«Виробництво електричної енергії» для студентів спеціальності 6
| Вид материала | Документы |
- Типи акумуляторів, 217.46kb.
- Методичні рекомендації до виконання дипломної роботи для студентів спеціальності 05070107, 594.26kb.
- Договір про купівлю продаж електричної енергії, 432.12kb.
- План-конспект уроку з предмету: «Електротехніка з основами промислової електроніки», 305.51kb.
- Регіональна державна інспекція з енергетичного нагляду за режимами споживання електричної, 41.43kb.
- Конспект лекцій до самостійного вивчення розділів з дисципліни, 899.63kb.
- Затверджено, 7410.01kb.
- Повідомлення про відхилення тендерних пропозицій по торгам (тендеру) на закупівлю інженерні, 275.09kb.
- Програма, методичні вказівки та контрольні завдання з дисципліни " виробництво виливків, 864.84kb.
- Для студентів спеціальності, 327.85kb.
3. Сонячна фотоенергетика
Останнім часом у результаті швидкого розвитку космічної техніки у світі зріс інтерес до установок, які безпосередньо перетворять сонячну радіацію в електричну енергію за допомогою напівпровідникових фотоелектроперетворювачів (ФЭП). Вартість електроенергії, яка виробляється фотоелектричними установками (ФЭУ), на сьогодні в кілька раз вище, чим на електричних станціях з тепловим циклом.
Будова кремнієвого фотоелемента показане на мал. 7. У якості світлочутливої зони використовується селенів (Se), кристалічний кремній (Si), аморфний кремній (Sige). Фотоефект створюється, коли фотон (світловий промінь) падає на елемент із двох матеріалів з різним типом електричної провідності (дірчастої й електронної). Потрапляючи в такий матеріал, фотон вибиває електрон з його орбіти, одержуючи вільний негативний заряд і «дірку». У результаті рівновага так званого « п-р»-переходу порушується, і в ланцюзі з'являється електричний струм.
Рис. 7. Схема кремнієвого фотоелемента
Чутливість фотоелемента залежить від довжини хвилі падаючого світла й прозорості верхнього шару елемента. У ясну погоду кремнієві елементи виробляють електричний струм приблизно 0,5 У и 25 мА на 1 див2 або 12-13 мВт/див2. Найпоширеніші кремнієві фотоелементи, їх теоретична ефективність становить приблизно 28 %, а практична - від 14% до 16%.
Рис. 8. Схема сонячної фотоелектричної установки
Шляхом послідовно-паралельних електричних з'єднань елементи з'єднують у сонячну батарею потужністю 50-200 Вт. На сонячних фотоелектричних станціях сонячні батареї є складовим елементом фотоелектричних генераторів. Блок-схема такої сонячної фотоелектричної станції представлена на мал. 8. Термін служби такої станції становить 20-30 років, експлуатаційні витрати мінімальні.
Україна має всі необхідні передумови для прискореного розвитку фотоенергетики. У Програмі державної підтримки розвитку нетрадиційної енергетики передбачається досягнення виробництва сонячних батарей до 2010 року до 96,5 Мвт.
Контрольні питання
1. Чому сонце можно вважати невичерпним джерелом енергії?
2. Яким чином відбувається найпоширеніше використання сонячної енергії?
3. З чого складається принципова схема побудови енергетичних геліоустановок?
4. Як перетворюється сонячна радіація в електричну енергію за допомогою напівпровідникових фотоелектроперетворювачів?
5. Принцип дії фотоелементу та схема сонячної фотоелектричної установки.
Лабораторна робота № 7
Тема: Конструкція та схеми роботи гідро-, гідроакамулюючих
та хвильових електростанцій.
Мета роботи: вивчити конструктивне виконання та принцип дії гідро-, гідроакамулюючих та хвильових електростанцій.
Гідроелектростанція
Гідроелектроста́нція (ГЕС) — електростанція, яка за допомогою гідротурбіни перетворює механічну енергію води в електроенергію.
Гідротурбіна
ГЕС, будівля якої є частиною греблі, називається русловою (наприклад, Кременчуцька, Київська ГЕС).
Якщо будівля розташована окремо, біля основи греблі на протилежному від водосховища боці, те така ГЕС називається пригреблевою (наприклад, ДніпроГЕС).
ГЕС, до якої вода подається трубами, називається дериваційною (наприклад, Інгурський каскад на Кавказі).
Гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС) з оборотними гідроагрегатами (що працюють як генератори струму або водяні помпи) у години малого споживання електроенергії перекачують воду з водосховища у верхній басейн, а в години пікових навантажень виробляють енергію як звичайні ГЕС (наприклад, Київська ГЕС, Дністровська ГАЕС).
