Электростанции

Строительство экспериментального термоядерного  реактора ITER отложено до апреля 2010 года

Сооружения ITER будут располагаться в общей сложности на 180 га земли коммуны Сен-Поль-ле-Дюранс (Прованс-Альпы-Лазурный Берег, регион южной Франции), которая уже стала домом для французского ядерного научно-исследовательского центра СЕА (Commissariat à l'énergie atomique, Комиссариат атомной энергетики).

Наиболее  важная часть ITER – сам токамак и все служебные помещения – будут располагаться на площадке в 1 километр длиной и 400 метров шириной. Предполагается, что строительство продлится до 2017 года. Основная работа на этом этапе выполняется под руководством французского агентства ITER, а в сущности CEA.

В целом сооружения ITER будут представлять собой 60-метровый колосс весом 23 тыс. тонн.

3. Радиационная  безопасность

Термоядерный  реактор намного безопасней ядерного реактора в радиационном отношении. Прежде всего, количество находящихся  в нем радиоактивных веществ  сравнительно невелико. Энергия, которая  может выделиться в результате какой-либо аварии тоже мала, и не может привести к разрушению реактора. При этом, в конструкции реактора есть несколько  естественных барьеров, препятствующих распространению радиоактивных  веществ. Например, вакуумная камера и оболочка криостата должны быть герметичными, иначе реактор просто не сможет работать. Тем не менее, при  проектировании ITER большое внимание уделялось радиационной безопасности, как при нормальной эксплуатации, так и во время возможных аварий.

Есть  несколько источников возможного радиоактивного загрязнения:

• радиоактивный изотоп водорода – тритий;
• наведённая радиоактивность в материалах установки в результате облучения нейтронами;
• радиоактивная пыль, образующаяся в результате воздействия плазмы на первую стенку;
• радиоактивные продукты коррозии, которые могут образовываться в системе охлаждения.

Для того чтобы предотвратить распространение  трития и пыли, если они выйдут за пределы вакуумной камеры и криостата, специальная система вентиляции будет поддерживать в здании реактора пониженное давление. Поэтому из здания не будет утечек воздуха, кроме как  через фильтры вентиляции.

При строительстве реактора, где только возможно, будут применяться материалы, уже испытанные в ядерной энергетике. Благодаря этому, наведённая радиоактивность  будет сравнительно небольшой. В  частности, даже в случае отказа систем охлаждения, естественной конвекции  будет достаточно для охлаждения вакуумной камеры и других элементов  конструкции.

Оценки  показывают, что даже в случае аварии, радиоактивные выбросы не будут  представлять опасности для населения  и не вызовут необходимости эвакуации.

8. другие виды электростанций

1. Ветроэнергетика

Ветроэнергетика – отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии  воздушных масс в атмосфере в  электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в  народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения  электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования  в транспорте) и другими.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она  является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно  развивающейся отраслью, так в  конце 2010 года общая установленная  мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватт. В том же году количество электрической энергии, произведённой  всеми ветрогенераторами мира, составило 430 ТВт/ч (2,5% всей произведённой человечеством  электрической энергии). Некоторые  страны особенно интенсивно развивают  ветроэнергетику, в частности, на 2009 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 20% всего электричества, в Португалии – 16%, в Ирландии – 14%,в Испании – 13% и в Германии – 8%. В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.

1. История ветроэнергетики

Ветряные  мельницы использовались для размола  зерна в Персии уже в 200-м году до н.э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в XIII-м веке принесены в Европу крестоносцами.

«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно  известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец  нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной  только крышу, и для того, чтобы  поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время  как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» (К. Маркс. «Машины: применение природных сил и науки»).

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось  поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых.

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с  использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо – 1526 г., Глочестер – 1542 г., Лондон – 1582 г., Париж – 1608 г., и др. Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

Ветряные  мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена  первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции  мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырёхлопастные роторы диаметром 23 м. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 м. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт. В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.

2. Ветряные  электростанции.

Ветряная  электростанция – несколько ветрогенераторов, собранных в одном или нескольких местах. Крупные ветряные электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветряные электростанции называют ветряными фермами (от англ. Wind farm).

Ветряные  электростанции строят в местах с  высокой средней скоростью ветра  – от 4,5 м/с и выше.

Предварительно  проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 м, и в течение одного–двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.

Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветряных электростанций: эти сведения о скоростях ветра  собирались на уровне земли (до 10 м) и в черте городов, или в аэропортах.

Во  многих странах карты ветров для  ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной  помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных  ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) – компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран, и т.д.

