Энергосбережение и нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

 кВт.ч.

Для определения мощности гидростанции необходимо знать режим реки, т.е. как колеблется в течение года количество протекающей в ней воды и  разность уровней воды в начале и в конце используемого участка водотока, который в равнинной местности  достигает несколько сот метров, а  в горной – от сотен до тысячи и более метров.

В зависимости от величины и распределения  речного стока в течение года, возможности регулирования стока (наличие водохранилища) и потребности  в электроэнергии в отдельные  периоды решается вопрос выбора типа и мощности гидравлической турбины  ГЭС.

Гидравлической турбиной называется  двигатель, преобразующий энергию движущейся воды в механическую энергию вращения ее рабочего колеса.

Турбины бывают активные (или свободноструйные) и реактивные.

Активная турбина работает за счет кинетической энергии струи, выходящей из сопла под давлением, созданным напором Н, струя воды направляется соплом на лопатки рабочего колеса.

Активные турбины применяют  в основном при больших напорах (до 1000 м и более) и малых расходов воды.

Существуют следующие системы  активных турбин: ковшовые, наклонно-струйные и двукратные.

Наиболее простая в конструктивном отношении – двукратная турбина. Она имеет горизонтальный вал  с двумя, а иногда с тремя дисками, между которыми закреплены изогнутые  лопасти, расположенные своими продольными  кромками параллельно валу турбины. Воду к турбине подводят плоским соплом шириной несколько меньшей, чем ширина лопастей рабочего колеса турбины.

Вода из сопла поступает на лопасти  рабочего колеса и, пройдя внутри колеса, вновь поступает на лопасти, но уже  с внутренней стороны, отдав еще раз энергию, она выходит наружу. Таким образом, вода дважды попадает на лопасти рабочего колеса, поэтому турбина и называется двукратной. При первом прохождении струи через лопасти колеса, она отдает ему 70–80 % полезной энергии и при втором 30–20 %. Такие турбины мощностью от 1 до 250 кВт чаще применяют при напорах от 2 до 100 м.

Наклонно-струйные турбины  предназначают для напоров от 30 до 400 м и изготавливают мощностью от 10 до 4000 кВт. Они могут быть выполнены как горизонтальными, так и вертикальными.

Ковшовые турбины применяют  при напорах от 50 до 1000 м и выше. Их рассчитывают на мощность от нескольких десятков до несколько десятков тысяч  киловатт. Они могут быть как горизонтальными, так и вертикальными и могут  иметь 1 – 4 сопла. Увеличение числа сопел позволяет при тех же габаритах увеличить мощность турбины.

Реактивные турбины работают главным образом за счет потенциальной энергии воды, создаваемой напором, и частично за счет кинетической энергии движущейся струи.

Если рабочее колесо активной турбины вращается в воздухе при атмосферном давлении и поток воды воздействует только на часть его лопастей, то в колесе реактивной турбины все каналы между лопастями сплошь заполнены водой.

Наиболее совершенны осевые  поворотно-лопастные, пропеллерные и радиально-осевые реактивные турбины.

У осевых турбин в зоне лопастей рабочего колеса поток имеет осевое направление  движения, а в радиально-осевых турбинах – радиально-осевое направление.

Осевые турбины могут быть поворотно-лопастными и пропеллерными. Последние отличаются от первых жестким креплением лопастей на втулке рабочего колеса. Обычно осевые турбины применяют при малых напорах (от 1,5 до 50 м) и больших расходах воды.

Радиально-осевые турбины применяют  в области напоров от 2 до 300 м.

Каждая реактивная турбина имеет  напорную камеру (открытую или открытую) и направляющий аппарат. Направляющий аппарат изменяет направление потока воды, поступающего на лопасти рабочего колеса, и одновременно регулирует расход воды в соответствии с изменениями нагрузки турбины. Гидравлическая турбина и соединенный с ее  валом электрический  генератор образуют гидроэнергетический агрегат, устанавливаемый в здании гидроэлектростанции. Гидроэлектростанции на малых реках имеют одну или несколько агрегатов, включаемых в работу в соответствии с графиком нагрузки потребителей.

Перечень наиболее перспективных  для строительства и восстановления крупных, средних, малых и мини  гидроэлектростанций  на реках и гидросооружениях Алматинской области  включает 8 ГЭС мощностью более 50 МВт суммарной мощностью 1325 МВт,  34 ГЭС мощностью от 10 до 50 МВт общей мощностью 820,4 МВт,    

17 ГЭС мощностью от 1 до 10 МВт  суммарной мощностью 97, 8 МВт. Мини  ГЭС до 1 МВт. Общая мощность  их составляет 7,2 МВт. Все проекты  проходят по первой очереди программы на 2006-2010 годы.

Большой экономический эффект возникает  при создании местных энергетических систем, содержащих гидроэлектростанции  и ветроэлектростанции. Это определяется тем, что летом реки несут больше воды, чем зимой и она может накапливаться в водохранилище и срабатываться по мере надобности. Ветровая активность более высокая в зимнее время потребность в электроэнергии может удовлетворяться за счет ветроэлектростанций. Примером такого удачного сочетания могут быть Джунгарские ворота и втекающая в них горная река. Удельная стоимость сооружения гидроэлектростанций находится в пределах 6000 – 7000 долл.США за 1 кВт установленной мощности.  

 

9 Лекция №9. Геотермальная энергетика и  биотопливо

Содержание лекции:

 

Тепло Земли, геотермальная энергетика, теплоснабжение, биотопливо.

Цель лекции:

- показать возможности и способы  использования тепла Земли для  получения тепловой  и электрической энергии, перспективы геоэнергетики в Казахстане,  возможности и распространение биоэнергетики. 

 

Тепловые потоки от физических процессов, происходящих в ядре Земли достигают  поверхности и обнаруживаются на глубинах, доступных для современных  средств бурения скважин. В районах  с высокой вулканической активностью  тепловые потоки в виде гейзеров достигают поверхности Земли и используются на геотепловых станциях. Например, в Новой Зеландии более 40%, в Италии более 6% электроэнергии вырабатывается на ГеоТЭС

В Казахстане геотермальные источники  были открыты при разведке нефтяных и газовых месторождений. Так, в г. Жаркенте Алматинской области имеются  пригодные для промышленного использования термальные воды  с температурой 88-96⁰С. Дебит одой скважины до 3000 м³ в сутки. Проведены геотермические исследования на глубинах до 6500 м с интервалом 500 м в том числе по:       

Прикаспийской впадине: 30 скважин  до глубины 6500 м, максимальная температура 118 ^оС, максимальный градиент 27 ^оС на 1000 м.

Мангышлак-Устюрсткой системе: 17 скважин  до глубины 3250 м, максимальная температура 150 ^оС, максимальный градиент 35,8 ^оС/км.

Тургаю и Северному Приаралью: 5 скважин до глубины 2900 м, максимальная температура 100 ^оС, максимальный градиент 27,8 ^оС/км.

Иртышской впадине: 6 скважин до глубины 2000 м, максимальная температура 60 ^оС, максимальный градиент 58 ^оС/км.

Илийской впадине: 20 скважин до глубины 3800 м, максимальная температура 165 ^оС, максимальный градиент 32 ^оС/км.

Сырдарьинской впадине: 13 скважин  до глубины 2100 м, максимальная температура 83 ^оС, максимальный градиент 40 ^оС/км.

Чу-Сарысуйской впадине: 6 скважин до глубины 1400 м, максимальная температура 63 ^оС, максимальный градиент 28 ^оС/км.

Пригодными для сооружения ГеоТЭС  являются горизонты3800м в Илийской впадине и 3250м в Мангышлак – Устюрстской системе.

Одна скважина с дебитом 50 л/с  и давлением воды на поверхности земли 9 кг/см² может быть использована для производства электроэнергии на мини ГЭС мощностью 3,0 - 3,5 кВт и  обеспечивать тепловой энергией в количестве до 9 - 10 Гкал/ч.

Основное и широкое  применение тепло Земли находит при получении энергии для систем отопления и теплоснабжения с использованием тепловых насосных установок (ТНУ). Они производят в 3 - 7 раз больше тепловой энергии, чем потребляют электрической на привод компрессора и считаются эффективными источниками высокопотенциальной теплоты за счет аккумулирования тепла от грунтовых и артезианских вод, озер, морей, очищенных бытовых стоков, использования  грунтового тепла земных недр и переноса его к теплоносителю с более высокой температурой.

Многие страны мира - США, Япония, Швеция, Германия, Финляндия и другие используют ТНУ в системах отопления и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных помещений. Так, в Швеции 50 % отапливаемых площадей обеспечиваются  ТНУ.  В Стокгольме 12 %  отопления города производится  тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник теплоты Балтийское море с температурой воды +8⁰ С. По прогнозам Мирового Энергетического Комитета к 2020 году доля ТНУ в теплоснабжении составит 75 %. 

