Нефтегазовая промышленность и топливно-энергетический комплекс


Использование энергии воды, гидроэнергетика



жүктеу 3.85 Mb.
бет3/22
Дата29.08.2018
өлшемі3.85 Mb.
түріУчебно-методический комплекс
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22

1.3. Использование энергии воды, гидроэнергетика

Энергия воды - это традиционный и древнейший вид энергии. Водяные мельницы известны, по крайней мере, несколько тысяч лет. Это хорошо освоенная технология использования энергии падающей воды - ставь плотину и получай энергию. В СССР было обследовано 4400 рек, больших, средних и малых, и их энергетический потенциал оценивался в 2000 млн. кВт.•ч. Экономически оправданные - в 2 раза меньше, но тем не менее сейчас используется около 20%.

Суммарная мощность ГЭС в СССР составляла 59 млн. кВт, причем себестоимость выработки электроэнергии на ГЭС самая низкая - 0,17 цент/кВт.•ч. против 0,8 цент/Вт.•ч. на ТЭЦ. Правда, стоимость строительства ГЭС выше, в среднем 1 кВт установленной мощности оценивается в 300-450 долл.. Ввод в строй первого агрегата производится в течение времени от 6 до 13 лет. Если говорить о мировых запасах гидроэнергии, они оцениваются в 2200 ГВт, причем освоено пока 7% и в ближайшем будущем будет освоено еще около 5%. Считают, что к 2005 г. будет освоено около 15% гидроресурсов мира. Кроме того, ГЭС предпочтительно выглядит по трудоресурсам. Занятость производительных сил на ГЭС составляет 0,3 чел/МВт, на ТЭЦ – (0,8÷1) чел/МВт. В 80-90-е годы в СССР и России построили 34 ГЭС с суммарной мощностью 33 млн. кВт, в основном на севере и востоке страны.

Теоретический потенциал гидроресурсов составляет 4 трл. кВт.•ч, технический - 2,1 трл. кВт.•ч., экономический - 1 трл. кВт.•ч. Из этих 34 ГЭС 16 находятся в Азии, их мощность 21 млн. кВт. Проектируются ГЭС на Енисее: Осиновская - мощностью 9 млн. кВт, Туруханская - мощностью 12 млн. кВт. На Подкаменной Тунгуске было создано резервное водохранилище, так как опыт эксплуатации ГЭС на Ангаре и Енисее показал, что могут быть маловодные годы. В связи с созданием этого водохранилища было получено электроэнергии на 13 млрд. кВт.•ч. больше допустимой, что привело к снижению уровня водохранилища на (7÷8) метров, и даже был затронут уровень воды Байкала на (0,5÷1) м. Это мера вынужденная, но очень остро стоит нехватка энергии и, поэтому, любые мероприятия, приводящие к ее экономии, необходимо претворять в жизнь. Вновь принято решение строить резервные водохранилища и на других реках - так называемые ГАЭС на Вахше, Нарыне, Иртыше - Загорская ГАЭС, Средневолжская и ряд других с работой по (10÷16) часов в день, т.к. вода нужна и для судоходства, и для орошения. А сейчас ряд ГЭС работает на неполной мощности в силу указанных причин. Кроме того, ГЭС не так уж и безобидны, как кажется на первый взгляд. Они оказывают серьезное влияние на экологию и климат. Так, при проектировании и начале строительства Катунской ГЭС не были учтены ошибки, допущенные при строительстве Красноярской и Братской ГЭС на Енисее. Там были колоссальные потери. На Катунской ГЭС повторились ошибки, допущенные при строительстве Братской ГЭС. При создании водохранилища не был вырублен лес, который после заполнения водохранилища водой всплывал остовами. Аналогичные проблемы возникли на Саяно-Шушенской ГЭС. Агрегаты снижают мощности, т.к. забивается водозабор. Минлесбумпром “сэкономил” 17 млн. долларов, отказавшись вырубать лес, обосновав с проектантами целесообразность затопления тайги, т.к. лес рос на горных скалах.

