островец (Гродненская область). Согласно планам первый блок АЭС будет запущен в 2017 году, второй –не позднее 2018. Предполагаемая мощность данной АЭС составит 2, 4 тыс МВт.

АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: При нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС.

Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеют.