Геотермальная энергетика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

энергия геотермальный топливо температурный

Резкое увеличение цен на топливо, трудности с его получением, истощение топливных ресурсов - все эти видимые признаки энергетического кризиса вызывали в последние годы во многих странах значительный интерес к новым источникам энергии, в том числе к энергии Мирового океана.

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. кв. км) занимают моря и океаны. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.

Энергия океана давно привлекает к себе внимание человека. В середине 80-х годов уже действовали первые промышленные установки, а также велись разработки по следующим основным направлениям: использование энергии приливов, прибоя, волн, разности температур воды поверхностных и глубинных слоев океана, течений и т.д.

1. Приливные электростанции

Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление - ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Приливные волны таят в себе огромный энергетический потенциал - 3 млрд. кВт.

Идея использования энергии приливов появилась у наших предков добрую тысячу лет назад. Правда, строили они тогда не ПЭС, а приливные мельницы. Одна из таких мельниц, упоминаемая еще в документах 1086 года, сохранилась в местечке Илинг, на юге Англии. В России первая приливная мельница появилась на Беломорье в XVII веке.

В ХХ веке ученые задумались над использованием потенциала приливов в электроэнергетике. Достоинства приливной энергии неоспоримы. Приливные станции можно строить в труднодоступных местах в прибрежной зоне, они не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от тепловых станций, не затапливают земель в отличие от гидроэлектростанций и не представляют потенциальной опасности в отличие от атомных станций.

Приливная электростанция (ПЭС) - электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует перепад уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной, залив или устье впадающей с море (океан) реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (> 4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины. При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4--5 ч с перерывами соответственно 2--1 ч четырежды за сутки (такая ПЭС называется однобассейновой двустороннего действия). Для устранения неравномерности выработки электроэнергии бассейн ПЭС можно разделить плотиной на два или три меньших бассейна, в одном из которых поддерживается уровень «малой», а в другом -- «полной» воды; третий бассейн -- резервный; гидроагрегаты устанавливаются в теле разделительной плотины. Но и эта мера полностью не исключает пульсации энергии, обусловленной цикличностью приливов в течение полумесячного периода. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями, энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов.

На ПЭС устанавливают капсульные гидроагрегаты, которые могут использоваться с относительно высоким кпд в генераторном (прямом и обратном) и насосном (прямом и обратном) режимах, а также в качестве водопропускного отверстия. В часы, когда малая нагрузка энергосистемы совпадает по времени с «малой» или «полной» водой в море, гидроагрегаты ПЭС либо отключены, либо работают в насосном режиме -- подкачивают воду в бассейн выше уровня прилива (или откачивают ниже уровня отлива) и таким образом аккумулируют энергию до того момента, когда в энергосистеме наступит пик нагрузки (рис. 1).

Рис. 1

В случае если прилив или отлив совпадает по времени с максимумом нагрузки энергосистемы, ПЭС работает в генераторном режиме. Таким образом, ПЭС может использоваться в энергосистеме как пиковая электростанция.

Рис. 2

В 1966 г. во Франции на реке Ранс (рис. 2) построена первая в мире приливная электростанция. Система использует двадцать четыре 10-мегаваттных турбины, обладает проектной мощностью 240 МВт и ежегодно производит около 50 ГВт*ч электроэнергии. Для этой станции разработан приливный капсульный агрегат, позволяющий осуществлять три прямых и три обратных режима работы: как генератор, как насос и как водопропускное отверстие, что обеспечивает эффективную эксплуатацию ПЭС. По оценкам специалистов, ПЭС Ранс экономически оправдана. Годовые издержки эксплуатации ниже, чем на гидроэлектростанциях, и составляют 4% капитальных вложений.

Другая крупная приливная электростанция мощностью 20 МВт расположена в Аннаполис-Ройал, в заливе Фанди (провинция Новая Шотландия, Канада). Она была официально открыта в сентябре 1984 г. Система смонтирована на о. Хогс в устье р. Аннаполис на основе уже существующей дамбы, защищающей плодородные земли от затопления морской водой в период штормов. Амплитуда прилива колеблется от 4,4 до 8,7 м.