В последние годы (1999-2007 г.г.) работы в этом направлении ведутся и в Республике Казахстан.Здесь  эффективность применения тепловых насосов будет высокой ввиду большой продолжительности отопительного периода, достигающего от 200 до 250 дней в году.

Биоэнергетика. К возобновляемым энергетическим ресурсам относится   древесина, горючие бытовые отходы, биомасса, зерновые материалы –пшеница,маис  и получаемые из них биотопливо – биогаз, биодизель, биоэтанол.

Мировое потребление биодизельного  топлива, вырабатываемого на основе растительного масла, выросло за последние 2 года в 2,5 раза – с 2 млрд. литров в 2003 году до примерно 5 млрд. литров в 2005 году. К 2020 году объемы его выпуска могут достичь 24 млрд. литров.

Биоэтанол в настоящее время  составляет лишь 2% от мирового использования  автомобильного топлива. Но к 2025 году его доля может достичь 30%. В Бразилии наиболее активно развивается рынок биоэтанола, получаемого из остатков тростникового сырья для сахарного производства. В Казахстане стабильным источником биомассы для производства энергии могут быть отходы сельскохозяйственного производства, растениеводческая продукция технического характера, а также излишки продовольственного сырья. Имеющиеся сырьевые ресурсы растениеводства (целлюлозный ресурс – 9 млн. тонн, свободный остаток зерна – 1,9 млн. тонн, низкокачественная пшеница, идущая на корм скоту, - 1 млн. тонн, малосемена – 1 млн. тонн), позволяют без ущерба для пищевой и комбикормовой промышленности организовать производство свыше  4 млрд. литров биотоплива в год. На использовании пшеницы построен завод «Биохим» в поселке «Таинша» Петропавловской области.

Заключение.  Есть ещё много других природных явлений, обладающих значительной внутренней энергией и много способов превращения её в управляемую энергию, когда каждый сам себе может предоставить столько энергии, сколько нужно для  его дела и быта. Не нарушая условия жизни других.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Непорожний П.С., Обрезков.и. Введение  в специальность: гидроэнергетика:  Учебник для вузов. – Москва: Энергоатомиздат, 1990, ISBN 5-283-02021-5.

2. Веников В.А.,Путятин Е.В. Введение  в специальность. Электроэнергетика.  – Москва: «Высшая школа», 1988.

3. Болотов А.В., Сидельковский В.С., Башкиров М.В. «Использование  энергии воздушного потока и  регулирование ветроэнергетических  агрегатов», «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование вание в современных условиях». Труды 5 – й  Международной научно – технической конференции, сентябрь 2006.- Алматы, Алматинский институт энергетики и связи, С.142 – 144.

4. Болотов А.В. «Технологии возобновляемой энергии. Потенциал и перспективы использования неисчерпаемых энергий и возобновляемых энергетических ресурсов», «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование вание в современных условиях». Труды 5 – й  Международной научно – технической конференции, сентябрь 2006.- Алматы, Алматинский институт энергетики и связи, С. 153 – 156.

5. Болотов А.В, Новокшенов В.С., Бакенов К.А. Вентильный генератор  для ВЭС., «Энергетика, телекоммуникации  и высшее образование в современных  условиях». Труды 1 – й Международной научно – технической конференции. - Алматы, 1998. - С.152 – 153.

6. Болотов А.В., Уткин Л.А., Бакенов  К.А. Болотов С.А. Электроснабжение  удаленных объектов с использованием  автономных источников энергии  (международный опыт и перспективы  Республики Казахстан). «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях». Труды 3 – й  Международной научно – технической конференции. - Алматы, 2002. - С.28 – 31.

7. Рензо Д.Д. Ветроэнергетика. - М.: «Энергоатомиздат», 1982.

8. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. - М.: «Энергоатомиздат», 1983.

9. Сайт компании Nordex       www.nordex.de/

10. Сайт компании Vestas www.vestas.de/ 

 

 

 

 

 

 

ТЕПЛОНАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ.

Технические и экономические  показатели теплового насоса зависят  от рода источника тепла. Идеальный  источник тепла имеет высокую  и стабильную температуру на протяжении всего отопительного сезона и легко доступен, не подвержен коррозии и не загрязнён, имеет достаточные термофизические показатели, его использование не требует больших инвестиций. Чаще всего основным фактором, определяющий приоритет источника тепла является его доступность.