Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Энергетика и промышленность России" - избранные материалы

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 1.155 RSS
←   Июнь 2013   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.eprussia.ru
Открыта: 02-03-2002

Автор
Энергетика и промышленность России

Статистика

1.155 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Совместное использование солнечной энергии и холода малых водотоков


 

Совместное использование солнечной энергии и холода малых водотоков

 

 

Известно, что первоисточником гидроэнергии является солнечная энергия.

 

Вода океанов и морей, испаряясь под действием солнечного излучения, конденсируется в высоких слоях атмосферы в виде капель, собирающихся в облака.

Вода облаков выпадает в виде дождя и снега. Круговорот воды в природе происходит под влиянием солнечной энергии, таким образом, кинетическая энергия движущейся в реках жидкости есть, образно говоря, освобожденная энергия Солнца.

Гидроэлектростанции могут быть сооружены там, где имеются гидроресурсы и условия для строительства, что часто не совпадает с расположением потребителей электроэнергии. При сооружении гидроэлектростанции обычно предполагается решение комплекса задач, а именно: выработки электроэнергии, улучшение условий судоходства и орошения. При наличии водохранилищ ГЭС может быть целесообразно использована для работы в пиковой части суточного графика объединенной энергосистемы с частыми пусками и остановками агрегатов. Это позволяет агрегатам части атомных и тепловых станций работать в наиболее экономичном и безопасном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт-ч электроэнергии в энергосистеме.

Однако при относительной экологической чистоте ГЭС огромные водохранилища представляют большую потенциальную угрозу.

По статистическим данным в большинстве случаев аварии плотин отмечаются в период их строительства или в начальный период эксплуатации – то есть в течение пяти-семи лет после наполнения водохранилища. За это время полностью проявляются дефекты производства работ, устанавливается фильтрационный режим, и определяются деформации сооружения.

Затем наступает длительный период – около сорока-пятидесяти лет, когда состояние сооружения стабилизируется и аварии маловероятны. После этого опасность аварий вновь увеличивается в результате развития анизотропии свойств, старения материалов и пр. Сейчас в России средний износ гидротехнических сооружений, определяемый по сроку службы, на самых крупных российских ГЭС мощностью более 2000 МВт составляет 38 процентов, а по ГЭС мощностью от 300 до 2000 МВт – 45 процентов.

При этом в зонах риска каждого крупного водохранилища (емкостью более 10 миллионов кубометров) расположено более трехсот населенных пунктов с населением до 1 миллиона человек, а также многочисленные объекты экономики.



Проблема площадей

Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии ГЭС не будет превышать 5 процентов.

Весной через створы существующих ГЭС проходит в среднем 60 процентов годового стока воды. При этом от 10 до 25 процентов годового стока воды гидроэлектростанции сбрасывается вхолостую из за отсутствия регулирующей емкости водохранилища. Это в первую очередь касается низконапорных плотин и турбин на реках Среднерусской равнины, в результате чего в течение года, особенно во время весенних паводков, заливаются большие площади полезных земель.

Под стать размерам водохранилищ и площади сбора воды для них. Реки питаются водой с огромных площадей.

Удельная водность питающих реки бассейнов поразительно низкая, тогда как современная «ветровая ферма» в европейских климатических условиях может обеспечить генерацию 12 16 МВт электроэнергии с 1 квадратного километра занимаемой площади.

В то же время при относительно низкой удельной водности малые поверхностные водотоки горных районов несут в себе много холода, который можно использовать в паросиловых (термодинамических) циклах для расширения интервала температур теплосилового цикла малых энергоустановок – за счет снижения температуры нижней части цикла.



«Холодная» теплоэнергетика

Как известно, чем южнее расположена та или иная территория, тем летом там жарче и тем труднее найти в достаточных объемах холода (холодной воды) для эффективной работы теплосилового цикла гелиоводоема, гелиоэлектростанции или гелиохолодильника. Исключения, как правило, составляют горные и предгорные области, где малые водотоки (ручьи, ручейки и родники), не представляющие никакого интереса для гидроэнергетики, протекая, уносят безвозвратно огромные объемы холода на равнинные территории.

Этот холод малых водотоков можно использовать совместно с энергией солнечных соляных прудов вместо холода котлованов со льдом, которые актуальны для равнинных территорий.

Для создания гелиоэнергетики, способной конкурировать с традиционной (как и для геотермальной энергетики), подходит идея нового, «холодного», направления в развитии теплоэнергетики.

Увеличение термического КПД паросилового цикла (преобразователя) может быть достигнуто, как известно из термодинамики, при прочих равных условиях только двумя путями. Первый их них – это повышение температурного уровня подводимого тепла как в самом паровом цикле, так и посредством подключения «надстроек»: от МГД (магнитодинамических генераторов) до газовых турбин. Газотурбинный вариант оказался практически наиболее приемлемым и позволил поднять термический КПД электростанций примерно до 60 процентов.

