Электроэнергетика

Электроэнергетика
Электроэнергетика – базовая отрасль российской экономики
Российская электроэнергетика и ее место в мире
Основные этапы развития отечественной электроэнергетики
Структурная перестройка электроэнергетики России в 1990-е годы
Реформирование электроэнергетики в 1998—2008 гг.
Реформирование электроэнергетики в 1998—2008 гг.
Техническая база российской электроэнергетики
Электропередача
Оперативно-диспетчерское управление
Примеры рынков электроэнергии
Особенности розничного рынка электроэнергии США
Уроки, вытекающие из обобщения опыта и функционирования рынков электроэнергии
Синхронная зона ЕЭС/ОЭС
Торгово-экономическое сотрудничество российской электроэнергетики
Реформа электроэнергетики в России
Организация реформирования электроэнергетики
Переход к конкурентным рынкам
Организационно-экономическая структура отрасли электроэнергетики
Операционная деятельность
Применение модели товарно-денежных потоков
Основные субъекты рынка электроэнергии
Распределительные сетевые компании
Организации коммерческой инфраструктуры
АО-энерго - энергосистемы изолированных регионов
Задачи реформирования энергосистем Дальнего Востока
Система государственного регулирования в электроэнергетике
Сфера и методы тарифного регулирования в современной электроэнергетике
Стимулирующее регулирование
Система регулируемых тарифов в российской электроэнергетике
Тарифы на услуги по передаче электрической энергии
Недискриминационный доступ к услугам естественных монополий
Антимонопольное регулирование рынка электроэнергии
Методы антимонопольного регулирования
Прогнозирование и проектирование развития электроэнергетики
Системное проектирование электроэнергетики
Система рынков в электроэнергетике
Основы построения оптового и розничных рынков
Узловое ценообразование
Балансирующий рынок
Рынок мощности
Рынок системных услуг
Финансовые права на передачу
Розничный рынок электрической энергии
Особенности оптового рынка в российской электроэнергетике
Особенности российского розничного рынка электроэнергии
Рынки сервисов
Рынок тепловой энергии и его взаимосвязь с рынком электроэнергии
Особенности рынков тепловой энергии в России
Управление надежностью в электроэнергетике
Обеспечение надежности Механизмы управления надежностью
Рынок системных услуг и основные направления повышения надежности
Атомная энергетика
Атомная энергетика занимает важное место в энергетике России.
Экологические проблемы эксплуатации АЭС
Концепция экологической безопасности АЭС
Природоохранные технологии на АЭС
Отработаное ядерное топливо
Демонтаж АЭС по окончании ее нормальной эксплуатации
Геотермальная энергетика
Электромашиностроение и электротехника
Особенности экологических проблем ТЭС и ГЭС, пути их решения
Проблема эмиссии парниковых газов

Геотермальная энергетика использует подземное тепло, содержащееся на глубине, доступной буровой технике сегодняшнего дня. В целом использование геотермальной энергии возможно и целесообразно в районах, где гидротермальные ресурсы расположены на относительно небольшой глубине, особенно в районах вулканической активности, в которых имеются парогидротермальные источники. Поэтому геотермальная энергетика локализована по указанным месторождениям и не может быть повсеместной.

В настоящее время в мире суммарная установленная мощность ГеоТЭС около 9•106 кВт. Они работают главным образом на парогидротермальных месторождениях.

В России месторождения парогидротерм имеются только на Камчатке и Курильских островах. На Камчатке (в дополнение к Паужетской ГеоТЭС, введенной еще в 1967 г.) в последние годы построены Верхне-Мутновская (12 МВт) и Мутновская ГеоТЭС (50 МВт), что составляет существенную часть энергетики полуострова. Более распространенными являются месторождения термальных вод с температурой около и более 100 °С. В России они имеются главным образом на Северном Кавказе, в Западной и Восточной Сибири. Геотермальный флюид с указанной температурой может быть использован в двухконтурных геотермальных энергоустановках с низкокипящим рабочим телом во втором контуре. Турбины на таких рабочих телах могут быть применены и на парогидротермальных ГеоТЭС для утилизации тепла отработавшего флюида и дополнительной выработки электроэнергии. Применение геотермальных энергоустановок на низкокипящих рабочих телах позволит существенно расширить географию геотермальной энергетики. Наряду с производством электроэнергии геотермальные ресурсы широко применяются для теплоснабжения. Суммарное годовое производство тепла на этой основе в мире составляет 13•109 кВт•ч (тепловых).