При строительстве ГЭС на Оби были затоплены пойменные луга. Проектом было предусмотрено прекращение затопления лугов, а это ведет к остепнению и засолению почвы. По подсчетам гидрогеологов для компенсации этого на каждые 100 тыс. га необходимо вложить до 1 млрд. руб. для устройства водорегулирования. Это требует больше затрат, чем на строительство ГЭС. Так, на Бухтарминской ГЭС после перекрытия Иртыша пойма выше ГЭС пересыхает. Считали, что подняв уровень водохранилища, надо затем производить мощные пропуски воды, но больше 20 лет прошло, а водохранилище так и не набрало нужного запаса воды. В часы пик “зима, осень” Минэнерго опустошает водохранилище, а летом сельское хозяйство терпит убытки. Только в Омской области загублены сотни тыс. га. Ежегодный недобор мяса и молока экономисты оценивают в 20 млн. долларов.

Древне - алтайские легенды говорили о подземных ходах и пещерах с водопадами. Гидрогеологи не учли при строительстве Чуйской ГЭС в 60-х годах, что горные породы состояли в основном из известняков. В ходе строительства начался подъем подземных вод, поэтому, строительство было прекращено, а в результате экономика получила миллионы рублей убытка. Кроме того, в этом районе, прежде сейсмобезопасном, произошло землетрясение в 7 баллов. Проблемой также является изменение климата, климатологи доказали, что число солнечных дней может сократиться на 40 дней, и Чем Гельский курорт под угрозой. Подобные проблемы надо учитывать при выборе места строительства ГЭС и обоснования этого сооружения.




1.3.1. Энергия океанов

Океаны занимают огромную территорию на Земном шаре, 4/5 поверхности планеты. Использовать энергию океанов можно следующим образом:

1. Энергию разницы уровня воды (энергия волн, приливов).

2. Энергию, возникающую из разности температуры слоев воды по глубине.

3. Химическую энергию состава морской воды.

Все эти виды не равновесия могут быть реализованы в различного рода конструкции. Октав Левентиньяк, профессор университета в Орегоне, считает: “Если система не находится в состоянии равновесия, то именно в таком случае вы можете с ее помощью совершать работу. Это главный принцип, лежащий в основе всех способов извлечения энергии: из семейных отношений, топлива, океана, из чего угодно”.

Разница уровней воды в океане создается отливами, приливами, волнами. Разница температур: в тропиках на поверхности океана +28С, а на глубине 600 м (2÷4)С. Разница химического состава воды особенно велика в устьях рек. Здесь можно применить технологию наоборот: для разделения воды необходимы атомные опреснители, а при смешении выделяется энергия.

Рассмотрим первое направление - использование энергии приливов. Океанские приливы и отливы вызваны влиянием Луны. Каждый месяц бывает один очень сильный и один очень низкий прилив в зависимости от взаимного расположения солнца, луны и Земли и её вращения. Влияет также конфигурация и расположение береговой линии. Так, в заливе Фанди прилив составляет 18 м, а на Таити всего 2,5 см. Использовать приливы впервые стали в Англии. Там строили приливные мельницы уже в 11 веке, перегораживали дамбой залив и открывали створы ворот при приливе, а с отливом вода шла на мельничные колеса. Одна такая мельница сохранилась до сих пор в Суффолке, работает для туристов.

Достаточно большая приливная водяная машина была построена в Америке в 1734 г. Колесо машины весило 20 т, а мощность составляла 50 кВт. Самая крупная приливная станция расположена во Франции на берегу Ла-Манша, в устье реки Ранс. Прилив здесь составляет 13 метров и он перемещает в устье реки и из него 200 тыс. кубометров воды со скоростью течения до 90 км/час. Стоимость строительства станции составила 100 млн. долларов. В плотине установлены турбоальтернаторы - гидрогенераторы с поворачивающимися лопастями, строили ее в течение 6 лет и с 1967 г. она находится в эксплуатации. Мощность станции 240 тыс. кВт, кпд составляет 25%. Среднегодовая мощность около 60 МВт. В России есть одна приливная станция мощностью 40 кВт - Кислогубская. Рассматриваются и прорабатываются проекты приливных электростанций в Мезенской губе, в Тугурском заливе на побережье Охотского моря, в Пенжинской губе мощностью 20 млн. кВт. Однако, пока они не реализуются, ибо места труднодоступны. Считают, что приливные станции целесообразно строить в тех местах, где приливы не менее (8÷9) метров.