В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт. Основоположниками этого проекта были советские ученые Лев Бернштейн и Игорь Усачев. Впервые в мировой практике гидротехнического строительства станция была возведена наплавным способом, который потом широко стал использоваться при строительстве подводных туннелей, нефтегазовых платформ, прибрежных ГЭС, ТЭС, АЭС и защитных гидротехнических комплексов.

В отличие от гидроэнергии рек, средняя величина приливной энергии мало меняется от сезона к сезону, что позволяет приливным электростанциям более равномерно обеспечивать энергией промышленные предприятия.

За рубежом разрабатываются проекты приливных электростанций в заливе Фанди (Канада) и в устье реки Северн (Англия) мощностью соответственно в 4 и 10 млн киловатт, работают небольшие приливные электростанции в Китае.

Пока энергия приливных электростанций обходится дороже энергии тепловых электростанций, но при более рациональном осуществлении строительства гидросооружений этих станций стоимость вырабатываемой ими энергии вполне можно снизить до стоимости энергии речных электростанций. Поскольку запасы приливной энергии планеты значительно превосходят полную величину гидроэнергии рек, можно полагать, что приливная энергия будет играть заметную роль в дальнейшем прогрессе человеческого общества.

Мировое сообщество предполагает лидирующее использование в XXI веке экологически чистой и возобновляемой энергии морских приливов. Ее запасы могут обеспечить до 15 % современного энергопотребления.

33-летний опыт эксплуатации первых в мире ПЭС - Ранс во Франции и Кислогубской в России - доказали, что приливные электростанции:

устойчиво работают в энергосистемах как в базе так и в пике графика нагрузок при гарантированной постоянной месячной выработке электроэнергии

не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от тепловых станций

не затапливают земель в отличие от гидроэлектростанций

не представляют потенциальной опасности в отличие от атомных станций

капитальные вложения на сооружения ПЭС не превышают затрат на ГЭС благодаря апробированному в России наплавному способу строительства (без перемычек) и применению нового технологичного ортогонального гидроагрегата

стоимость электроэнергии самая дешевая в энергосистеме (доказано за 35 лет на ПЭС Ранс - Франция).

В России выполнены проекты Тугурской ПЭС мощностью 8,0 ГВт и Пенжинской ПЭС мощностью 87 ГВт на Охотском море, энергия которых может быть передана в энергодефицитные районы Юго-Восточной Азии. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 11,4 ГВт, энергию которой предполагается направить в Западную Европу по объединенной энергосистеме " Восток-Запад".

Наплавная "российская" технология строительства ПЭС позволяет на треть снизить капитальные затраты по сравнению с классическим способом строительства гидротехнических сооружений за перемычками.

Приливные электростанции не оказывают вредного воздействия на человека:

нет вредных выбросов (в отличие от ТЭС)

нет затопления земель и опасности волны прорыва в нижний бьеф (в отличие от ГЭС)

нет радиационной опасности (в отличие от АЭС)

влияние на ПЭС катастрофических природных и социальных явлений (землетрясения, наводнения, военные действия) не угрожают населению в примыкающих к ПЭС районах.

Подобная технология особенно выгодна для островных территорий, а также для стран, имеющих протяженную береговую линию.

Экологическая безопасность:

плотины ПЭС биологически проницаемы

пропуск рыбы через ПЭС происходит практически беспрепятственно

натурные испытания на Кислогубской ПЭС не обнаружили погибшей рыбы или ее повреждений (исследования Полярного института рыбного хозяйства и океанологии)

основная кормовая база рыбного стада - планктон: на ПЭС гибнет 5-10 % планктона, а на ГЭС - 83-99 %

снижение солености воды в бассейне ПЭС, определяющее экологическое состояние морской фауны и льда составляет 0,05-0,07 %, т.е. практически неощутимо

ледовый режим в бассейне ПЭС смягчается

в бассейне исчезают торосы и предпосылки к их образованию

не наблюдается нажимного действия льда на сооружение

размыв дна и движение наносов полностью стабилизируются в течение первых двух лет эксплуатации

наплавной способ строительства дает возможность не возводить в створах ПЭС временные крупные стройбазы, сооружать перемычки и прочее, что способствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС

исключен выброс вредных газов, золы, радиоактивных и тепловых отходов, добыча, транспортировка, переработка, сжигание и захоронение топлива, предотвращение сжигания кислорода воздуха, затопление территорий, угроза волны прорыва

ПЭС не угрожает человеку, а изменения в районе ее эксплуатации имеют лишь локальный характер, причем, в основном, в положительном направлении.

