Преимущества и недостатки нетрадиционной энергетики

THE USE OF THORIA AS AN ALTERNATIVE AND ENVIRONMENTALLY PURE ENERGY

SOURCE

V. Yu. Karnitsky, A. U. Botirova

A new technical solution was considered - the processing of thorium and its transformation as a fuel for nuclear power plants intended for the production of electrical energy. Improving energy efficiency, reducing the cost of obtaining energy, saving natural resources.

Key words: nuclear power, energy consumption, uranium, thorium, energy sources.

Karnitsky Valery Yulievich, candidate of technical sciences, docent, energy@tula. ru, Russia, Tula, Tula state University,

Botirova Anisa Uralovna, student, anisa. botirova@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 620.92

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

С.В. Котеленко, А. С. Рябов

Рассмотрены виды нетрадиционной энергетики, их преимущества и недостатки. Приводится анализ рационального применения энергетических установок нетрадиционной энергетики с учетом климатических условий и условий рельефа местности.

Ключевые слова: нетрадиционная энергетика, возобновляемые источники

энергии.

Нетрадиционная энергетика, исходя из названия, соответствует получению энергии нетрадиционными методами. Наибольшее применение этих методов освоено среди возобновляемых источников энергии, к которым относятся энергии солнца, ветра, геотермальная энергия, биотопливо, энергии морских волн, водородная энергетика.

Широкое применение нетрадиционной энергетики находят не во всех странах по сравнению с традиционными методами, однако представляют интерес с точки зрения неограниченного ресурса энергии.

Солнечная энергия основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии. Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой - на свойствах жидкостей и газов.

Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи, изготавливаемые на основе кристаллов кремния. Самая мощная солнечная электростанция Топаз, находится в Калифорнии и является крупнейшей солнечной электростанцией в мире с мощностью 550 МВт, и позволяет сократить выбросы углекислого газа в атмосферу как минимум на 380 тысяч тонн в год. Для сравнения, Белоярская атомная электростанция в России вырабатывает лишь немного больше - 600 мегаватт. Ожидаемая годовая выработка, составляет 1096 гигаватт-час. Станция расположена в уезде Сан-Луис-Обиспо и насчитывает 9 миллионов солнечных панелей. Топаз обеспечивает энергией свыше 160 000 домов и промышленных предприятий в районе [4].

Преимуществом солнечной энергии является общедоступность и неисчерпаемость источника, безопасность для окружающей среды, генерация энергии в малых масштабах, бесшумность и стационарность.

К недостаткам солнечной энергии относится зависимость от погоды и времени суток, необходимость аккумуляции энергии, высокая стоимость конструкции.

Энергия ветра специализируется 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.

Самый большой в мире ветрогенератор - Enercon E-126. Высота башни - 135 метров, диаметр ротора - 126 метров, общая высота - почти 200 метров. При хорошем ветре он вырабатывает до 7,58 мегаватт электроэнергии. Первый ветрогенератор Enercon E-126 установили в 2007 году в Германии [2].

Преимущество энергии ветра является экологическая чистота, разработанные ветроэнергоустановки, способные эффективно работать при самом слабом ветре, а недостатком является непостоянство ветра.

Геотермальные источники энергии основаны на использовании тепловой энергии недр Земли для производства электрической энергии на геотермальных электростанциях или, непосредственно, для отопления или горячего водоснабжения. Её принято разделять на два вида: гидротермальную и петротермальную энергию. Первый образуется за счет теплых источников, а второй тип - это разница температур на поверхности и в глубине земли.

Пар, поступающий из недр земли, работает в непосредственном контакте с паровой турбиной. Пар подается на лопасти турбины, которая свое вращательное движение передает генератору, вырабатывающему электрический ток.

Комплекс The Geysers, Калифорния (США), состоящий из 22-х геотермальных электростанций, суммарной мощностью 1517 МВт, по-прежнему продолжает оставаться самым крупным по использованию геотермальной энергии [3].

Главным преимуществом геотермальных источников - это практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени года, суток. Недостаток - необходимость обратной закачки отработанной воды, это исключает сброс этих вод в природные водоёмы, расположенные на поверхности.

Биотопливо - топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Различается жидкое биотопливо для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель, твёрдое биотопливо - дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга и газообразное - синтез-газ, биогаз, водород.