ГЕС з використанням енергії припливів називають припливними (наприклад, ГЕС у Франції на ріці Ранс).
Дніпро́вський каска́д — складається з 6 гідроелектростанцій:
1. Київська (м. Вишгород),
2. Канівська (м. Канів),
3. Кременчуцька (м. Кременчук),
4. Дніпродзержинська (м. Дніпродзержинськ),
5. Дніпровська (м. Запоріжжя),
6. Каховська (м. Нова Каховка).
Найбільша з їх — Дніпровська ГЕС потужністю 1500 Мвт.
Усі ГЕС входять до складу ВАТ «Укргiдроенерго»:
Загальна площа водосховищ — 6950 км2;
Повний об'єм акумульованої води — 43,8 км3.
Будівництво водосховищ порушило екологічну рівновагу, докорінно змінило умови водообміну. Порівняно з природними умовами він уповільнився в 14-30 разів.
_________________________________________________________________________
Дніпровська ГЕС
Назва: Дніпровська ГЕС
Потужність: 1500 МВт
Веслування
- Висота 55 м
- Ширина {{{ширина}}} м
- Довжина 1 300 м
Площа водосховища: 400 км2
Розташування: м. Запоріжжя
Ріка: Дніпро
Збудована: 1927—1939
Власник: ВАТ Укргідроенерго
Дніпро́вська ГЕС — є 5-тім ступенем каскаду гідроелектростанцій на р. Дніпро. Розташована в м. Запоріжжі.
Будівництво Дніпровської ГЕС було розпочато в 1927 р., перший гідроагрегат уведено в експлуатацію в 1932 р., а в 1939 р. стали до ладу всі 9 гідроагрегатів станції загальною потужністю 560 тис. кВт. 8 турбін було поставлене американською компанією «Ньюпорт Ньюс» (англ. Newport News Shipbuilding and Drydock Company (NNS), ще одна турбіна була копією американської, вироблена в Радянськім Союзі. 5 генераторів було поставлене американською компанією «Дженерал Електрік», ще 4 аналогічні вироблені на Ленінградському заводі «Електросила».
Під година війни Дніпровську ГЕС було зруйновано. По закінченні війни, в 1944 р., розпочалося відновлення гідроелектростанції, і в березні 1947 р. перший агрегат Дніпровської ГЕС було введене в експлуатацію. В 1950 р. ставши до ладу останній 9-й гідроагрегат відродженої електростанції.
22 квітня 1972 р. було розпочато будівництво другої черги Дніпровської ГЕС. В 1974 р. було введене в експлуатацію перший гідроагрегат, а в 1981 р. станція вийшла на повну потужність.
Водосховище Дніпровської ГЕС — руслове, річкового типу, з тижневим, добовим регулюванням. Площа дзеркала водосховища — 400 км2. Повний об'єм водосховища — 3,32 км3, корисний об'єм — 0,85 км3.
До складу споруд Дніпровського гідровузлу належати: будівля ГЕС, яка не сприймає напір, щитова стінка, яка прилягає до будівлі ГЕС, бетонна водозливна веслування гравітаційного типу з 26 водозливами, бетонна глухе веслування, суднохідні споруди, ВРП — 154 кВ.
Загальна довжина напірного фронту гідроспоруд Дніпровського гідровузлу — 1,3 км, пропускна здатність — 26900 м3/сек.
На Дніпровській ГЕС-1 встановлено 9 вертикальних гідроагрегатів сумарною встановленою потужністю 648 Мвт і 1 гідроагрегат встановленою потужністю 2,6 Мвт.
На Дніпровській ГЕС-2 встановлено 8 гідроагрегатів, зокрема 2 вертикальних гідроагрегати зонтичного типу одиничною потужністю 104,5 Мвт (з поворотно — лопатковими турбінами, 107 Мвт) і 6 вертикальних гідроагрегатів зонтичного типу одиничною потужністю 113,1 Мвт (з пропелерними турбінами, 115 Мвт) виробництва ВАТ «Турбоатом» (м. Харків, Україна).
На гідроагрегатах Дніпровської ГЕС — 2 встановлені генератори напругою 13,8 кВ, виробництва НВО «Электросила» (м. Санкт-Петербург, Росія).
Видача електроенергії здійснюється за допомогою схеми з 4-х блоків без вимикачів, по два гідроагрегати на один трансформатор. Кожні два блоки об'єднані в лінію — 154 кВ.
Середньорічне виробництво електроенергії Дніпровською ГЕС дорівнює 4008 млн. кВт.г. при напорі 34,3 м.
Персонал Дніпровської ГЕС за станом на 1.01.01 складається з 337 працівників.