Энергетическая характеристика приливных электростанций

Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн - интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать и конструировать.

2. История развития геотермальной энергетики

Основными направлениями развития генерирующих мощностей в энергетике страны на ближайшую перспективу является техническое перевооружение и реконструкция электростанций, а также ввод новых генерирующих мощностей. Прежде всего, это строительство парогазовых установок с КПД 5560%, что позволит повысить эффективность существующих ТЭС на 2540%. Следующим этапом должно стать сооружение тепловых электростанций с использованием новых технологий сжигания твёрдого топлива и со сверхкритическими параметрами пара для достижения КПД ТЭС, равного 46-48%. Дальнейшее развитие получат и атомные электростанции с реакторами новых типов на тепловых и быстрых нейтронах.

Важное место в формировании энергетики России занимает сектор теплоснабжения страны, который является самым большим по объёму потребляемых энергоресурсов более 45% их общего потребления. В системах централизованного теплоснабжения (ЦТ) производится более 71%, а децентрализованными источниками около 29% всего тепла. Электростанциями отпускается более 34% всего тепла, котельными примерно 50%. В соответствии с энергетической стратегией России до 2020 г. планируется рост теплопотребления в стране не менее чем в 1,3 раза, причём доля децентрализованного теплоснабжения будет возрастать с 28,6% в 2000 г. до 33% в 2020 г.

Повышение цен, которое произошло в последние годы, на органическое топливо (газ, мазут, дизельное топливо) и на его транспортировку в отдалённые районы России и соответственно объективный рост отпускных цен на электрическую и тепловую энергию принципиально изменяют отношение к использованию НВИЭ: геотермальной, ветровой, солнечной.

Так, развитие геотермальной энергетики в отдельных регионах страны позволяет уже сегодня решать проблему электро- и теплоснабжения, в частности на Камчатке, Курильских островах, а также на Северном Кавказе, в отдельных районах Сибири и европейской части России.

В числе основных направлений совершенствования и развития систем теплоснабжения должно стать расширения использования местных нетрадиционных возобновляемых источников энергии и в первую очередь геотермального тепла земли. Уже в ближайшие 7-10 лет с помощью современных технологий локального теплоснабжения благодаря термальному теплу можно сэкономить значительные ресурсы органического топлива.

В последнее десятилетие использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) переживает в мире настоящий бум. Масштаб применения этих источников возрос в несколько раз. Данное направление развивается наиболее интенсивно по сравнению с другими направлениями энергетики. Причин этого явления несколько. Прежде всего, очевидно, что эпоха дешевых традиционных энергоносителей бесповоротно закончилась. В этой области имеется только одна тенденция - рост цен на все их виды. Не менее значимо стремление многих стран, лишенных своей топливной базы к энергетической независимости Существенную роль играют экологические соображения, в том числе по выбросу вредных газов. Активную моральную поддержку применению НВИЭ оказывает население развитых стран.

По этим причинам развитие НВИЭ во многих государствах приоритетная задача технической политики в области энергетики. В ряде стран эта политика реализуется через принятую законодательную и нормативную базу, в которой установлены правовые, экономические и организационные основы использования НВИЭ. В частности, экономические основы состоят в различных мерах поддержки НВИЭ на стадии освоения ими энергетического рынка (налоговые и кредитные льготы, прямые дотации и др.).

В России практическое применение НВИЭ существенно отстает от ведущих стран. Отсутствует какая-либо законодательная и нормативная база, равно как и государственная экономическая поддержка. Всё это крайне затрудняет практическую деятельность в этой сфере. Основная причина тормозящих факторов затянувшееся экономическое неблагополучие в стране и, как следствие трудности с инвестициями, низкий платежеспособный спрос, отсутствие средств на необходимые разработки. Тем не менее, некоторые работы и практические меры по использованию НВИЭ в нашей стране проводятся (геотермальная энергетика). Парогидротермальные месторождения в России имеются только на Камчатке и Курильских островах. Поэтому геотермальная энергетика не может и в перспективе занять значимое место в энергетике страны в целом. Однако она способна радикально и на наиболее экономической основе решить проблему энергоснабжения указанных районов, которые пользуются дорогим привозным топливом (мазут, уголь, дизельное топливо) и находятся на грани энергетического кризиса. Потенциал парогидротермальных месторождений на Камчатке способен обеспечить по разным источникам от 1000 до 2000 Мвт установленной электрической мощности, что значительно превышает потребности этого региона на обозримую перспективу. Таким образом, существуют реальные перспективы развития здесь геотермальной энергетики.