1.3.2. Использование энергии волн

Следующее направление - использование энергии волн, ибо они несут в себе колоссальное количество энергии. Так, на побережье Орегона волны забросили камень весом 70 кг на крышу маяка высотой 40м. Во Франции глыбу весом около 3 т волны перебросили через дамбу в Шербурге высотой 6 м. Наибольшая высота волны 35м зафиксирована в океане (1933 г.). По оценкам специалистов энергия волн, если ее всю использовать, покроет 30% потребности в энергетике всего человечества (10 млрд. т.у.т.). Расчеты показывают, что с 1 км побережья можно получать от 5 до 50 тыс. кВт электричества. За 100 лет выданы около 340 патентов на различные устройства по преобразованию и использованию энергии воды. Наиболее реалистичными являются “нырок Салтера”, плот Кокерела, колеблющаяся водная колонна и выпрямитель Расселя.

Национальная техническая лаборатория США разработала модель колеблющейся водной камеры - кольцевидного буя для создания воздушного давления. Это тор (полое кольцо) с прорезями наверху. Плавая на воде, он поднимается и опускается вместе с волной, вызывая сжатие воздуха внутри, который приводит в действие турбину. Сейчас практически все бакены в портах и буи имеют автономное питание, действующее от волн (или от солнца). В них входят в качестве преобразователей энергии волн вертикальные или маятниковые поршни, которые раскачиваются вместе с волной. Они практически не требуют ухода и внимания. В Японии сейчас прорабатывается и реализуется проект по использованию энергетического потенциала волн, стоимость проекта около 3 млн. долл. Судно водоизмещением 500 т работает в Японском море, где средняя высота волны (3÷4) м. В нем устроены 4 воздушных камеры размером 8•12м и 22 воздушных отсека для аккумулирования энергии волн сжатием воздуха. Воздух, в свою очередь, вращает турбину. Энергию морских течений можно использовать, установив пропеллеры или роторы с вогнутыми лопатками, низконапорные турбины, парашют Стилмена.


1.3.3. Использование термальной энергии океана

В принципе, термальная энергия океана - это энергия Солнца, поглощенная океаном. Впервые идея получить энергию за счет разности температур появилась в 1881 г, ее автором был Жак Дарсонваль. В качестве рабочего типа им же было предложено использовать легкокипящую жидкость - аммиак. Однако впервые была реализована установка на водяном паре. При снижении давления ниже атмосферного вода кипит. Снижение давления осуществлялось при помощи вакуумного насоса, работала установка с мощностью 22 кВт. Побочным эффектом оказалась пресная вода, образующаяся при конденсации водяного пара, соль выпадала в котле, что вызывало проблему уменьшения теплообмена и появление коррозии. Затем был предложен Андерсоном проект ОТЭС, в котором рабочим телом был пропан. Применение пропана избавляло от коррозии, давление снижалось значительно больше, что сокращает габариты турбины. Кроме пропана можно использовать фреон, аммиак и т.п. Система океанической термальной станции представлена на рис.9.

Суммарные запасы энергии оцениваются в 21•1016 Дж/год или 21•1010 МВт/год. В Японии работает ОТЭС мощностью 100 кВт, в США на Гавайях - мощностью 50 кВт. Основными трудностями при эксплуатации подобных станций является борьба с коррозией и биозагрязнением. Есть еще одна известная возможность получения энергии при смешении пресной и соленой воды. Она была предложена Асвеншпилем, и представляет собой осмотический насос. На трубе ставится полупроницаемая мембрана в глубине и через нее идет только пресная вода. Вода качается из моря и одновременно происходят 2 процесса - опреснения и подъема воды. Глубина должна быть не менее 8 км, если взять 2 трубы с разницей в 20 метров, то вода будет перетекать из трубы в трубу, вращая при этом турбину.

Рис.9. Система ОТЕС замкнутого цикла



Каталог: wp-content -> uploads -> umk2
uploads -> Шжқ «Павлодар қаласының №5 емханасы» кмк байқау кеңесі отырысының №2 хаттамасы павлодар қ. 2015 жылғы 12 қазан Өткізу формасы
umk2 -> Тюменская областная дума тобольско-тюменская епархия
umk2 -> Социальная эффективность управления региональной системой образования
umk2 -> Тюменская область
umk2 -> Разработка и исследование технологических жидкостей для добычи и транспортировки нефти
umk2 -> Практическое занятие 1
umk2 -> 1 Обсадные трубы отечественного производства
umk2 -> Исследование и разработка способов, повышающих нефтеотдачу в низкопроницаемых коллекторах хохряковской группы месторождений


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет