Энергетические ресурсы РФ

Энергетические ресурсы – это разные виды природных ресурсов, необходимых для выработки электрической энергии.

К энергетическим ресурсам относятся: топливные (горючие) полезные ископаемые – природный газ, нефть, каменный и бурый уголь, горючие сланцы и торф; водная энергия рек, особенно горных рек; энергия радиоактивных химических элементов (уран, плутоний); солнечная энергия; ветровая энергия; энергия морских приливов и отливов; геотермальная энергия (внутреннее тепло Земли).

Россия обладает большими запасами энергетических ресурсов. Так, по запасам (48 трл тонн) и добыче природного газа Россия – на 1-м месте в мире (1/3 часть всех мировых запасов). По запасам нефти (1/7 часть всех мировых запасов) Россия входит в первую десятку стран мира, а по ее добыче занимает 1—3 места. По угольным запасам (1/8 часть всех мировых запасов) занимает 1-е место в мире, а по добыче – 3-е место. Как по запасам, так и по добыче урановых руд Россия входит в первую десятку стран мира.

В России на 1 человека потребляется около 4000 кг условного топлива (у. т.), что почти в 2 раза больше среднемирового уровня (2100 кг).

Энергоресурсы в России находятся в основном в ее азиатской части (3/4 всего угля, более 2/3 нефти и свыше 9/10 газа), в то время как население и производство сконцентрированы в европейской части. Такая диспропорция создает проблему добычи и транспортировки энергоресурсов с востока на запад России.

В России из всех энергетических ресурсов важнейшее значение имеют топливные ресурсы (газ – 50%, нефть – 29%, уголь – 14%). Первое место в России по запасам и добыче горючих полезных ископаемых занимает Западная Сибирь, в северной части которой добывают природный газ, в средней – нефть, а на юге (в Кузбассе) – каменный уголь. Затем следуют районы Урало-Поволжья (нефть, газ, бурый уголь), Северного Кавказа (каменный уголь Донбасса, нефть и газ кавказского краевого прогиба), северо-восточной части Русской равнины (Печорский каменноугольный бассейн и Ухтинская нефтегазоносная провинция в Республике Коми) и Восточной Сибири (бурый уголь Канско-Ачинского бассейна, каменный уголь Иркутского бассейна, Южно-Якутский каменноугольный бассейн – месторождение Нерюнгри и Вилюйская нефтегазоносная провинция в Якутии). Большое значение имеют шельфовые участки морей, омывающих территорию России, на которых обнаружено углеводородное сырье. Промышленная добыча нефти и газа ведется в Каспийском, Баренцевом, Карском и Охотском морях.

Россия занимает 2-е место в мире по гидроэнергетическому потенциалу (энергия рек) (2500 млрд кВт·ч), большая часть которого сосредоточена в азиатской части (85%). На долю Дальнего Востока приходится 53%, Восточной Сибири – 26% суммарного гидропотенциала России. Гидроэнергия Енисея и Ангары от всего гидроэнергетического потенциала – 28%.

Основные месторождения урановой руды расположены в Восточной Сибири (Краснокаменск в Читинской области) и в Северном районе.

Благоприятные перспективы использования солнечной энергии есть на Северном Кавказе, в Нижнем Поволжье и в Забайкалье, т. е. в районах, где в году много ясных солнечных дней.

К числу нетрадиционных источников энергии относится ветровая энергия. Самые ветряные районы в расположены вдоль береговой линии Северного Ледовитого океана и в Калининградской области.

На Кольском полуострове, в Кислой губе есть небольшая электростанция, работающая на энергии морских приливов и отливов. Большие возможности для строительства такого рода электрических станций имеются на побережье Охотского моря, где приливы достигают 18 м.

Источники геотермальной энергии есть в сейсмически активных зонах Земли. Это Камчатка (в Долине гейзеров работает небольшая электростанция) и Курильские острова.