Наряду с огромными ресурсами органического топлива Россия располагает значительными запасами тепла земли, которые могут быть преумножены за счет геотермальных источников, находящихся на глубине от 300 до 2500 м в основном в зонах разломов земной коры.

Территория России хорошо исследована, и сегодня известны основные ресурсы тепла земли, которые имеют значительный промышленный потенциал, в том числе и энергетический. Более того, практически везде имеются запасы тепла с температурой от 30 до 200°С.

Ещё в 1983 г. во ВСЕГИНГЕО был составлен атлас ресурсов термальных вод СССР. В нашей стране разведано 47 геотермальных месторождений с запасами термальных вод, которые позволяют получить более 240·10імі/сут. Сегодня в России проблемами использования тепла земли занимаются специалисты почти 50 научных организаций.

Для использования геотермальных ресурсов пробурено более 3000 скважин. Стоимость исследований геотермии и буровых работ, уже выполненных в этой области, в современных ценах составляет более 4 млрд. долларов. Так на Камчатке на геотермальных полях уже пробурено 365 скважин глубиной от 225 до 2266 м и израсходовано (ещё в советское время) около 300 млн. долларов (в современных ценах).

Эксплуатация первой геотермальной электростанции была начата в Италии в 1904г. Первая геотермальная электростанция на Камчатке, да и первая в СССР Паужетская ГеоТЭС была введена в работу в 1967 г. и имела мощность 5мВт, увеличенную впоследствии до 11 мВт. Новый импульс развитию геотермальной энергетике на Камчатке был придан в 90-е годы с появлением организаций и фирм (АО «Геотерм», АО «Интергеотерм», АО «Наука»), которые в кооперации с промышленностью (прежде всего, с Калужским турбинным заводом) разработали новые прогрессивные схемы, технологии и виды оборудования по преобразованию геотермальной энергии в электрическую и добились кредитования от Европейского банка реконструкции и развития. В результате в 1999 г. на Камчатке была введена Верхне-Мутновская ГеоТЭС (три модуля по 4мВт.). Вводится первый блок 25 мВт. первой очереди Мутновской ГеоТЭС суммарной мощностью 50 мВт.

Вторая очередь мощностью 100МВт может быть введена в 2004 г.

Таким образом, ближайшие и вполне реальные перспективы геотермальной энергетики на Камчатке определились, что является положительным несомненным примером использования НВИЭ в России, несмотря на имеющиеся в стране серьезные экономические трудности. Потенциал парогидротермальных месторождений на Камчатке способен обеспечить 1000МВт установленной электрической мощности, что значительно перекрывает потребности этого региона на обозримую перспективу.

По данным Института вулканологии ДВО РАН, уже выявленные геотермальные ресурсы позволяют полностью обеспечить Камчатку электричеством и теплом более чем на 100 лет. Наряду с высокотемпературным Мутновским месторождением мощностью 300МВт (э) на юге Камчатки известны значительные запасы геотермальных ресурсов на Кошелевском, Больше Банном, а на севере на Киреунском месторождениях. Запасы тепла геотермальных вод на Камчатке оцениваются в 5000МВт (т).

На Чукотке также имеются значительные запасы геотермального тепла (на границе с Камчатской областью), часть из них уже от-крыта и может активно использоваться для близлежащих городов и посёлков.

Курильские острова также богаты запасами тепла земли, их вполне достаточно для тепло и электрообеспечения этой территории в течение 100200 лет. На острове Итуруп обнаружены запасы двухфазного геотермального теплоносителя, мощности которого (30МВт(э)) достаточно для удовлетворения энергопотребностей всего острова в ближайшие 100 лет. Здесь на Океанском геотермальном месторождении уже пробурены скважины и строится ГеоЭС. На южном острове Кунашир имеются запасы геотермального тепла, которые уже используются для получения электроэнергии и теплоснабжения г. Южно Курильска. Недра северного острова Парамушир менее изучены, однако известно, что и на этом острове есть значительные запасы геотермальной воды температурой от 70 до 95° С, здесь также строится ГеоТС мощностью 20 МВт (т).

