ГОЭЛРО-22

ГОЭЛРО-22



1.Внедрение парогазовых установок (ПГУ)
В настоящее время энергия вырабатывается на паросиловых установках (турбину вращает пар), КПД которых 32-45%, и газотурбинных установках (турбину вращает газ) с КПД 28-42%. Парогазовые установки позволяют достичь КПД в 60%.
Парогазовая установка совмещает паросиловую и паротурбинную. С выхода газовой турбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор.
Применение современных крупных парогазовых установок (ПГУ) последнего поколения с коэффициентом полезного действия (КПД) 63%, даст возможность снижения удельного расхода условного топлива с 340 до 195 г/кВт⋅ч, т.е. почти в 2 раза. А это в свою очередь снижает объемы выбросов.
Сегодня доля ПГУ в западных странах составляет в среднем 25-30% установленной мощности. Одни только США ежегодно вводят в строй до 50 млн. кВт парогазовых мощностей. В целом же почти 70% вводимых во всем мире электростанций работают на базе ПГУ.


2.Технологии электронного переноса энергии, новые провода
При прохождении тока по проводнику его энергия уходит частично на нагрев проводника и теряется. При передаче электрической энергии от генераторов электростанций до потребителя утрачивается до 18% всей вырабатываемой электроэнергии (потери в кабелях, обмотках и стальных сердечниках трансформаторов).
Современные провода с композитными сердечником позволяют сэкономить энергию, уходящую на его нагрев в стандартном проводнике.
Снижение потерь достигается в так называемых компактных проводах за счет совершенствования геометрии укладывания жил. Коэффициент заполнения сечения (доля сечения, приходящаяся на металл) у стандартных проводов – 0.75, компактных – до 0.9. По соотношению «цена - качество» оптимальным может оказаться применение компактных проводов с сердечником из высокопрочной канатной оцинкованной стали.
Применение специальных материалов для проводов (сплавы алюминий – цирконий, алюминий – магний) также уменьшает сопротивление.
В сетях сверхвысокого напряжения потери меньше, чем в стандартных: чем выше напряжение, тем меньше потери. В большинстве ЛЭП используется напряжение 150, 400 и 800 кВ. Но уже в период СССР были освоены технологии существенно большего напряжения: линия Экибастуз – Кокчетав была сооружена с технической возможностью проводить 1150 кВ.
Сооружаются первые линии передач на основе сверхпроводников. Целые линии пока малореальны, но уже сегодня на сверхпроводниках можно делать отдельные участки сетей.



3.«Умные» сети
«Забор» энергии из сети крайне неравномерен по времени суток и в зависимости от иных факторов. Технологии «умных сетей»(«Smart Grid»)позволяют оптимально переключать режимы энергоподачи с использованием информационных технологий.
Умные сети повышают производительность сети за счет уменьшения потерь в проводах и оптимального распределения нагрузки, устанавливая, например, для крупных потребителей эффективные (меньшей протяженности) маршруты подключения.

4.Сотовая и распределенная генерация
Расположение генерирующих мощностей непосредственно у потребителя позволяет сэкономить на транспортировке. К числу таких технологий сотовой или распределенной генерации относят микротурбинные электростанции, топливные элементы, когенерационные установки и ряд иных.
Среди преимуществ распределенной генерации выделяют минимизацию затрат, связанных с передачей электроэнергии по электрическим сетям, рост энергетической независимости потребителей. обеспечение долгосрочной предсказуемости расходов на электроснабжение, короткие сроки установки генерирующих мощностей.

6.Освоение трудноизвлекаемых запасов (ТРИЗ)
Трудноизвлекаемые запасы – сырьевой ресурс углеводородной энергетики в условиях неизбежного исчерпания «легких» месторождений. Основные направления: шельф, ачимовские залежи (глубина 2-4 км), сланцевые запасы, из перспективных – газогидраты. Технологии добычи созданы для всех указанных источников сырья, вопрос в снижении себестоимости.
Драйвером разработки запасов низкопроницаемых коллекторов (это примерно 60% мировых запасов ТРИЗ) становится совершенствование технологий воздействия на пласт, в первую очередь - технологии гидроразрыва.
Помимо понятия «трудноизвлекаемые запасы» сегодня входят в оборот нетрадиционные запасы. Их разработка еще сложнее. К нетрадиционным запасам обычно относят сверхтяжелую нефть, битуминозные пески, керогеновую нефть, или сланцевое масло (добывается из горючих сланцев).