Состав ТЭК России

ТЭК – это группа отраслей, занимающихся добычей и переработкой топлива, выработкой электроэнергии и доставкой ее потребителю. На развитие ТЭК затрачивается в РФ почти 30% средств, выделяемых государством для промышленности. ТЭК связан с другими межотраслевыми комплексами. Например, транспортный комплекс перевозит грузы для ТЭК, МК производит оборудование, машины. Основа экспорта России – нефть, газ, уголь в зарубежные страны – также приходятся на ТЭК, они составляют 40% от общего объема экспорта по стране.

ТЭК делится на:

топливную промышленность (Добыча и переработка угля, нефти, газа, сланца и торфа. Переработка топлива происходит у мест добычи, на путях грузопотоков, в районах потребления топлива.)

электроэнергетику (Производство электроэнергии на ТЭС (ТЭЦ, КЭС), ГЭС, АЭС. Передача электроэнергии по ЛЭП.)

В состав ТЭК входят нефте- и газопроводы, образующие единую сеть.

Энергетика – фундамент экономики, основа всего материального производства, ключевой элемент жизнеобеспечения страны и основа экспортной базы страны. Электроэнергетика – один из важнейших показателей уровня развития экономики и страны. Использование энергетических ресурсов – один из показателей уровня развития цивилизации. Без топлива и электроэнергии невозможно развитие любой отрасли экономики.

Энергетика является одним из факторов размещения экономики, т. к. ТЭК располагается вблизи крупных источников энергии (угольных и нефтяных бассейнов), мощных электростанций, у которых вырастают целые промышленные районы, создаются города и поселки, т. е. ТЭК играет районообразующую роль. Технический прогресс увеличивает расстояния, на которые передается топливо и электроэнергия. Это способствует развитию районов, бедных собственными источниками энергии, и более рациональному размещению экономики.

Роль электроэнергетики и обеспечивающей ее топливной промышленности в переводе всей экономики на современную техническую основу была определена в плане ГОЭЛРО в 1920 году, т. к. на использование электроэнергии базировалась вся техника. Поэтому масштабы, технологический уровень, темпы развития всех отраслей экономики зависят от ТЭК. Внедрение прогрессивной техники и технологий, связанных с НТП, в экономику требует энерговооружения труда рабочих, т. е. затраты всех видов энергии в расчете на одного занятого в производстве.

Россия – единственная страна в мире, которая практически полностью обеспечена собственными энергоресурсами, но размещены они по территории страны неравномерно. Свыше 90% запасов приходится на Сибирь и Восток. В Западной Сибири добывается 70% нефти и газа, 50% угля, а 75% энергии потребляется в европейской части страны. Это является основной экономико-географической проблемой энергетики России, т. к. требует перевозок на огромные расстояния.

Задачи для перспективного развития ТЭК:

увеличение инвестиций

внедрение новых технологий во все отрасли ТЭК, а также создание энергосберегающих технологий

пересмотр взаиморасчетов со странами СНГ, т. к. ТЭК обслуживает и страны СНГ

использование нетрадиционных источников энергии

Виды энергетических ресурсов:

Топливные (уголь, нефть, газ, сланцы, торф).

Гидроресурсы (сила падающей воды, приливов и отливов).

Атомные ресурсы – атомная энергия урана, радия, тория.

Нетрадиционные ресурсы (энергия солнца, ветра, геотермальная энергия).

Из суверенных государств СНГ:

Украина обеспечена углем и частично нефтью и газом

Казахстан – углем и нефтью (п-ов Магышлак и Тэнгизское месторождение)

Азербайджан – нефтью и газом

Туркменистан – газом и нефтью

Узбекистан – газом

В других государствах или совсем отсутствуют топливные ресурсы или есть небольшие месторождения (Молдавия – нет, Грузия – уголь, Армения – ГЭС, Киргизстан – уголь).

ТЭБ – топливно-энергетический баланс.

Развитие хозяйства связано с непрерывным ростом ТЭК при одновременном проведении жесткой политики энергосбережения. Чтобы учитывать пропорции в добыче различных видов топлива, производстве энергии и распределении их между различными потребителями, используют ТЭБ.

Соотношение добычи различных видов топлива и выработки энергии (приход) и использовании их в экономике (расход) называют ТЭБ. Поскольку при сгорании 1 кг топлива выделяется неодинаковое количество топлива, топливный баланс рассчитывают в единицах условного топлива. Для составления ТЭБ все виды топлива переводят в условные. Теплота сгорания 1 кг каменного угля определена в 2000 ккал, а тепловой коэффициент = 1. 1 кг – 2 Квт/час электроэнергии с учетом КПД электростанций.

В системе ТЭК от добычи горных ископаемых и производства электроэнергии на электростанциях до потребления топлива и электроэнергии коэффициент полезного использования ресурсов = 43%. Это значит, что 57% теряются ежегодно на электростанциях, при транспортировке. Поэтому необходимо принимать меры, направленные на сбережение топлива и электроэнергии.

Топливный баланс.
Уголь	48%	66%	14%
Нефть	31%	17,4%	33%
Газ	-	2,3%	37%
Другие виды топлива	21%	13,3%	16%

Таким образом, с 50 по 93 год ТБ превратился из угольного в нефтегазовый. Начиная с 1990 года, перспективное значение принимает газ и уголь открытой добычи. В целом же, пока на долю нефти и газа приходится около 70% всей добычи и использования топлива.

3. Роль и значение ТЭК для экономики и внешней торговли Росссии

Проблемы и угрозы энергетической безопасности России

Под энергетической безопасностью принято понимать защищенность государства и его экономики от угроз дефицита в обеспечении энергетических потребностей экономически доступными энергоресурсами приемлемого качества. Реализация таких угроз влечет за собой ухудшение экономической или политической стабильности, социально-экономического положения стран, замедление или полное прекращение экономического роста.

Δ U = Q – A.

Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме:

Q = Δ U + A.

Второй закон связан с понятием энтропии, являющейся мерой хаоса (или мерой порядка). Второй закон термодинамики гласит, что для вселенной в целом энтропия возрастает.

Существует два классических определения второго закона термодинамики:

Кельвина и Планка

Не существует циклического процесса, который извлекает количество теплоты из резервуара при определенной температуре и полностью превращает эту теплоту в работу. (Невозможно построить периодически действующую машину, которая не производит ничего другого, кроме поднятия груза и охлаждения резервуара теплоты)

Клаузиуса

Не существует процесса, единственным результатом которого является передача количества теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. (Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара)

Оба определения второго закона термодинамики опираются на первый закон термодинамики, утверждающий, что энергия убывает.

Циклы ЭУ

11.12.13.

Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Конвекция осуществляется путем перемещения в пространстве не­равномерно нагретых объемов среды. При этом перенос теплоты не­разрывно связан с переносом самой среды.

Тепловое излучение характеризуется переносом энергии от одного тела к другому электромагнитными волнами.

14.

В гидравлике различают следующие характеристики потока: живое сечение, смоченный периметр, гидравлический радиус, расход, средняя скорость.

Живым сечением потока называется поверхность (поперечное сечение), нормальная ко всем линиям тока, его пересекающим, и лежащая внутри потока жидкости. Площадь живого сечения обозначается буквой Й. Для элементарной струйки жидкости используют понятие живого сечения элементарной струйки (сечение струйки, перпендикулярное линиям тока), площадь которого обозначают через dЙ.

Смоченный периметр потока – линия, по которой жидкость соприкасается с поверхностями русла в данном живом сечении. Длина этой линии обозначается буквой c.

В напорных потоках смоченный периметр совпадает с геометрическим периметром, так как поток жидкости соприкасается со всеми твёрдыми стенками.

Гидравлическим радиусом R потока называется часто используемая в гидравлике величина, представляющая собой отношение площади живого сечения S к смоченному периметру c:

15.

Закон (уравнение) Бернулли является (в простейших случаях^[1][2][3][4]) следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости:

Здесь

— плотность жидкости,

— скорость потока,

— высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,

— давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости,

— ускорение свободного падения.

Уравнение Бернулли также может быть выведено как следствие уравнения Эйлера, выражающего баланс импульса для движущейся жидкости^[5].