Гораздо большее распространение имеют месторождения термальных вод с температурой 100-200°С. При такой температуре целесообразно использование низкокипящих рабочих тел в паротурбинном цикле. Применение двухконтурных ГеоТЭС на термальной воде возможно в ряде районов России, прежде всего на Северном Кавказе. Здесь хорошо изучены геотермальные месторождения с температурой в резервуаре от 70 до 180° С, которые находятся на глубине от 300 до 5000 м. Здесь уже в течение длительного времени используется геотермальная вода для теплоснабжения и горячего водоснабжения. В Дагестане в год добывается более 6 млн. м. геотермальной воды. На Северном Кавказе около 500 тыс. чел, используют геотермальное водоснабжение.

Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирский регион также располагают запасами геотермального тепла, пригодного для широкомасштабного применения в промышленности и сельском хозяйстве.

3. Преобразование геотермальной энергии в электрическую и тепловую

Одно из перспективных направлений использования тепла высокоминерализованных подземных термальных вод преобразование его в электрическую энергию. С этой целью была разработана технологическая схема для строительства ГеоТЭС, состоящая из геотермальной циркуляционной системы (ГЦС) и паротурбинной установки (ПТУ), схема которой приведена на рис. 1. Отличительной особенностью такой технологической схемы от известных является то, что в ней роль испарителя и перегревателя выполняет внутрискважинный вертикальный противоточный теплообменник, расположенный в верхней части нагнетательной скважины, куда по наземному трубопроводу подводится добываемая высокотемпературная термальная вода, которая после передачи тепла вторичному теплоносителю закачивается обратно в пласт. Вторичный теплоноситель из конденсатора паротурбинной установки самотёком поступает в зону нагрева по трубе, спущенной внутри теплообменника до днища.

В основе работы ПТУ лежит цикл Ренкина; t,s диаграмма этого цикла и характер изменения температур теплоносителей в теплообменнике испарителе.

Наиболее важным моментом при строительстве ГеоТЭС является выбор рабочего тела во вторичном контуре. Рабочее тело, выбираемое для геотермальной установки, должно обладать благоприятными химическими, физическими и эксплуатационными свойствами при заданных условиях работы, т.е. быть стабильным, негорючим, взрывобезопасным, нетоксичным, инертным по отношению к конструкционным материалам и дешёвым. Желательно выбирать рабочее тело с более низким коэффициентом динамической вязкости (меньше гидравлические потери) и с более высоким коэффициентом теплопроводности (улучшается теплообмен).

Все эти требования одновременно выполнить практически невозможно, поэтому всегда приходится оптимизировать выбор того или иного рабочего тела.

Невысокие начальные параметры рабочих тел геотермальных энергетических установок приводят к поиску низкокипящих рабочих тел с отрицательной кривизной правой пограничной кривой в t, s диаграмме, поскольку использование воды и водяного пара приводит в этом случае к ухудшению термодинамических показателей и к резкому увеличению габаритов паротурбинных установок, что существенно повышает их стоимость.

В качестве сверхкритического агента вторичного контура бинарных энергетических циклов предложено применять смесь изобутан + изопентан в сверхкритическом состоянии. Использование сверхкритических смесей удобно тем, что критические свойства, т.е. критическая температура tк(x), критическое давление pк(x) и критическая плотность qк (x) зависят от состава смеси x. Это позволит путём подбора состава смеси выбрать сверхкритический агент с наиболее благоприятными критическими параметрами для соответствующей температуры термальной воды конкретного геотермального месторождения.

В качестве вторичного теплоносителя используется легкокипящий углеводородизобутан, термодинамические параметры которого соответствуют требуемым условиям. Критические параметры изобутана:tк = 134,69° C; pк = 3,629МПа; qк =225,5кг/мі. Кроме того, выбор изобутана в качестве вторичного теплоносителя обусловлен его относительно невысокой стоимостью и экологической безвредностью (в отличие от фреонов). Изобутан в качестве рабочего тела нашёл широкое распространение за рубежом, а также предлагается использовать его в сверхкритическом состоянии в бинарных геотермальных энергетических циклах.