6.Топливные элементы
Топливные элементы осуществляют непосредственное превращение химической энергии топлива в электрическую, минуя стадию горения. Электрический КПД топливных элементов достигает 60%, а с учетом утилизации тепла -85%. Выбросы вредных веществ по сравнению с тепловыми на 2-3 порядка ниже.
И топливо, и окислитель должны быть вначале превращены в ионы. В топливных элементах ионизация происходит при умеренных температурах в присутствии катализаторов, включающих металлы платиновой группы. Топливом для них служит водород, а окислителем — либо кислород, либо воздух. Принципиальная схема включает водородный анод, кислородный катод и электролит, проводящий те или иные ионы.
Топливный элемент подобен батарее в том, что он вырабатывает постоянный ток путем химической реакции. Опять же, подобно батарее, топливный элемент включает анод, катод и электролит. Однако, в отличие от батарей, топливные элементы не могут накапливать электрическую энергию, не разряжаются и не требуют электричества для повторной зарядки.
Топливные элементы высокоэффективны и не производят большого количества парниковых газов, таких как углекислый газ, метан и оксид азота. Единственным продуктом выброса при работе топливных элементов являются вода в виде пара и небольшое количество углекислого газа, который вообще не выделяется, если в качестве топлива используется чистый водород.
Топливные элементы вырабатывают электроэнергию и тепло вследствие происходящей электрохимической реакции, используя электролит, катод и анод. Анод и катод разделяются электролитом, проводящим протоны. После того, как водород поступит на анод, а кислород - на катод, начинается химическая реакция, в результате которой генерируются электрический ток, тепло и вода.
Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) являются топливными элементами с самой высокой рабочей температурой. Рабочая температура может варьироваться от 600°C до 1000°C, что позволяет использовать различные типы топлива без специальной предварительной обработки. Для работы с такими высокими температурами используемый электролит представляет собой тонкий твердый оксид металла на керамической основе, часто сплав иттрия и циркония, который является проводником ионов кислорода (О2-).
КПД производимой электрической энергии является самым высоким из всех топливных элементов – около 60%. Помимо этого, высокие рабочие температуры позволяют осуществлять комбинированное производство тепловой и электрической энергии для генерации пара высокого давления. Также данный топливный элемент подходит для работы с высокой мощностью, включая промышленные и крупные центральные электростанции.
Использованы материалы: ENCE GmbH.

7.Чистая угольная энергетика
Запасы угля в отличие от нефти и газа кардинально выше, их хватит как указывалось выше, на 800 лет.
До последнего времени угольная энергетика была позиционирована как «грязная» и наносящая экологии ущерб. В настоящее время созданы технологии эффективной очистки отходов, такие, при которых угольная энергетика становится не вреднее для окружающей среды, чем иные виды.
Угольная (а также газовая) технологии остаются наиболее дешевыми. Полная приведенная стоимость электроэнергии для электростанции на каменном угле составляет 67 долларов - 91/МВт*ч; для электростанции на буром угле - 75 долларов - 88/ МВт*ч; для сравнения: показатель для ветряных станций составляет 85 долларов - 121/МВт*ч, для солнечных фотоэнергетических станций - 118 долларов - 172/ МВт*час (данные Minerals Council of Australia). По оценкам экспертов, экологически чистая угольная генерация в 1,3 раза дешевле ветряной и в 1,9 раза дешевле солнечной генерации.

8.Газификация угля
При сжигании газа образуется вдвое меньше углекислого газа, чем при сжигании угля. Газификации угля позволяет снижать выбросы в атмосферу.
Реакция газификации угля является высокотемпературным процессом взаимодействия углерода из топлива с окислителями.
8.1.Подземная газификация угля.
Технология подземной газификации угля - нетрадиционный способ разработки угольных месторождений, открывающий новые возможности в отработке угольных пластов со сложными горно-геологическими условиями залегания, совмещающий добычу, обогащение и переработку угля.
Сущность технологии подземной газификации угля заключается в бурении с поверхности земли скважин до угольного пласта, со сбойкой (соединением) их в пласте одним из известных способов, в последующем розжиге угольного пласта и обеспечении условий для превращения угля непосредственно в недрах в горючий газ и в выдаче произведенного газа по скважинам на земную поверхность.