В научной литературе закон Бернулли, как правило, называется уравнением Бернулли ^[6](не следует путать с дифференциальным уравнением Бернулли), теоремой Бернулли ^[7][8] или интегралом Бернулли ^[5][9].

Константа в правой части часто называется полным давлением и зависит, в общем случае, от линии тока.

Размерность всех слагаемых — единица энергии, приходящаяся на единицу объёма жидкости. Первое и второе слагаемое в интеграле Бернулли имеют смысл кинетической и потенциальной энергии, приходящейся на единицу объёма жидкости. Следует обратить внимание на то, что третье слагаемое по своему происхождению является работой сил давления (см. приводимый в приложении вывод уравнения Бернулли) и не представляет собой запаса какого-либо специального вида энергии («энергии давления»^[10]).

Соотношение, близкое^[11] к приведенному выше, было получено в 1738 г. Даниилом Бернулли, с именем которого обычно связывают интеграл Бернулли. В современном виде интеграл был получен Иоганном Бернулли около 1740 года.

Для горизонтальной трубы высота постоянна и уравнение Бернулли принимает вид: .

Эта форма уравнения Бернулли может быть получена путём интегрирования уравнения Эйлера для стационарного одномерного потока жидкости, при постоянной плотности : .

Согласно закону Бернулли, полное давление в установившемся потоке жидкости остается постоянным вдоль этого потока.

Полное давление состоит из весового , статического и динамического давлений.

Из закона Бернулли следует, что при уменьшении сечения потока, из-за возрастания скорости, то есть динамического давления, статическое давление падает. Это является основной причиной эффекта Магнуса. Закон Бернулли справедлив и для ламинарныхпотоков газа. Явление понижения давления при увеличении скорости потока лежит в основе работы различного рода расходомеров (например труба Вентури), водо- и пароструйных насосов. А последовательное применение закона Бернулли привело к появлению технической гидромеханической дисциплины — гидравлики.

Закон Бернулли справедлив в чистом виде только для жидкостей, вязкость которых равна нулю. Для приближённого описания течений реальных жидкостей в технической гидромеханике (гидравлике) используют интеграл Бернулли с добавлением слагаемых, учитывающих потери на местных и распределенных сопротивлениях.

16.

Цепна́я я́дерная реа́кция — последовательность единичных ядерных реакций, каждая из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге последовательности. Примером цепной ядерной реакции является цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов, при которой основное число актов деления инициируетсянейтронами

, полученными при делении ядер в предыдущем поколении.

Цепные реакции широко распространены среди химических реакций, где роль частиц с неиспользованными связями выполняют свободные атомы или радикалы. Механизм цепной реакции при ядерных превращениях могут обеспечить нейтроны, не имеющие кулоновского барьера и возбуждающие ядра при поглощении. Появление в среде необходимой частицы вызывает цепь следующих, одна за другой реакций, которая продолжается до обрыва цепи вследствие потери частицы-носителя реакции. Основных причин потерь две: поглощение частицы без испускания вторичной и уход частицы за пределы объёма вещества, поддерживающего цепной процесс. Если в каждом акте реакции появляется только одна частица-носитель, то цепная реакция называется неразветвлённой. Неразветвлённая цепная реакция не может привести к энерговыделению в больших масштабах.

17.

При работе реактора в тепловыводящих элементах (твэлах), а также во всех его конструктивных элементах в различных количествах выделяется теплота. Это связано с торможением осколков деления, бета- и гамма- излучением осколков и ядер, испытывающих взаимодействие с нейронами, и, наконец, с замедлением быстрых нейронов. Осколки при делении ядра топлива классифицируются по скоростям, соответствующим температуре в сотни миллиардов градусов.

Действительно, Е=mu2=3RT, где Е - кинетическая энергия осколков, МэВ; R=1,38*10-23 Дж/К - постоянная Больцмана. Учитывая, что 1 МэВ=1,6*10-13 Дж, получим 1,6*10-6 Е=2,07*10-16 Т, Т=7,7*109 Е. Наиболее вероятные значения энергии для осколков деления равны 97 МэВ для легкого осколка и 65 МэВ для тяжелого. Тогда соответствующая температура для легкого осколка равна 7,5*1011 К, тяжелого – 5*1011 К. Хотя достижимая в ядерном реакторе температура теоретически почти неограниченна, практически ограничения определяются предельно допустимой температурой конструкционных материалов и тепловыделяющих элементов.