Энергетические характеристики установки рассчитаны для большого диапазона температур добываемой воды и различных режимов её работы. При этом во всех случаях принималось, что температура конденсации изобутана tкон =30° C.

Возникает вопрос о выборе наименьшего температурного напора. C одной стороны, уменьшение кt приводит к увеличению поверхности теплообменника испарителя, что может быть экономически не оправдано. С другой стороны, увеличение кt при заданной температуре термальной воды tт приводит к необходимости понизить температуру испарения tз (а, следовательно, и давление), что отрицательно скажется на КПД цикла. В большинстве практических случаев рекомендуется принимать кt = 10ч25єС.

Полученные результаты показывают, что существуют оптимальные параметры работы паросиловой установки, которые зависят от температуры воды, поступающей в первичный контур парогенератора теплообменника. С увеличением температуры испарения изобутана tз возрастает мощность N вырабатываемая турбиной на 1кг/с расхода вторичного теплоносителя. При этом по мере увеличения tз уменьшается количество испаряемого изобутана на 1кг/с расхода термальной воды.

С повышением температуры термальной воды увеличивается и оптимальная температура испарения.

На рис.3 представлены графики зависимости мощности N, вырабатываемой турбиной, от температуры испарения tз вторичного теплоносителя при различных температурах термальной воды.

Для высокотемпературной воды (tт = 180єС) рассмотрены сверхкритические циклы, когда начальное давление пара pн= 3,8; 4,0; 4,2; и 5,0МПа. Из них наиболее эффективны с точки зрения получения максимальной мощности является сверхкритический цикл, приближенный к так называемому «треугольному» циклу с начальным давлением pн= 5,0Мпа. При этом цикле вследствие минимальной разности температур между теплоносителем и рабочим телом температурный потенциал термальной воды используется наиболее полно. Сравнение этого цикла с докритическим (pн=3,4Мпа) показывает ,что мощность, вырабатываемая турбиной при сверхкритическом цикле, увеличивается на 11%, плотность потока вещества, поступающего на турбину, в 1,7 раза выше, чем в цикле с pн= 3,4Мпа, что приведёт к улучшению транспортных свойств теплоносителя и уменьшению размеров оборудования (подводящих трубопроводов и турбины) паротурбинной установки. Кроме того, в цикле с pн= 5,0Мпа температура отработанной термальной воды tн, нагнетаемой обратно в пласт, составляет 42єС, тогда как в докритическом цикле с pн= 3,4 МПа температура tн= 55єС.

4. Геотермальная энергетика. Состояние отрасли и перспективы её развития в странах СНГ

Одним из важнейших показателей уровня технического развития любой страны является уровень развития ее энергетики. Современная энергетика -- это в основном электричество, т.е. производство и потребление электрической энергии определяют уровень развития государства.

Электрическая энергия используется во всех отраслях промышленности, строительства, транспорта и сельского хозяйства вследствие ряда присущих только ей свойств: ее можно передавать на большие расстояния, а также преобразовывать в другие виды энергии -- механическую, тепловую, химическую.

В настоящее время традиционные энергоносители становятся все более дорогими, а использование альтернативных становится все дешевле. Поэтому сейчас уже можно говорить о перспективах их массового применения, что актуально в условиях ограниченности запасов традиционных источников и экологической ситуации.

Основным преимуществом возобновляемых источников является их экологическая чистота и неограниченность. Энергия солнца, ветра, геотермальная, приливная неограниченны, в отличие от запасов нефти и газа. Поэтому рано или поздно система энергоснабжения всех стран будет вынуждена переходить на возобновляемые источники. Но современная, уже сложившаяся система экономических отношений и энергосистема, а так же стоимость мощных установок, использующих альтернативные источники энергии, делает этот переход очень дорогим. К тому же генераторы, использующие определенные виды возобновляемой энергии (ветра, приливные, геотермальные) привязаны к определенным территориям, что сильно затрудняет их повсеместное использование. Еще очень важным является то, что электростанции, использующие альтернативные источники энергии, обладают сравнительно малой мощностью и не могут обеспечивать потребности промышленности, потребляющей большую часть производимой электорэнергии. Вложения в них окупаются далеко не сразу, поэтому без государственных программ массовое внедрение альтернативных источников энергии в нашей стране практически невозможно.