Незважаючи на стрімкий розвиток альтернативної енергетики та численні ризики, що супроводжують «мирний» атом, «Енергетична стратегія України на період до 2030 долі» передбачає зростання виробництва електроенергії насамперед за рахунок атомних електростанцій. Такий підхід, сам по собі спірний, потребує додаткових засобів для регулювання енергосектору. Адже, з одного боку, споживання електроенергії сильно коливається впродовж доби, а з іншого — атомні станції не є маневровими: їхню роботові не можна призупинити на години спаду споживання. Вісь чому необхідно вводити спеціальні акумулюючі потужності, що накопичують енергію в нічний період, а всунь повертають її в загальну електромережу. На думку вітчизняних проектувальників, найкраще для цієї мети підійдуть гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС), будівництво яких було розпочато ще в 80-х роках минулого сторіччя. Успішне його закінчення й введення цих об'єктів у дію дасть поглиблення централізації енергосистеми України, деяке зменшення споживання природного газу, підвищення техногенних ризиків та відчутні заборгованості за міжнародними кредитами. Резонансне заповнення водосховища для Ташлицької ГАЕС уже відбулося, на черзі — добудова Канівської та Дністровської.
Дністровська ГЕС
Дністровська ГЕС
Назва: Дністровська ГЕС
Потужність: 702 МВт
Веслування
- Висота 60 м
- Ширина {{{ширина}}} м
- Довжина 1 082 м
Площа водосховища: 142 км2
Розташування: м. Новодністровськ
Ріка: Дністер
Збудована: 1973—1983
Власник: ВАТ Укргідроенерго
Дністро́вська ГЕС — унікальна за комплексним призначенням, конструктивними особливостями, компоновочними рішеннями, складом і конструкцією обладнання.
Розташована Дністровська ГЕС на південному заході України на річці Дністер. Поряд з нею на правому березі ріки, разом з будівництвом ГЕС, створювалось місто енергетиків — Новодністровськ.
Генеральним проектувальником Дністровського комплексного гідровузла є проектно-дослідний інститут «Укргідропроект».
Будівництво Дністровської ГЕС розпочалося в 1973 році. В 1981 р. уведене в експлуатацію два перших гідроагрегати ГЕС встановленою потужністю по 117 Мвт кожний, а в 1983 році гідростанція досягла своєї повної встановленої потужності — 702 Мвт.
Споруди Дністровської ГЕС розташовані на відстані 678 км від гирла Дністра. Напірними спорудами ГЕС було створене водосховище довжиною — 194 км з площею дзеркала — 142 км2 та об'ємом — 3,0 млрд.м3, у тому числі, корисним — 2,0 млрд.м3. Максимальна глибина водосховища — 54 м. Водосховище дозволяє здійснювати сезонне регулювання стоку Дністра з переходом на багатолітнє й забезпечити зрошення 500 тис.га орних земель. Крім того, вже 25 років населені пункти Молдови й України, розташовані на берегах Дністра від ГЕС до Чорного моря, не страждають від руйнівних дій паводків та весняних льодових заторів.
. Мала гідроенергетика
Гідроелектростанції, що використовують енергію води, яка рухається (падає), називаються малими, якщо їх потужність становить менш 5 Мвт. Таку потужність слід уважати умовної, оскільки є багато станцій з певною потужністю, яка перевищує зазначену границю, але по капітальних витратах, конструкційним оформленням, компановке й одиничної потужності агрегатів їх не можна віднести до більших ГЕС ( по обсягах підготовчих робіт для побудови гідротехнічних споруджень).
Водяні турбіни малої й середньої потужності, які використовуються в малій енергетиці так само, як і в "великий", розділяють на турбіни з віссю, розташованої уздовж потоку, і з віссю, розташованої перпендикулярно потоку.
Найбільш трудомістким і складним процесом для гідростанцій є спорудження захисних і напірних дамб, а також водоспадних каналів. Будівництво цих споруджень в останні роки набагато спростилося завдяки використанню нових матеріалів і готових виробів.
Незаперечною перевагою гідростанцій є їхня стійка, стабільна робота в мережі, на яку не впливають пора року й сезонна зміни. Слід зазначити, що малу залежність від сезонних змін вдається забезпечити не для всіх гідростанцій. Найбільше піддаються впливу сезонних змін мини-гэс крайнього півдня й північних регіонів. Тому місця їх будівництва потрібно ретельно вибирати.
Досвід деяких держав свідчить, що освоєння потенціалу малих рік з використанням малих ГЕС і мини-гэс допомагає розв'язати проблему поліпшення енергопостачання. Найбільш ефективними є малі ГЕС, які будуються на природних гідротехнічних спорудженнях. Питомі капіталовкладення для малих ГЕС (США) потужністю 10 Мвт становлять 1100-1400 $/кВт, потужністю до 1 Мвт — 6800-8700 $/кВт. Будівництво малої ГЕС потужністю 1 Мвт коштує від 0,5 до 2 млн. доларів. Прибуток від неї становить 300 тис. доларів у рік, а строк окупності капітальних вкладень — 2-6 років.