Особенность ядерного реактора состоит в том, что 94% энергии деления превращается в теплоту мгновенно, т.е. за время, в течение которого мощность реактора или плотность материалов в нем не успевает заметно измениться. Поэтому при изменении мощности реактора тепловыделение следует без запаздывания за процессом деления топлива. Однако при выключении реактора, когда скорость деления уменьшается более чем в десятки раз, в нем остаются источники запаздывающего тепловыделения (гамма- и бета-излучение продуктов деления), которые становятся преобладающими.

Мощность ядерного реактора пропорциональна плотности потока нейронов в нем, поэтому теоретически достижима любая мощность. Практически же предельная мощность определяется скоростью отвода теплоты, выделяемой в реакторе. Удельный теплосъем в современных энергетических реакторах составляет 102-103 МВт/м3. От реактора теплота отводится циркулирующим через него теплоносителем. Характерной особенностью реактора является остаточное тепловыделение после прекращения реакции деления, что требует отвода теплоты в течение длительного времени после остановки реактора. Хотя мощность остаточного тепловыделения значительно меньше номинальной, циркуляция теплоносителя через реактор должна обеспечиваться очень надежно, так как остаточное тепловыделение регулировать нельзя. Удаление теплоносителя из работавшего некоторое время реактора категорически запрещено во избежание перегрева и повреждения тепловыделяющих элементов.

18.

Энергетический ядерный реактор - это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер тяжелых элементов, а выделяющаяся при этом тепловая энергия отводится теплоносителем. Главным элементом ядерного реактора является активная зона. В нем размещается ядерное топливо и осуществляется цепная реакция деления. Активная зона представляет собой совокупность определенным образом размещенных тепловыделяющих элементов, содержащих ядерное топливо. В реакторах на тепловых нейтронах используется замедлитель. Через активную зону прокачивается теплоноситель, охлаждающий тепловыделяющие элементы. В некоторых типах реакторов роль замедлителя и теплоносителя выполняет одно и то же вещество, например обычная или тяжелая вода. Для управления работой реактора в активную зону вводятся регулирующие стержни из материалов, имеющих большое сечение поглощения нейтронов. Активная зона энергетических реакторов окружена отражателем нейтронов - слоем материала замедлителя для уменьшения утечки нейтронов из активной зоны. Кроме того, благодаря отражателю происходит выравнивание нейтронной плотности и энерговыделения по объему активной зоны, что позволяет при данных размерах зоны получить большую мощность, добиться более равномерного выгорания топлива, увеличить продолжительность работы реактора без перегрузки топлива и упростить систему теплоотвода. Отражатель нагревается за счет энергии замедляющихся и поглощаемых нейтронов и гамма-квантов, поэтому предусматривается его охлаждение. Активная зона, отражатель и другие элементы размещаются в герметичном корпусе или кожухе, обычно окруженном биологической защитой.

19.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ

На практике перевод ядерной энергии в тепловую (и в электрическую) проводят на устройствах, называемых ядерными реакторами. Ядерный (атомный) реактор - устройство, в активной зоне которого осуществляется контролируемая самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер некоторых тяжелых элементов под действием нейтронов. Эта реакция представляет собой самоподдерживающийся процесс деления ядер изотопов урана (или делящихся изотопов других элементов) под действием нейтронов, которые благодаря отсутствию электрического заряда легко проникают в атомные ядра. Выделяют четыре группы ядерных реакторов: 1. Ядерные реакторы, использующиеся в качестве источников электрической и тепловой энергии (энергетические); 2. Ядерные реакторы, использующиеся для получения различных видов излучения (в том числе- исследовательские); 3. Промышленные реакторы военного назначения, производящие оружейный плутоний; 4. Ядерные реакторы – размножители, наработчики новых радионуклидов, в том числе – нового ядерного топлива, трансплутониевых элементов, энергетического плутония и т.п. (реакторы – конвертеры и реакторы – бридеры).