Проблемы, связанные с происхождением, экономичностью, техническим освоением и способами использования различных источников энергии, были и будут неотъемлемой частью жизни на нашей планете. Прямо или косвенно с ними сталкивается каждый житель Земли. Понимание принципов производства и потребления энергии составляет необходимую предпосылку для успешного решения приобретающих все большую остроту проблем современности и в еще большей степени - ближайшего будущего.

Мир, в котором мы живем, можно изучать с самых разных точек зрения. Новые знания ведут к постоянному их сужению, ко все большей дифференциации научных дисциплин и соответствующих им областей человеческой деятельности. Результаты объективной оценки “состояния дел” в этих областях весьма различны. Если говорить о существующей и поныне угрозе войн, о миллионах недоедающих и голодных, о все возрастающем загрязнении жизненной среды, то приходится констатировать наличие серьезнейших проблем, решение которых не терпит отлагательства. Проблемы эти тревожат весь прогрессивный мир и не позволяют человечеству удовлетвориться дстигнутым. Если же оценивать развитие пауки и техники само по себе, в самом широком смысле слова, то здесь успехи весьма велики и заслуживают высочайшего уважения.

5. Электроэнергетика

Производство электрической энергии

Электроэнергия - это двигатель экономического и социального развития народонаселения мира, которое, по прогнозам, достигнет 10 миллиардов человек в 2050 (против 6,275 в настоящее время). Ее производство на душу населения может служить индикатором экономического развития.

Разница в несколько сотен кВт·ч на человека в бедных регионах (526 кВт·час в Центральной Африке и 566 кВт·час в Южной Азии в 2005 году) и 14929 кВт·ч в Северной Америке свидетельствует о различии уровней развития разных регионов мира.

Однако этот показатель требует осторожного обращения. Большая выработка электроэнергии на душу населения не означает обязательного наличия более высокого уровня экономического развития.

Например, производство электроэнергии на душу населения в странах СНГ в 2,2 раза выше, чем в Центральной Америке (включая Мексику), а доходы на душу населения несколько ниже.

Необходимо понимать, что различия не отражают только диспаритеты в области доходов они учитывают и разницу в уровне энергетического содержания экономического развития (количество электроэнергии, необходимое для производства единицы валового продукта).

По причине различной обеспеченности первичными источникам энергии, исключительного географического положения и истории или экономики, базирующейся на различных секторах и технологиях, производство электроэнергии может идти различными путями при сравнимых уровнях развития.

Пример стран СНГ и Восточной Европы в этом отношении красноречив. На самом деле эти страны характеризуются поддержанием повышенного энергопотребления, обусловленного их предшествующей моделью экономического развития (экстенсивной и энергозатратной).

Рост производства электроэнергии на душу населения значительно ниже в индустриально развитых регионах, таких как Западная Европа (в среднем +1,6% за год), страны СНГ (в среднем +1,0% в год) и Северная Америка (+0,6% в год). Низкие темпы роста выработки электроэнергии на душу населения в этих регионах требуют пояснения.

В Северной Америке данный показатель уже весьма высок, поэтому он и возрастает медленно, не являясь первостепенным во все более и более процветающей экономике.

Слабый рост производства электроэнергии на душу населения в странах СНГ объясняется реструктуризацией энергетики, начавшейся после развала Советского Союза в 1991 году.

Эта реструктуризация еще продолжается и позволяет рационально осуществлять производство электроэнергии, а значит, и ограничивать новые потребности в электроэнергии, обусловленные возобновлением экономического роста.

Присутствие Центральной и Южной Африки в группе регионов с наиболее низкими темпами роста производства электроэнергии на душу населения (+0,9% в среднем в год) объясняется двумя причинами. Первая из них - мощный демографический взрыв (самый быстрый прирост населения в мире за рассматриваемый промежуток времени с 1995 по 2005 год); вторая - расположение в данном регионе Южно-Африканской Республики, относящейся к развитым государствам и производящей 63,5% электроэнергии в регионе.

