1.1.3.2 Гидроаккумулирующие электростанции
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) имеют массу преимуществ. Они могут работать в насосном и турбинном режимах. В период малых нагрузок гидроагрегаты станции работают в насосном режиме, перекачивая воду из низового водоёма в верховой, запасая ее на случай повышенных нагрузок. Во время повышенной нагрузки происходит использование запасённой воды для выработки пиковой энергии. Обратимые гидроагрегаты обеспечивают работу турбинных и насосных режимов и представляют собой соединение синхронной электрической машины и гидравлической насостурбины. Энергия, которая тратится на перекачку, вырабатывается ГЭС во время пониженной загрузки, когда её стоимость не слишком высока. То есть, дешёвая ночная электроэнергия преобразовывается в дорогую дневную. Экономическая эффективность, как можно убедиться, довольно высока. Например, Австрия закупает у Германии в ночное время по 6 шиллингов за киловатт и, используя каскад аккумулирующих гидроэлектростанций на горных реках, запасает энергию с тем, чтобы на следующий день в пиковое время ее продать назад в Германию по 42 шиллинга за киловатт! В отечественной практике кубанская энергетика также переходит к строительству аккумулирующих гидроэлектростанций. В горах на высоте 1432 метра над уровнем моря создается искусственный бассейн. Внизу, в долине реки строится такой же бассейн на высоте 555 метров над уровнем моря. Водоемы соединяются трубой большого диаметра. Возле нижнего бассейна устанавливается турбина обратного действия, которая может работать и как генератор, и как мощный насос. Нижний бассейн без особого труда заполняется прямо из горной реки. В ночные часы, получая дешевую избыточную энергию Ростовской АЭС, турбина начинает накачивать воду в верхний бассейн, расположенный на вершине горы. Днем, в часы пиковых нагрузок, вода из верхнего бассейна по трубе спускается в нижний, но турбина работает уже как генератор. Мощность такой электростанции согласно проекту 200 мегаватт. Ее сооружение стоит 170 миллионов долларов, и эти затраты окупаются в течение пяти лет.
Рис. 2.7 Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС)
Для ГАЭС проще выбрать место размещения, потому что они требуют меньше воды. На них есть возможность использовать более крупные и эффективные гидрогенераторы.
Смешанный тип гидроэлектростанций ГЭС с ГАЭС позволяет накапливать больше воды и вырабатывать больше энергии за более длительный период.
2.2. Способы получения электрической энергии
ОТ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
2.2.1. Энергия ветра Ветровые электростанции
В последнее время значительное внимание во всем мире уделяется нетрадиционным источникам энергии. Это связано с решением проблемы энергосбережения и экономии традиционных источников энергии, с высокой степенью экологической чистоты возобновляемых источников энергии.
Альтернативными источниками энергии являются энергия ветра, энергия солнца, геотермальная энергия, энергия приливов и отливов.
Одним из наиболее перспективных видов возобновляемой энергетики является ветроэнергетика, которая стала самостоятельной отраслью энергетики во всем мире.
Энергию ветра в электрическую энергию превращают с помощью ветротурбин.
Ветротурбины поглощают энергию ветра при помощи двух или трех лопастей, подобных пропеллеру и установленных на роторе генератора для выработки электричества.
Рис. 2.8. Ветровые станции
Турбины стоят высоко над башнями, что дает преимущество в виде более сильного и менее турбулентного ветра на высоте 30 и более метров над землей. Ветровые генераторы объединяют в ветровые энергетические станции ( рис.2.8 ).
Мощность коммерчески используемых агрегатов составляет 5 МВт.
К преимуществам в использовании ветроэнергетической техники можно отнести сравнительно небольшие затраты на сооружение установок, непродолжительные сроки ввода в эксплуатацию, широкий диапазон использования энергии. Такие станции не требуют дорогостоящего топлива и практически не оказывают вредного воздействия на окружающую среду. Ветровые электростанции подходят как для производства малого, так и большого количества энергии. Чтобы увеличить мощность ветровой фермы, достаточно лишь добавить больше ветровых турбин.
Современные ветровые станции работают следующим образом:
1. Компьютер автоматически осуществляет контроль над каждой турбиной.
2. Компьютер управляет поворотом ротора, состоящего из трех лопастей и ступицы, находящейся в нише внутри, чтобы направить его на ветер.
3. Ротор вращается (в зависимости от типа ветротурбины) со скоростью 1122 оборотов в минуту. Когда дует ветер, наклон лопасти настраивается в соответствии с изменениями в скорости ветра. В целях безопасности, если скорость ветра превышает 25 м/с, турбина выключается автоматически.
4. Лопасти приводят в действие главный вал, который при помощи коробки передач приводит в действие генератор, преобразовывая механическую энергию в электрическую.
5. Электричество идет по кабелю через башню турбины и перед тем, как попасть на главную подстанцию, проходит через ряд трансформаторов и подземных распределительных линий.
6. На подстанции электрическое напряжение повышается и подается к электрической линии. Увеличение напряжения повышает эффективность передачи энергии к домам и предприятиям.
Используя энергию ветра необходимо учитывать его различные параметры. Помимо среднегодовой и максимальной скорости надо знать порывистость, плотность, турбулентность, температуру ветрового потока.
В нашей стране к зонам ветровой активности относятся острова Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, районы Нижней и Средней Волги и Каспийского моря, побережье Охотского, Баренцева, Балтийского, Черного и Азовского морей. Такие зоны также есть в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале. Осенью и зимой там наблюдается наиболее сильный ветер, именно в этот период существует наибольшая потребность в тепле и электричестве. Эти районы не входят в число районов, относящихся к центральному энергоснабжению, там будет целесообразно использовать ветровые электростанции для обеспечения их теплом и светом. В наше время уже успешно работают Маркинская ВЭС (АО «Ростовэнерго»), ВЭС на о. Беринга (АО «Камчатэнерго») и Куликовская ВЭС (АО «Янтарьэнерго»), в Краснодарском крае более 30 действующих ветроагрегатов с единичной мощностью 4 кВт. В сентябре 2007 года в Якутии была запущена ветровая электроустановка мощностью в 250 кВт,
Несмотря на экономичный и безопасный способ производства энергии, существует многое, что требует улучшения. Во-первых, ветряные электростанции не достаточно надежны для современной жизни. Если будет несколько безветренных дней, весь город останется без энергии. Во-вторых, звуки от вращающихся турбин и производственных генераторов слишком громкие, чтобы ветряные электростанции располагать вблизи города 27
или поселка. В третьих, на большей части нашей страны преобладают ветра с малой плотностью энергии, следствием чего является невысокая частота вращения первичного двигателя ветроколеса. Это обстоятельство обуславливает необходимость применения между ветроколесом и электрогенератором достаточно сложной трансмиссии. Исключение мультипликатора позволило бы существенно уменьшить стоимость ветроэнергетической установки. Осуществить это возможно при использовании специализированного низкооборотного генератора, работы, по созданию которого для ветроэнергетической установки с высокими энергетическими показателями при малой стоимости успешно ведутся, о чем свидетельствуют исследования опытного образца этого генератора.