Основные типы энергетических ядерных реакторов: -электрические ядерные реакторы АЭС (используются для выработки тепловой энергии, преобразующейся с помощью турбогенераторов в электрическую) -элекроэнергетические (термоэлектрические или термоэмиссионные) ядерные реакторы (с безмашинным преобразованием тепловой энергии в электрическую); -высокотемпературные теплоэнергетические ядерные реакторы для АСТ (производят высокопотенциальную тепловую энергию, непосредственно используемую в химической или металлургической промышленности для осуществления различных химических реакций, опреснения морской воды или получения энергоносителей, например, водорода); -теплоэнергетические ядерные реакторы (производят тепловую энергию на атомных станциях теплоснабжения, предназначены для промышленной и бытовой теплофикации) К энергетическим реакторам относятся также судовые, или транспортные ядерные реакторы; реакторы ядерных ракетных двигателей; двухцелевые электроэнергетические реакторы - размножители, вырабатывающие тепловую энергию и ядерные материалы, которые могут быть использованы для производства нового ядерного топлива; термоэмиссионные реакторы-преобразователи космических ядерно- энергетических установок (в том числе – генерирующих лазерное излучение). В последние годы проводятся работы созданию лазеров с ядерным возбуждением. Изучаются перспективы использованию импульсных ядерных реакторов для возбуждения рентгеновских и гамма-лазеров. Основные типы ядерных реакторов для получения различных видов излучения: -исследовательские ядерные реакторы (служат источниками нейтронного и гамма-излучения для научных и технических целей, в частности облучения реакторных материалов - материаловедческие реакторы -промышленные ядерные реакторы (используются для производства плутония и других делящихся радиоактивных изотопов) -облучательные ядерные реакторы (предназначены для обработки материалов нейтронным или гамма- излучением в целях улучшения их свойств) -хемоядерные реакторы, использующие излучение для ускорения химических реакций -реакторы-источники нейтронов для активационного анализа нуклидного состава материалов -реакторы для биомедицинских целей и обработки пищевых продуктов -импульсные реакторы-гамма-лазеры, в которых энергия излучения, включая энергию осколков деления, используется для накачки энергии в активное вещество лазеров. Замечание. Часто реактор совмещает несколько функций. Например, исследовательский реактор СМ, дающий самую большую в мире плотность потоков тепловых нейтронов, позволяет решать проблемы ядерной физики и материаловедения, и одновременно нарабатывать тяжёлые актиниды (вплоть до эйнштейния), в том числе – военного назначения. Ядерные реакторы подразделяются на различные типы не только по назначению, но и по физическим, техническим и эксплуатационным признакам. По физическим признакам различают реакторы на тепловых и быстрых нейтронах; реакторы уранового, плутониевого или ториевого цикла; реакторы – размножители (бридеры). Техническая классификация проводится по признакам: -вид теплоносителя и замедлителя (водяные тепловые ядерные реакторы с легководным, тяжеловодным или графитовым замедлителем, реакторы на быстрых нейтронах с натриевым или гелиевым теплоносителем, реакторы с органическим теплоносителем и замедлителем); -агрегатное состояние водного теплоносителя (водо-водяные энергетические реакторы с водой под давлением, газовые реакторы, пароохлаждаемые реакторы на быстрых нейтронах); -элемент, в котором создается давление теплоносителя (корпусные, канальные, канально-корпусные ядерные реакторы); -число контуров теплоносителя (реакторы однокорпусные, с прямым паро- или газотурбинным циклом, двухкорпусные с парогенератором и трехкорпусные - с промежуточным контуром, отделяющим первый реакторный контур от паросилового контура); -структура и форма активной зоны (гетерогенные и гомогенные ядерные реакторы с активными зонами в форме цилиндра, параллелепипеда или сферы); -время действия (ядерные реакторы непрерывного действия, импульсные, прерывистого действия). Реакторы классифицируются по типу используемого теплоносителя. Упомянем основные из них: Реактор с водой под давлением. В таких реакторах замедлителем и теплоносителем служит вода. Нагретая вода перекачивается под давлением в теплообменник, где тепло передается воде второго контура, в котором вырабатывается пар, вращающий турбину. Кипящий реактор. В таком реакторе кипение воды происходит непосредственно в активной зоне реактора и образующийся пар поступает в турбину. В большинстве кипящих реакторов вода используется и как замедлитель, но иногда применяется графитовый замедлитель. Реактор с жидкометаллическим охлаждением. В таком реакторе для переноса теплоты, выделяющейся в процессе деления в реакторе, используется жидкий металл, циркулирующий

 

20.

 

 

21.

Преобразование энергии электростанциями может быть разных типов, как гидравлическими, так и тепловыми (в их число входят и атомные), это зависит от рода их первичного двигателя.

-ТЭС (Тепловые Электрические Станции).

ТЭС делятся на станции с паровыми турбинами, газовыми турбинами и двигателями с внутренним сгоранием. Самыми распространенными являются паровые ТЭС.

На сегодняшний день 80% всего электричества производится на тепловых станциях. Их работа осуществляется на не возобновляемых ресурсах: нефть, торф, уголь, газ.

Турбины, соединенные с генераторами, приводятся в движение при помощи раскаленного пара воды. Если весь пар идет на вращение турбин, тогда станцию именуют кондиционерной или ГРЭС, такие станции располагаются у водоемов и мест добычи топлива, их мощность 22-750 кВ.
ТЭС предназначаются для снабжения предприятий и городов тепловой и электрической энергией.

-АЭС (Атомные Электрические Станции).

Все большее внимание уделяется возведению Атомных электрических станций, так как они помогают сэкономить большое количество органических ресурсов для добычи электроэнергии.

«Сердцем» АЭС являются несколько реакторов, в которых происходит деление ядер урана, за счет этого получается тепловая энергия. Реактор состоит из отражателей, системы управления, системы охлаждения, активной зоны, системы контроля и регулирования корпуса.
А рабочую зону помещаются стержни урана или плутония, в специальной герметичной оболочке. В таких стержнях и происходят реакции деления ядер, при которых и выделяются большие количества теплоты.

Такие стержни называются твэлами (тепловыделяющими элементами). Количество таких элементов в зоне активности может достигать пару десятков тысяч.

Зона активности окружается отражателями, которые не позволяют нейтронам покинуть реактор. Так же реактор окружен специальной биологической защитой, в виде слоя бетона, толщина которого не позволяет радиации просочиться.

Такие электростанции экономят не возобновляемое топливо, для сравнения: 1 кг U-235 (уран), эквивалентен 2900 тонн угля.

-ГЭС (Гидравлические Электрические Станции).

ГЭС возводятся на водопадах и река, чтобы использовать энергию от потоков воды. Это является возобновляемым источником энергии. Установленная мощность таких станций больше чем 20% общем мощности. Запуск агрегатов ГЭС не занимает более 30с времени, именно по этой причине резерв мощности осуществляется агрегатами станции. КПД ГЭС равен 85-90%.

-Солнечные Электростанции.

Из-за того, что поток солнечных лучей у поверхности Земли довольно низок, что затрудняет проводимые работы по добыче электричества из энергии солнца, довольно сложный процесс. Благодаря современному оборудованию удалось достичь от 12 до 20% КПД. В Крыму такая станция вырабатывает 5 МВт.

-Ветровые электростанции.

Ветрами богата прибрежная часть Северного Ледовитого Океана и его восточные районы. В этих частях могут быть установлены установки для использования силы ветра, мощность этих установок 300 кВт.

 

Состав и компоновка сооружений ГЭС определяются схемой концентрации напора. Как уже говорилось, существует основные схемы создания напора: плотинная и деривационная. Гидроэлектростанции, сооруженные по плотинной схеме, делятся, в свою очередь, на два типа: русловые и приплотинные. Деривационные ГЭС также делятся на два типа: с безнапорной и с напорной деривацией.