Устаткування для малих ГЕС сьогодні виробляють численні фірми США, Японії, Швеції, Швейцарії, Франції, Австрії, Великій Британії. Виробництво такого встаткування почате й у державах Східної Європи. Стандартизоване встаткування для малих ГЕС виробляється в широкому діапазоні параметрів: потужність - від 2 до 15000 кВт; діаметр робочого колеса турбіни — від 190 до 3000 мм, частота обертання - від 50 до 2000 про./мін., напір - від 1 до 1000 м, витрата води - від 0,01 до 0,75 м/с. Серйозна увагу приділяють підвищенню економічної ефективності малих ГЕС за рахунок спрощення їх проектування, будівництва й експлуатації, типізації проектних розв'язків, стандартизації встаткування й повної автоматизації роботи ГЕС. Енергетичні установки використовують, як правило, потенційну або кінетичну енергію рік.
Діапазон потужностей діючих і проектованих мини-гэс держав ЄС наведений у табл. 4
Будівництво мини-гэс виявилося дуже дорогим у порівнянні з іншими видами гідроелектростанцій. Нижче приводяться деякі технічні й фінансово-економічні показники діючих мини-гэс держав ЄС (табл. 5).
Таблиця 4. Діапазон потужностей мини-гэс держав ЄС
| Держава | Діапазон потужностей мини-ГЭС, МВт |
| Велика Британія | 0,076 ... 4,5 |
| Данія | 0,1...1,1 |
| Іспанія | 1... 150 |
| Германія | 0,5...40 |
Вартість електроенергії, зробленої на мини-гэс, майже в 10 раз вище, чим зроблена на гідротурбінах великої потужності, і становить від 4,6 цента за 1 квт-ч і більше.
Таблиця 5. Техніко-економічні показники мини-гэс держав ЄС
| Держава | Потужність, МВт | Перепад висот, м | Витрати води, м3/з | Вартість проекту, $ | Період окупності, рік |
| Франція | 0,2 | 58 | 0,4 | 50 тис. | 10 |
| Германія | 3,1 | 2,6 | 140 | 16 млн. | 10,4 |
| Греція | 3,75-3 | 15 | 80 | 41 млн. | 9,5 |
| Великобританія | 0,6 | 102 | 50 | 100 тис. | 10 |
В Україні налічується більш 63 тис. малих рік і водоканалів загальною довжиною 135,8 тис. км, з них приблизно 60 тис. (95%) - невеликі (довжина менш 10 км). Гідроенергетичний потенціал малих рік України наведений у табл. 6.
На початку 50-х років кількість побудованих малих гідроелектростанцій в Україні становила 956 із загальною потужністю 30 тис. кВт. Однак через розвиток централізованого електропостачання й стійкої тенденції до концентрації виробництва електроенергії на потужних тепло- і гідростанціях будівництво малих ГЕС було зупинено. Почалася їхня консервація, демонтаж, сотні малих ГЕС було зруйновано. Сьогодні в Україні збереглося всього 48 малих гідроелектростанцій, більшість із яких вимагає реконструкції.
Таблиця 6. Гідроенергетичний потенціал малих рік України
| | Гидроэнергети- | Технічний потенціал, |
| Басейн | ческий ресурс, | млн.квт-ч/рік |
| | млн.квт-ч/рік | |
| Тису | 8196 | 3278 |
| Дністер | 3751 | 1500 |
| Прут | 2400 | 960 |
| Південний Буг | 53 | 10 |
| Серг | 38 | 15 |
| Ріки Криму | 211 | 84 |
| Інші малі ріки в басейнах Дніпра, | 2716 | 543 |
| Сіверського Дінця, Південного Бугу | | |
| Усього | 17365 | 6390 |
Напрямок розвитку малої гідроенергетики України:
відновлення й реконструкція наявних і діючих мини-гэс;
будівництво нових мини-гэс у районах децентралізованого
енергопостачання;
будівництво мини-гэс у регіонах централізованого енергопостачання на
наявних перепадах водоймищ і водотоків;
нове будівництво з концентрацією напору.
Мала енергетика України через її незначну питому вагу (0,2% у загальному енергобалансі) не може суттєво впливати на умови енергетичного забезпечення країни. Однак експлуатація малих ГЕС дає можливість виробляти близько 250 млн. квт-ч електроенергії в рік, що еквівалентно щорічної економії до 75 тис. тонн дефіцитного органічного палива.