2.10.6. Геотермальные электростанции
Геотермальные электростанции в качестве источника энергии используют тепло земных недр. Известно, что в среднем на каждые 30 – 40м в глубь Земли температура возрастает на 1°С. Следовательно, на глубине 3 – 4 км вода закипает, а на глубине 10 – 15 км температура Земли достигает 1000 – 1200° С. В некоторых частях нашей планеты температура горячих источников достаточно высокая в непосредственной близости от поверхности. Эти районы наиболее благоприятны для сооружения геотермальных станций. Так, в Новой Зеландии на геотермальных станциях вырабатывается 40% всей электроэнергии, в Италии – 6%. Значительная доля электроэнергии на таких станциях вырабатывается и в ряде других стран.
Италия была первой страной, вставшей на путь промышленного использования тепла земных недр. Этому способствовал недостаток обычных энергоресурсов. Схема использования подземного тепла относительно проста. Разогретые подземные воды превращаются в пар, который используется на геотермальных электростанциях и в других технических установках. Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции. Прямая схема: природный пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами. Непрямая схема: пар предварительно (до того как попадает в турбины) очищают от газов, вызывающих разрушение труб либо используют специальное коррозионностойкое оборудование. Смешанная схема: неочищенный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшийся в результате конденсации, удаляют не растворившиеся в ней газы.
В России для ряда районов, например Камчатки и Курильских островов, сооружение геотермальных станций может оказаться экономически оправданным. Пока в нашей стране действуют 3 геотермальные электростанции на Камчатке: Паужетская, Верхне-Мутновская и Мутновская ГеоЭС. Их суммарная мощность составляет 70 МВт.
Принципиальная схема геотермальной электростанции представлена на рис. 1.8.
Рис. 2.19. Принципиальная схема геотермальной электростанции
2.10.7. Солнечные электростанции
Солнце – источник всей жизни на нашей планете и, так или иначе, источник всех видов получаемой на ней энергии. Поэтому человек обращал и обращает свое внимание на прямое использование солнечной энергии. В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: солнечные электростанции башенного типа и распределенного (модульного) типа.
В башенных солнечных электростанциях используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем значительно сложна, так как требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550ºС, воздух и другие газы — до 1000ºС, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) — до 100ºС, жидкометаллические теплоносители — до 800ºС. Главным недостатком башенных солнечных электростанций являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения солнечной электростанции мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт — всего 50 га. Башенные солнечные электростанции мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт , а высота башни 250 м. В солнечных электростанциях распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболо-цилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная солнечная электростанция этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт. При небольшой мощности солнечные электростанции модульного типа более экономичны, чем башенные. В солнечных электростанциях модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.
Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей — устройств, состоящих из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов. Преимущество фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При этом срок их службы практически не ограничен. Они имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Модульный тип конструкций позволяет создавать установки практически любой мощности и делает их весьма перспективными. В н.в. отмечается прирост ввода или производства солнечных фотоэлектрических модулей в мире. С одновременным ростом объемов производства совершенствуются технологии производства фотоэлементов, уменьшается материалоемкость, в частности этой характеристикой является толщина подложки полупроводниковых материалов, возрастает КПД элементов. На данный момент максимально достигнутый КПД кремниевых фотопреобразователей составляет порядка 25%, а сейчас существует технология каскадных и многоэлементных полупроводниковых модулей, которые имеют КПД свыше 40%. Нужно сказать, что потенциал для увеличения КПД имеется, и довольно значительный. Примером могут служить солнечные электростанции в Германии – установки мощностью свыше 1,5 и 2,5 МВт. Это новый вид солнечных установок, обеспечивающий энергоснабжение индивидуальных коттеджей с помощью фотоэлектрических модулей, располагаемых на наклонной крыше, обращенной на южную сторону.
Принципиальные схемы солнечных электростанций (гелиоэлектро-станций) приведены на рис. 1.7.
Рис. 2.20. Принципиальные схемы гелиоэлектростанций:
а - с паровым котлом; б - с кремниевыми фотоэлементами.
Контрольные вопросы:
Какие типы электростанций используются для получения электроэнергии?
Какие электростанции вырабатывают основную долю электроэнергии в России?
Какие электростанции называются конденсационными?
Перечислите основные особенности конденсационных электростанций?
Основные отличия ТЭЦ от КЭС?
Перечислите основные особенности теплоэлектроцентралей?
Что такое верхний бьеф?
Где сооружают деривационные ГЭС?
Основные особенности ГЭС?
Что такое обратимые гидроагрегаты?
Что используется на АЭС в качестве первичного источника энергии?
Основные особенности АЭС?
Чему равен КПД газотурбинных установок?
Особенности дизельных электростанций?
Где устанавливаются ветроэлектростанции?
Где сооружаются приливные электростанции?
Назовите перспективные источники электроэнергии малой мощности?