Приоритетные технологические направления в геотермальной энергетике: освоение и широкое применение двухконтурных ГеоТЭС на низкокипящих рабочих телах, что существенно расширит область ее применения, а также позволит значительно повысить КПД парогидротермальных ГеоТЭС; повышение экологичности ГеоТЭС и систем геотермального теплоснабжения, поскольку добываемый геотермальный флюид может содержать вредные вещества, в том числе в виде растворенных газов. Последние могут выделяться из флюида в технологическом цикле ГеоТЭС. Поэтому отработавший флюид должен закачиваться обратно в пласт. Предварительно в нем должны быть растворены выделившиеся газы, если они представляют опасность для окружающей среды. Эта технология реализована в России на Мутновской ГеоТЭС, являющейся полностью экологически чистой. Подавляющая часть оборудования Мутновской ГеоТЭС сделана в России. Значительная часть капитальных затрат приходится на бурение и обустройство геотермальных скважин, а также на разведочное бурение. Эта проблема — общая и для нефтяной и газовой промышленности — гораздо масштабнее, чем геотермальная энергетика. Все технологические достижения в области бурения в нефтяной и газовой промышленности могут быть и должны использоваться и в геотермальной энергетике.

Малую гидроэнергетику относят к нетрадиционной энергетике, тем не менее она отличается от «большой» только уровнем мощности. Принято считать, что к малым относятся ГЭС, установленная мощность которых не превышает 30 МВт при мощности единичного агрегата не более 10 МВт. В малой гидроэнергетике выделяют также категорию микроГЭС, мощность которых колеблется от сотен ватт до десятков киловатт.

В бывшем СССР малые ГЭС имели достаточно широкое распространение. В 50-е гг. прошлого века их число превышало 6,6 тыс. при суммарной установленной мощности 332 МВт. В последующем их число резко снизилось. Тенденция к сокращению числа малых ГЭС в этот период наблюдалась во многих странах. В последнее время эта тенденция сменилась на обратную. В настоящее время в мире суммарная установленная мощность малых ГЭС 61•106 кВт. Малая гидроэнергетика — бурно развивающееся направление. Мощность малых ГЭС невелика, поэтому они, по сравнению с крупными ГЭС, оказывают минимальное негативное влияние на окружающую среду или вообще экологически безопасны. В России потенциал малой энергетики весьма велик. Наибольшая его часть приходится на Дальневосточный и Восточно-Сибирский регионы.

Приоритетные технологические направления в малой гидроэнергетике состоят в унификации и стандартизации оборудования, на высоком уровне его заводской сборки с целью его удешевления, доведении автоматизации оборудования до уровня, не требующего присутствия на ГЭС обслуживающего персонала.

Приливные электростанции (ПЭС) пока еще не получили широкого распространении. Однако сегодня, после 40 лет успешной эксплуатации пионерных в мире ПЭС РАНС во Франции и Кислогубской ПЭС в России, можно с уверенностью сказать, что приливные электростанции устойчиво работают в совре­менных энергосистемах, выдавая гарантированно постоянную в течение месяца, возобновляемую и экологически чистую электроэнергию.

В настоящее время в мире разведано более 100 створов ПЭС с экономически целесообразным энергопотенциалом 4000 ГВт и возможной выдачей электроэнергии более 200 ГВт ч. В России по результатам проведенных в последнее время НИР и ПИР в ближайшее время представляется целесообразным создание Северной ПЭС (15 мВт) и мощных Мезенской (8 ГВт) и Тугурской (4 ГВт) ПЭС. В более отдаленной перспективе рассматривается строительство Пенженской ПЭС (80 ГВт).