В мире в целом наблюдается снижение затрат электроэнергии на производство. Выработка на единицу валового продукта за рассматриваемое десятилетие в среднем снизилась на 0,5%. Но эта цифра скрывает различия между постиндустриальными регионами, в которых экономическая активность поворачивается в сторону обработки информации, что требует меньших энергозатрат, и регионами, активно развивающими промышленность, которым требуется энергия для производства дополнительного валового продукта.

Несоответствие между экономическим ростом и производством электроэнергии отмечается в Северной Америке (-1,6% в год). Этот регион производит все больше услуг с высокой добавочной стоимостью, которые требуют малых энергозатрат, и импортирует все больше и больше промышленных продуктов, производство которых требует большого количества энергии, из других стран.

Положение в странах СНГ и Центральной Европы является исключительным. Происходящая там реструктуризация промышленности и энергетики имеет целью снижение энергозатрат на производство единицы валового продукта (-3,2% и -2,1% соответственно).

Западная Европа занимает промежуточное положение (-0,03% в среднем в год), при котором производство единицы дополнительного валового продукта за последнее десятилетие требует практически неизменного количества электроэнергии.

Северная Африка, Южная Америка, Ближний Восток, Центральная Америка и Восточная и Юго-Восточная Азия являются регионами с возрастающим энергопотреблением. Азиатский и Южно-Азиатский регионы являются сложными для анализа, поскольку там расположен Китай, находящийся в стадии ускоренной индустриализации, и Япония, которая имеет стабильно развитую экономику.

Вклад Китая выводит регион в число нуждающихся в росте выработки электроэнергии для производства дополнительного валового продукта.

Производство электроэнергии на базе возобновляемых источников

Выработка электроэнергии на базе возобновляемых источников является значимой составной частью мирового энергопроизводства. В течение 2005 года (рис. 4) оно составило 3283 ТВт-ч, или 18,1 % мирового производства, что превышает выработку электроэнергии на атомных электростанциях (15,2% в 2005), но значительно ниже выработки тепловых электростанций на ископаемых топливах (66,4%).

Исключая гидроэнергетику, производство электроэнергии на базе иных возобновляемых источников достигает 1,88% от суммарного мирового (341,45 ТВт-ч) в 2005 году. В таблице 1 приведена структура мирового производства электроэнергии на базе возобновляемых источников по видам источников в 2005 году.

Гидроэнергетика, как и в прошлые годы, занимает лидирующие позиции в суммарном производстве электроэнергии на базе возобновляемых источников со своими 89,5%.

Биомасса (и отходы, не подлежащие вторичному использованию) находится на второй позиции с 5,6%, ветроэнергетика дает 3%, использование геотермальных источников выходит на уровень 1,7%.

Производство электроэнергии полупроводниковыми фотопреобразователями в основном сконцентрировано в трех странах - Соединенные Штаты Америки, Япония и Германия - и составляет 0,1% от суммарного производства на базе возобновляемых источников.

Ситуация с производством электроэнергии на базе возобновляемых первичных источников улучшилась, начиная с 2004 года с увеличением своей доли в общем производстве электроэнергии на 0,3% между 2003 и 2005 годами.

Это увеличение, наблюдавшееся в 2004 году, подтвердилось в 2005 и обозначило замедление постоянного увеличения традиционной части электроэнергетики, которая выросла на 2,3% между 1995 и 2003 годами.

Улучшение ситуации в конце периода более заметно, чем рост традиционной электроэнергетики в ходе последних лет. Между 1995 и 2001 годами прирост выработки «зеленой» энергетики составил 3,0% в год и 4,1% между 2004 и 2005 годами.

Это изменение, благоприятное для возобновляемой энергетики, в конце последнего десятилетия объясняется не только значительным вкладом роста гидроэнергетики (+244,6 ТВт·ч с 2003 по 2005 год), но и подтверждением роста мощностей в других видах возобновляемой электроэнергетики (+60 ТВт·ч).

В частности, ветроэнергетика прибавила 31,3 ТВт·ч, а энергетика на базе биомассы - 21,2 ТВт·ч. Дополнительный вклад возобновляемой энергетики с 1995 года возрос на 609,6 ТВт·ч, что соответствует приблизительно суммарному производству электроэнергии в такой стране, как Канада.

Размещено на Allbest.ru