3. Перспективы ветроэнергетики

Запасы  энергии ветра более чем в  сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.

Мощность  высотных потоков ветра (на высотах 7-14 км) примерно в 10-15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Возможно использование потоков, расположенных даже над густонаселёнными территориями (например – городами), без ущерба для хозяйственной деятельности.

Германия  планирует к 2020 году производить 19,6% электроэнергии из возобновляемых источников энергии, в основном из ветра. В 2008 году Европейским Союзом установлена  цель: к 2010 году установить ветрогенераторов на 40 тыс. МВт, а к 2020 году – 180 тыс. МВт. Согласно планам Евросоюза общее количество электрической энергии, которые выработают ветряные электростанции, составит 494,7 ТВт/ч.

В Китае принят Национальный План Развития. Планируется, что установленные  мощности Китая должны вырасти до 5 тыс. МВт к 2010 году и до 30 тыс. МВт  к 2020 году. Однако бурное развитие ветроэнергетического сектора позволило Китаю превысить  порог в 30 ГВт установленной мощности уже в 2010 году.

Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 2 раза в сравнении с 2008 годом. К 2012 году будет построено новых  ветряных электростанций на 6 тыс. МВт.

Япония  планирует к 2010 – 2011 году увеличить  мощности своих ветряных электростанций до 3000 МВт.

Венесуэла за 5 лет с 2010 года планирует построить  ветряных электростанций на 1500 МВт.

Франция планирует к 2020 году построить ветряных электростанций на 25 000 МВт, из них 6 000 МВт  – оффшорных.

Рис. № 5. Ветрогенератор

2. Волновые электростанции

Принципиальная  схема волновой электростанции аналогична принципиальной схеме гидроэлектростанции, где вместо плотины с падающим потоком воды используется гидроволновой  преобразователь, преобразующий энергию  волн в запасенную в пневмогидроаккумуляторе  энергию рабочей жидкости.

1. История волновых электростанций

Первая  волновая электростанция расположена  в районе Агусадора, Португалия, на расстоянии 5 километров от берега. Была официально открыта 23 сентября 2008 года португальским министром экономики. Мощность данной электростанции составляет 2,25 МВт, этого хватает для обеспечения электроэнергией примерно 1600 домов. Первоначально предполагалось, что станция войдет в эксплуатацию в 2006 году, но развертывание электростанции произошло на 2 года позже планируемого срока. Проект электростанции принадлежит шотландской компании Pelamis Wave Power, которая в 2005 году заключила контракт с португальской энергетической компанией Enersis на строительство волновой электростанции в Португалии.

3. Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика – направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

1. Геотермальные электростанции

Геотермальная электростанция (ГеоТЭС) – вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников (например, гейзеров).

По  различным подсчетам, температура  в центре Земли составляет, минимум, 6650°C. Скорость остывания Земли примерно равна 300–350 °C в миллиард лет. Земля выделяет 42×1012 Вт тепла, из которых 2% поглощается в коре и 98% – в мантии и ядре. Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое выделяется слишком глубоко, но и 840 000 000 000 Вт (2%) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время. Области вокруг краев континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.

В СССР первая геотермальная электростанция была построена в 1966 году на Камчатке, в долине реки Паужетка. Её мощность – 11 МВт.

На  Мутновском месторождении термальных вод 29 декабря 1999 года запущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной  мощностью 12 МВт (на 2004 год).

10 апреля 2003 года запущена в эксплуатацию  первая очередь Мутновской ГеоЭС,  установленная мощность на 2007 год  – 50 МВт, планируемая мощность  станции составляет 80 МВт, выработка  в 2007 году – 360,687 млн. кВт·ч. Станция полностью автоматизирована.

2. Источники геотермальной энергии

Геотермальная энергия – это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь  этого тепла можно с помощью  скважин. Геотермический градиент в  скважине возрастает на 1°C каждые 36 м. Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Термальные регионы имеются во многих частях мира.

Сухая нагретая порода – Для того, чтобы  использовать энергию в геотермальных  электростанциях, содержащуюся в сухой  скальной породе, воду при высоком  давлении закачивают в породу. Таким  образом, расширяются существующие в породе изломы, и создается подземный  резервуар пара или горячей воды.

Магма – расплавленная масса, образующаяся под корой Земли. Температура  магмы достигает 1200^ОС. Несмотря на то, что небольшие объемы магмы находятся на доступных глубинах, практические методы получения энергии из магмы находятся на стадии разработки.

Горячие, находящиеся под давлением, подземные  воды, содержащие растворенный метан. В производстве электроэнергии используются и тепло, и газ.

3. Принципы работы