8.Ветровая и энергетика
Основные преимущества – 1) возобновляемый, вечный ресурс; 2) экологичность, отсутствие вредных выбросов.
Тренд на развитие ветрогенерации является в Европе одним из основных. Отдельные страны приблизились к 30-40% ее доли в общем энергобалансе. В целом по ЕС показатель превысил 15%.
Дания, Нидерланды и Германия собираются заложить искусственный остров в Северном море для выработки ветровой энергии. Планируется вырабатывать до 30 ГВт электроэнергии, далее - до 70-100 ГВт, что позволит обеспечивать энергией около 80 миллионов жителей Европы, в том числе Германии, Нидерландов и Дании.
Общие запасы энергии ветра в мире оценены в 170 трлн. кВт·ч, или 170 тыс. тераватт-часов (ТВт·ч), в год, что в восемь раз превышает нынешнее мировое потребление электроэнергии. То есть, теоретически всё электроснабжение в мире можно было бы обеспечить исключительно за счёт энергии ветра.
Основное слабое звено – непостоянство генерации в силу колебания природных условий.
В этой связи технологическое совершенствование идет в направлениях: 1) создание мощных накопителей энергии 2) создания систем интеллектуального управления нагрузкой и пропорционального ее разделения между ветровыми и иными типами электростанций.
Россия обладает самым большим в мире ветроэнергетическим потенциалом — порядка 40 млрд. кВт·ч электроэнергии в год. А это значит, что эксплуатация крупных и особенно малых ветроэнергоустановок на огромных российских пространствах могла бы быть эффективней.

9.Солнечная энергетика
Основные преимущества, так же как и для ветровой энергетики, - неисчерпаемый ресурс и экологичность.
Достигнутый максимальный КПД на момент подготовки издания – 43% (а для большинства действующих мощностей он существенно ниже).
Ключевое направление технологического совершенствования–совершенствование фотоэлементов.
Как и для ветровой энергетики, для солнечной актуальны вопросы сбережения произведённой мощности и создания «умных» сетей интеллектуального перераспределения нагрузки. Генерация ветровой и солнечной энергетики – это генерация по принципу «когда получится», а не «когда нужно». Их энергия, по сути, не самостоятельная, а сэкономленная, то есть, базу должны давать традиционные электростанции, а альтернативные могут их с выгодой дополнять.
Современные солнечные теплоэлектростанции способны генерировать электроэнергию круглосуточно, используя для этого большой объем нагреваемого в течение всего светового дня теплоносителя.
КПД фотоэлементов увеличивают, комбинируя между собой фотоэлементы, на основе различных полупроводников и с разной энергией, необходимой для генерации пары электрон-дырка. Для трехступенчатых кремниевых фотоэлементов достигается КПД в 44% и даже выше.
Предпринимаются попытки увеличить экономическую рентабельность солнечных электростанций. Если, например, взять маленький эффективный кремниевый фотоэлемент и параболическое зеркало, можно достичь КПД в 40%, при этом, зеркало гораздо дешевле, чем солнечная батарея. Но для этого нужно следить за солнцем.
Оригинальный путь – передача электроэнергии из Африки в Европу.
Главная проблема – сбережение солнечной энергии для вечернего пикового потребления. Ведь в настоящее время аккумуляторные системы, в разы дороже самих солнечных батарей. А служат они только 3-6 лет.

10.Водородная энергетика
Теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания является вода. Водородная энергетика почти неисчерпаема по сырью и экологически чиста.
Основная проблема – снижение себестоимости получения водорода. В настоящий момент наиболее экономически выгодным считается производство водорода из ископаемого сырья – путем конверсии метана, газификации угля или аналогичными методами.
Перспективно сочетание атомной и водородной энергетики и разработка атомно-водородных реакторов.
Водород - идеальный источник энергии и экологически приемлемое топливо. Теплота его сгорания (1,17 ГДж/кг) почти в три раза выше, чем у нефти, и в четыре раза больше, чем у каменного угля или природного газа. Эксперты совета по водородным технологиям (Hydrogen Council) в своем недавнем докладе утверждали, что к 2050 году на водород придется 18% всех энергетических потребностей мира. По другим прогнозам, к этому времени мировое потребление водорода вырастет до 370 млн тонн в год (к 2100 году — до 800 млн. тонн).
Масштабное внедрение водородной энергетики потребует масштабного освоения следующих производственных технологий получения водорода:
cепарации водорода из добываемых природных газов; производство водорода из метана методом пиролиза (без доступа кислорода) без выбросов углекислого газа с затратами электроэнергии на получение 1 куб. м водорода;
производство водорода из воды методом электролиза (с использованием возобновляемых (солнце, ветер, энергия морских приливов, биомасса и т. д.) и традиционных источников энергии (углеводороды, уголь, атомная и термоядерная энергия). Этот наиболее энергоемкий способ рассматривается в ЕС как один из самых перспективных.
Водород имеет потенциал применения в качестве средства хранения и накопления энергии, а также балансировки нагрузки энергосетей в условиях имеющей место нестабильности потребления электроэнергии при ее генерации с использованием возобновляемых источников энергии.




22.04.2022
Made on
Tilda