Однако дальше «двигаться вверх» становится все труднее и дороже, тем более что незыблемым законом термодинамики каждый градус повышения температуры дает все меньший дополнительный энергетический эффект. В этой ситуации представляется целесообразным идти по второму пути повышения КПД – расширить теплосиловой цикл «вниз». Здесь по тем же законам термодинамики «каждый градус все дороже», но термический КПД цикла растет при прочих равных условиях в результате его расширения «вниз» гораздо быстрее, чем при движении «вверх».

Возможности уникального в этом отношении вещества – воды – в современной теплоэнергетике практически исчерпаны. Поэтому на верхнем, «горячем», участке цикла часть перепада температур используется уже вне парового цикла – например, в газовой турбине. У современных атомных и геотермальных электростанций (по самой их природе) верхняя температура рабочих циклов ограничена, поэтому никаких других реальных возможностей существенного расширения температурного интервала работы пароводяных циклов у этих электростанций в обозримой перспективе нет.

Что касается нижней части цикла, необходимость в высоком вакууме исключает использование воды как рабочего тела при температурах, даже приближающихся к нулю, не говоря уже о более низких. Поэтому современная «большая» теплоэнергетика вынуждена пока работать в условиях, диктуемых свойствами воды. Между тем «расширение» интервала температур работы тепловых электростанций остается в числе актуальных проблем повышения эффективности теплоэнергетики. И здесь есть только один путь – «вниз». Его предопределяют не только законы термодинамики, но и климатические условия, как в России, так и в некоторых других странах.

Очевидный и основной положительный фактор, определяющий целесообразность создания низкотемпературных паросиловых установок (преобразователей), – отсутствие в системе вакуума: во всех точках системы, в том числе в конденсаторе, поддерживается даже при самом «холодном» режиме давление, превышающее атмосферное. Это позволит существенно уменьшить объемы и массу оборудования низкотемпературной части установки.

Низкотемпературная теплоэнергетика должна занять законное место в системе энергоснабжения нашей страны, и упускать связанные с ней возможности не следует.



Гигантский аккумулятор

В завершение, в качестве иллюстрации эффективности нетрадиционных подходов в различных областях энергосбережения приведем следующий пример.

С низкими температурами связан необычный проект «Ночной ветер» (Night Wind). Он разрабатывается группой исследовательских организаций и университетов из Нидерландов, Дании, Испании и Болгарии. Проект призывает к созданию европейской системы хранения энергии, получаемой от ветроэлектрических установок (ВЭУ), в огромных складах-холодильниках.

Непостоянство ветровой энергии вкупе с тем простым фактом, что ночью электропотребление заметно падает, а днем растет, подтолкнули европейских ученых к неожиданной идее: в качестве колоссальных аккумуляторов энергии, способных накапливать «электричество» от ВЭУ и в целом стабилизировать расход энергии в сети, могут выступить гигантские склады-холодильники, расположенные по всему Старому Свету.

Идея довольно проста, и, главное, никаких особых изменений в существующих системах не требует. Просто ночью, когда потребление электричества падает, а ВЭУ продолжают работать как обычно (не останавливать же лопасти), их мощность должна направляться на то, чтобы понизить на один градус температуру в этих холодильниках. Всего на один градус против обычной нормы.

Таким образом, энергия запасается в виде холода тысяч и тысяч тонн разнообразных продуктов, спокойно лежащих где нибудь в Дании, Голландии или Франции. Днем же, когда потребление электричества растет, все эти гигантские холодильники можно выключить, позволив температуре постепенно подняться на один градус, то есть вернуться к практикуемой технологической норме.

Если это будет применено во всех крупных холодильных складах Европы, то, по расчетам авторов проекта, это эквивалентно появлению в общей энергосети аккумулятора емкостью в 50 млн кВт-ч!

К неоспоримым плюсам этого проекта относится также то, что при работе ночью холодильных машин у них выше эффективность, так как охлаждающий конденсаторы воздух летней ночью имеет более низкую температуру, чем днем, на 10 15 °С.

Таким образом, даже такие «бросовые» с традиционной точки зрения энергетические ресурсы, как малые водотоки (речушки и ручейки) горных местностей могут стать хорошим подспорьем в повышении энергетической эффективности гелиоустановок и систем с термодинамическими циклами.

 

С вопросами и предложениями обращайтесь по адресу ep@eprussia.ru



Информационный портал Энергетика и промышленность России - это:

Ежедневная новостная лента Новости энергетики.

Уникальная бесплатная электронная библиотека для специалистов.

Электронная версия и архив газеты Энергетика и промышленность России.

Новинки нормативно-технической литературы от издательств в разделе Книжный магазин.

Доска объявлений для предприятий, работающих в промышленно-энергетических отраслях.

Информация об отраслевых выставках, конференциях и семинарах в разделе Выставки.

Каталог сайтов компаний ТЭК и промышленности.

Наш портал может предложить рекламодателям следующие Услуги:
Участие в "Каталоге ЭПР" (в том числе регулярное самостоятельное размещение ваших новостей в ленте Новости компаний);
Размещение рекламных баннеров различных форматов на всех страницах портала;
Размещение рекламных статей.
В избранное