Геотермальные электростанции

По современным представлениям глубинные слои Земли сильно разогреты. Известно, что в среднем на каждые 30-40 м в глубь Земли, температура возрастает на 1⁰С. Повышение температуры объясняется существованием теплового потока, направленного от земного ядра. Мощность этого потока в тысячи раз меньше мощности солнечной радиации, но в некоторых регионах планеты концентрированный тепловой поток с термальными водами и паром выходит практически на поверхность Земли и уже активно используются как источник энергии. В Новой Зеландии ГеоТЭС вырабатывают до 40% всей электроэнергии, в Италии – 6%. Небольшая северная страна Исландия полностью обеспечивает себя овощами, фруктами и даже бананами. Теплицы здесь получают энергию от тепла горячих источников – гейзеров. Столица страны г. Рейкьявик, где проживает половина населения страны, отапливается только за счёт подземных источников.

Но не только для отопления используется тепло Земли. Еще в 1904 г. в небольшом итальянском городке Лардерелла была пущена первая маломощная геотермальная электростанция, которая много раз совершенствовалась и сегодня достигла мощности 360 МВт. В США недалеко от Сан-Франциско работает геоТЭС мощностью 500 МВт.

В России ГеоТЕС географически “привязаны” к районам парогидротермальных месторождений (Камчатка, Курилы). В этих районах ГеоТЭС могут почти полностью удовлетворить потребности в электроэнергии и уже сейчас имеют коммерческую привлекательность с учетом высокой стоимости привозного топлива. Перспективы ГеоТЭС для указанных районов уже определились. В дополнение к Верхне-Мутновской ГеоТЭС мощностью 12 МВт в ближайшие годы будут строиться Мутновская ГеоТЭС мощностью 50 МВт (первая очередь). В планах строительство Океанской ГеоТЭС в Сахалинской области мощностью 12 МВт. С учетом существующей Паужетской ГеоТЭС мощностью 11 МВт суммарная мощность всех ГеоТЭС региона может составить 85 МВт.

Гораздо большее распространение в электроэнергетике России могут получить ГеоТЭС на термальной воде с температурой 100-200^оС, месторождения которой значительно более распространены. Такая ГеоТЭС должна быть двухконтурной, с низкокипящим рабочим телом во втором контуре. Структурная схема геотермальной ЭС показана на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 Схема ГеоТЭС для вулканических районов:

1 – скважина; 2 – парогенератор; 3 – турбина; 4 – конденсатор; 5 – насос;

6 – водяной теплообменник.

Однако эти ГеоТЭС, в отличие от парогидротермальных, требуют опытно-промышленного освоения для отработки технологии и достижения коммерческой привлекательности.

Ветровая энергия

Часть солнечной радиации, поступающей на Землю, неравномерно нагревает нижние слои атмосферы, перемещает большие воздушные массы и превращается в энергию ветра.

Запасы ветровой энергии многократно превышают запасы гидроэнергии на планете, но трудности использования ее заключаются в очень высокой рассеянности энергии ветра и в непостоянстве его.

Энергия ветра издавна была на службе человека. Техника 20 века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики – получения электроэнергии. В начале века Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой создаются высокопроизводительные установки, способные получать энергию даже при слабом ветре. В 1941 г. в США была пущена ветроэнергетическая установка мощностью 1250 кВт с размахом лопастей в 50 м.

Сегодня в мире производится огромное число ветроустановок с разным типом ветроколёс с горизонтальным и вертикальным расположением их, мощностью от нескольких кВт до 5 МВт, с диаметром колеса до нескольких десятков метров. Признанным поставщиком ветроустановок является Дания. Примечательно, что в один из летних дней 2015 года здесь выработка установками на НИЭ превысила потребление. В Европе наиболее активно ветроэлектростанции (ВЭС) вводятся в Германии, где установленная мощность их превышает 8000 МВт.

В России практическое развитие ветроэнергетики находится на начальном этапе. Разработано несколько типов ветроэлектроустановок (ВЭУ). Построены и находятся в опытно-промышленной эксплуатации до 10 ВЭУ мощностью 250 кВт и одна - мощностью 1 МВт. Последняя смонтирована в 1994 г., однако из-за недостатка средств до сих пор не сдана в эксплуатацию. В стадии проектирования находится несколько ветроэлектростанций (ВЭС). В Калмыкии, например, монтируются ветроагрегаты типа Радуга-1, которые имеют мощность 1000 кВт при расчётном скоростном напоре ветра 13,6 м/с.

Ветроустановки 30-100 кВт пригодны для автономного электроснабжения небольших поселков, а в сочетании с дизельными установками могут наиболее рационально решить проблему энергоснабжения поселений Крайнего Севера.

Однако, незавершенность стадии опытно-промышленных испытаний созданных ВЭУ, отсутствие достаточного опыта эксплуатации многоагрегатных ВЭС затрудняют ответ на вопрос, могут ли разработанные ВЭУ являться серийными образцами или требуется их существенная доработка. От этого в значительной степени будут зависеть перспективы и масштабы применения ВЭС.

Малые гидроэлектростанции

О роли малой гидроэнергетики говорилось в теме № 5 при противопоставлении их крупным ГЭС, дающим основную долю выработки электроэнергии с использованием гидропотенциала больших рек. В мировой практике существует много примеров широкого использования малой гидроэнергетики.

Малые гидроэлектростанции (МГЭС) с единичной мощностью агрегата от 0,1 до 10 МВт и суммарной мощностью до 30 МВт обычно относят к НВИЭ. По отчетным данным, в 1990 г. в России наряду с мелкими сельскими электростанциями находились в эксплуатации 55 МГЭС суммарной мощностью 545 МВт. Практически все эти МГЭС находятся в Европейской части России.

Основные направления развития малой гидроэнергетики на ближайшие годы следующие:

· строительство малых ГЭС при сооружаемых комплексных гидроузлах,

· модернизация и восстановление ранее существовавших МГЭС,

· сооружение МГЭС на существующих водохранилищах и малых реках.

В соответствии с проработками “Гидропроекта”, выполненными в 1996 г., можно рассматривать в качестве первоочередных 42 МГЭС суммарной мощностью 490 МВт. В настоящее время разработаны проекты нескольких МГЭС, строительство которых экономически обосновано.