Основными сооружениями ГЭС, выполненными по плотинной схеме, являются плотины и здание ГЭС. При напоре до 25 – 30 м здание станции размещается в одном створе с плотиной и воспринимает напор. Такие гидроэлектростанции называются русловыми. При комплексном использовании водотока в состав гидроузла кроме плотины и здания ГЭС включаются сооружения, предназначенные для удовлетворения специфических нужд каждого участка комплекса (шлюз для водного транспорта, водозаборные сооружения для орошения и водоснабжения, рыбоходы и т.п.).

При напоре, превышающем 25–30 м, здание ГЭС размещается за плотиной в нижнем бьефе и уже не воспринимает напор. Такие ГЭС носят название приплотинных. При комплексном назначении гидроузла в него так же, как и в предыдущем случае, включаются сооружения неэнергетических участников комплекса. Поскольку в этой схеме здание ГЭС не воспринимает напор, для подачи воды к турбинам ГЭС необходимы водоприемники и турбинные трубопроводы. Компоновка гидроузлов с приплотинными ГЭС в значительной степени зависит от типа плотины и создаваемого ею напора.

Если в рассматриваемой схеме плотина ГЭС сооружена не из бетона, а из грунта или каменной наброски, то водоприемник, турбинные водоводы (трубопроводы) и водосбросы устанавливаются не совмещенными с плотиной.

Сооружения деривационных ГЭС располагаются в двух узлах – головном и станционном, соединенных между собой деривацией.

Головной узел ГЭС с безнапорной деривацией (рис. 6.5) состоит из плотины с водосбором и поверхностного водоприемника, а в случае надобности в нем дополнительно размещаются отстойник, грязеспуск, шугосброс и водоприемникдля неэнергетических потребителей воды.

Безнапорная деривация устраивается в виде открытого канала. Там, где деривационный канал пересекается с поперечно направленными оврагами, долинами, ручьями и реками, создаются сооружения для пропуска воды под или над каналами – дюкеры, трубы под каналами, лотки над каналом, а иногда и крупные мосты – акведуки для пересечения каналом широкой поперечной долины. У станционного узла канал заканчивается и переходит в напорный бассейн, откуда вода по турбинным трубопроводам поступает к турбинам, расположенным в здании ГЭС, и далее в отводящий канал и реку.

24.

Каскады гидроэлектростанций и водохранилищ

Несколько ГЭС, последователь­но расположенных на одном водо­токе, образуют каскад, в котором могут быть плотинные и деривационные ГЭС. Проектирование и осуществление каскадов ГЭС имеет целью возможно более полное использование падения реки и ее стока в интересах всего народного хозяйства. При этом стремятся за счет создания водохранилищ наилучшим образом зарегулировать сток рек.

Местоположение каждого гидроузла, его напор, объем образуемо­го им водохранилища и т. п. выбираются на основе тщательного изу­чения природных условий и всестороннего технико-экономического анализа. Для того чтобы использовать возможно больший сток на дан­ной установке, створ плотины стремятся расположить ниже крупного притока, а для уменьшения ущерба от затопления створ плотины выбирают выше крупных городов. При выборе створа плотины часто решающее значение имеют топографические и геологические ус­ловия

При сооружении каскада ГЭС обычно оказывается целесообраз­ным некоторый подпор вышерасположенной ступени, благодаря чему падение реки используется более полно и может производиться глубо­кое суточное регулирование мощности ГЭС без существенных колеба­ний уровня НБ.

На рис. 7 приведена схема Волжско-Камского каскада ГЭС и водохранилищ. Река Волга имеет длину 3690 км и общее падение 250 м. Ступенчатой линией показаны проектные уровни воды после осуществления всей схемы реконструкции Волги.

Каскады ГЭС построены на многих реках — Енисее, Ангаре, Иртыше, Каме, Свири, Вуоксе, Днепре, Сырдарье, Нарыне, Чирчике, Куре, Риони, Ингури, Сулаке и др.

3. Комплексное использование водных ресурсов