Приоритетные технологические направления в использовании энергии приливов:

Использование наплавного способа возведения ПЭС с созданием наплавных блоков в заводских условиях, транспортировке их по морю и посадке блоков в створ ПЭС. Использование наплавной технологии снижает затраты на строительство ПЭС практически вдвое.

Применение на ПЭС новых ортогональных гидротурбин (ось вращения расположена поперек потока), которые за счет снижения материалоемкости и технологической простоты изготовления позволяют снизить стоимость гидросилового оборудования более чем в два раза по сравнению с традиционными осевыми гидротурбинами.

Сглаживание характерной для ПЭС неравномерности выдачи мощности (периодичность приливов и отливов) за счет использования высокотехнологичных технологий аккумуляции электроэнергии (производство водорода, использование инерционных накопителей энергии, эффективных прибрежных ГАЭС).

Для реализации перечисленных технологий в створе Кислогубской ПЭС сооружен типовой наплавной блок-модуль ПЭС Мезенской ПЭС с ортогональным гидроагрегатом, который послужит прямым прототипом для строительства мощных ПЭС.

В проектируемой в настоящее время Северной ПЭС предусматривается создание экспериментального модуля по промышленному производству водорода.

Проведенные в последнее время на блок-модуле Мезенской ПЭС исследования подтвердили эффективность предлагаемых технологических направлений использования энергии приливов.

Непосредственное использование рассеянного тепла окружающей среды (грунта, воды, воздуха) возможно, если в данной среде имеется естественный природный градиент температуры. Например, в водоемах верхний слой воды, нагреваемый солнцем, теплее нижележащих, более глубоких слоев. В некоторых местах в силу местных климатических и гидрологических особенностей такой градиент в водных слоях достигает значений, при которых возможно применение тепловой машины. На этом принципе созданы экспериментальные энергоустановки, которые, однако, не были эффективны в силу низкого термодинамического КПД. Использование рассеянного температурно однородного тепла невозможно без затраты энергии извне. Устройствами, позволяющими использовать ресурсы низкопотенциального тепла различных природных сред, являются тепловые насосы. Теплонасосная установка (ТНУ) реализует по существу цикл холодильной машины. Затрачивая на работу компрессора единицу энергии и используя низкотемпературное тепло какой-либо из природных сред при температуре (например, 0—20 °С), ТНУ способна отдать потребителю тепловую энергию на температурном уровне 50—60 °С в количестве, которое в 3—5 раз превышает затраты энергии на привод компрессора. Таким образом, коэффициент трансформации энергии в ТНУ в данном примере 3—5. Если на привод компрессора расходуется электроэнергия, полученная на топливной электростанции с КПД, например, 0,35, то при коэффициенте трансформации энергии, равном трем, экономии первичного топлива мы не получим. Если же этот коэффициент выше, можно говорить об экономии первичного топлива. Коэффициент трансформации энергии возрастает при уменьшении разности температур. Поэтому с помощью ТНУ выгодно использовать сбросное тепло промышленных предприятий (стоки теплой воды, вентиляционные выбросы воздуха из обогреваемых помещений, канализационные стоки и т.п.) или термальную воду. Если применение ТНУ позволяет отказаться от прямого использования электроэнергии для теплоснабжения, то достигается значительная экономия энергии. ТНУ, применяемые для теплоснабжения и горячего водоснабжения в коммунальной сфере, выгодно отличаются от топливных котельных экологической чистотой. ТНУ находят в мире широкое применение. Их число составляет миллионы. В России имеются организации и фирмы как производящие оборудование, так и осуществляющие проектирование, монтаж и наладку ТНУ.

Когда говорят об энергии биомассы, то под термином «биомасса» понимается органическое вещество растительного и животного происхождения. Это органическое вещество используют для получения энергии. Биомасса может быть отнесена к возобновляемым источникам энергии только в случае, если ее потребление, например, в годичном цикле не превышает ее естественного прироста в этом цикле. На протяжении истории человечества, когда использовалось только растительное топливо, этот баланс не соблюдался. В результате лесов на земле значительно поубавилось.

Биомасса обладает всеми характеристиками, присущими ископаемому топливу: ее можно запасать и транспортировать, использовать для получения тепла и электроэнергии. К биомассе относятся древесина и отходы лесозаготовок и лесопереработки, отходы сельского хозяйства, в том числе животноводства, бытовые отходы в городах и населенных пунктах. Биомасса может быть использована термической или биологической конверсией. Термическая конверсия путем прямого сжигания издавна использовалась человечеством. Но это наименее эффективный способ использования биомассы. Более прогрессивный способ — пиролиз и газификация, в процессе которых могут быть получены более калорийные и удобные для использования виды газообразного и жидкого, в том числе моторного топлива. При биологической конверсии осуществляется анаэробное метановое сбраживание биомассы с получением биогаза, основной компонент которого метан. Продуктом биологической конверсии отходов сельского хозяйства (помимо биогаза) являются также высококачественные экологически чистые удобрения.

Основной вид используемой биомассы — древесина и отходы деревообработки. Россия обладает лесными ресурсами, составляющими 24 % мировых. Годовой прирост древесины достигает 1æ109 м3, возможная ежегодная добыча 38 млн. т у.т. Качество древесины как топлива делает ее пригодной для использования в энергоустановках относительно малой мощности. Газогенераторная установка, работающая на древесине, в восточных лесных районах страны вполне конкурентоспособна с дизель-электрической установкой сопоставимой мощности. В России выпускается оборудование для таких газогенераторных установок, а также комплектное оборудование различной производительности для биологической конверсии биомассы. Экологическое значение использования биомассы в виде различных отходов сельскохозяйственного и бытового происхождения трудно переоценить.

Приоритетная технология в использовании биомассы — повышение эффективности процессов получения моторного и другого более удобного для применения и более калорийного топлива по сравнению с исходным материалом.

Водород как энергоноситель не относится к возобновляемым источникам энергии, но водородная энергетика вполне соответствует понятию «нетрадиционная» энергетика. Главное преимущество водорода — экологическая чистота, так как продукт его прямого сгорания или применения в электрохимических генераторах (топливных элементах) вода.

Основная трудность в реализации водородной энергетики (в том числе и при использовании водорода как топлива для транспортных средств) в том, что в природе водород как таковой отсутствует, он находится в химическом соединении с другими элементами, главным образом с кислородом (вода) и углеродом (углеводороды). Таким образом, прежде чем использовать водород, его надо получить. Для этого требуется затратить энергию. Один из основных способов получения водорода — электролиз воды. Далее полученный водород можно сжигать в паротурбинном цикле для получения электроэнергии либо использовать с той же целью в топливных элементах. Их КПД достигает 70 %. КПД электролизера не превышает 0,8—0,9, поэтому суммарный КПД системы электролизер—топливный элемент около 0,6. Чтобы получить на выходе системы единицу электроэнергии нужно затратить в электролизере 1,6—1,7 единиц энергии.

При конверсии углеводородов с получением водорода затрачивается меньше энергии, чем при электролизе воды. Однако углеводороды сами по себе качественные виды топлива, в том числе моторного.

По энергоемкости на единицу массы водород существенно превосходит любые другие энергоносители, но уступает им всем по объемному показателю, т.е. по энергоемкости на единицу объема. Поэтому хранение водорода, в том числе на борту транспортного средства, достаточно серьезная проблема.

Проблема водородной энергетики активно разрабатывается, обсуждается в научной печати и на многочисленных конференциях вот уже более тридцати лет, тем не менее эта проблема содержит больше вопросов, чем ответов. Можно лишь обозначить приоритетные задачи в области водородной энергетики: повышение эффективности реформинга углеводородного топлива с получением водорода, в том числе на борту транспортного средства; повышение эффективности паровой конверсии угля с выделением водорода из получаемого синтез-газа; исследование возможностей получения водорода из биомассы с помощью биологической конверсии; повышение объемной энергоемкости при хранении водорода путем применения наноразмерных структур вместо металлогидридов. Водородная энергетика в начале долгого пути, который ей предстоит пройти.

Атомная и традиционная энергетикаю Экологические проблемы