Более половины биотоплива составляют его традиционные формы - дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи. Их используют более трети населения Земли. Основной формой биотоплива в электроэнергетике являются паллеты, производимые из древесины.

Преимуществом биотоплива является экологическая чистота, удобство транспортировки, очень малая зольность, низкая вероятность самовоспламенения. Недостаток биотоплива - помещение для хранения.

Энергия волн океана - это энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы - генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия волн - неисчерпаемый источник энергии.

Осциллирующая водяная колонна с воздушной турбиной Уэллса являет собой классический проработанный вид волновой электростанции. Аналогичное оборудование функционирует как в море, так и в прибрежной зоне.

Принцип работы одинаков и для стационарных, и для плавучих моделей. Волной в, наполовину погруженной в воду, камере поднимается уровень воды. Благодаря заполнению внутреннего объема агрегата водой, воздух, находящийся внутри, под давлением выдавливается из сосуда. Образовавшиеся воздушные потоки пропускаются через лопасти реверсивной турбины низкого давления Уэллса. Когда возникает откат воды, воздух возвращается в камеру, минуя все те же турбинные лопатки. Уэллс добился сохранения направления вращения вала турбины вне зависимости от направления движения волны, что обеспечивает непрерывность передачи крутящего момента на вал генератора.

По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. При освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии.

Станция Agucadoura Wave Farm мощностью 2,24 МВт занимает первое место среди когда-либо реализованных и коммерчески работающих проектов. Станция длиной 150 м и шириной 3,5 м располагалась возле берегов города Повуа-де-Варзин в северной части Португалии. По своей форме напоминает «змею», наполовину погруженную в воду. Волны, накатываясь на этих «змей», передавали им колебания, которые впоследствии преобразовывались в энергию. Каждая турбина производила 0,75 МВт электроэнергии. Было построено три таких установки общей мощностью 2,25 МВт и стоимостью 13 млн. долларов [4].

Преимуществом энергии волн является простота в использовании, большие запасы неиспользованной водной энергии, всегда возобновляемы. К недостаткам относятся огромные запасы воды за плотиной, в свою очередь для плотины нужно огромное количество материалов.

Водородная энергетика - отрасль энергетики, основанная на использовании водорода, в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода, которая вновь вводится в оборот водородной энергетики.

Применение водород нашел в химической промышленности - при синтезе аммиака, изготовления соляной и метиловой кислот, получения метилового спирта. В пищевой промышленности его используют для превращения жидких жиров в твердые. Учитывая «невесомость» водорода, им заполняли и заполняют оболочки летательных аппаратов легче воздуха. Сначала это были воздушные шары, позднее - аэростаты и дирижабли, на сегодняшний день - метеорологические зонды. Высокая температура горения, а в сочетании с электрической дугой она достигает 4000оС, обеспечивает расплав даже самых тугоплавких металлов. Поэтому кислородно-водородные горелки используют для сварки и резки металлов. В цветной металлургии восстановлением водорода получают особо чистые металлы из оксидов. В космической технике отечественная ракета-носитель «Энергия» с успехом использует водород в качестве топлива. Японские компании Kawasaki Heavy Industries и Obayashi уже к 2018 году планируют начать использование водородной энергии для электроснабжения города Кобе. Они станут первопроходцами среди тех, кто реально начнет использовать водород для большой энергетики практически без вредных выбросов. Водородная электростанция мощностью 1 МВт будет возведена прямо в г. Кобе, где позволит снабдить электричеством международный конференц-центр и рабочие офисы 10000 местных жителей. А тепло, выделяемое на станции в процессе получения электричества из водорода, станет эффективным отоплением для местных домов и офисных зданий [1].

Преимуществом водородной энергетикой является экологическая чистота, высокий КПД, достигающий 50...70 %, бесшумность, модульная конструкция. К недостаткам относится высокая цена, малый срок службы, низкая надежность.

Гидроэлектроэнергия является крупнейшим источником возобновляемой энергии, обеспечивая 3,3 % мирового потребления энергии и 15,3 % мировой генерации электроэнергии в 2010 году. Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год, по всему миру с установленной мощностью 318 гигаватт в 2013 году, и широко используется в странах Европы, США и Китае. Производство фотоэлектрических панелей быстро нарастает, в 2008 году было произведено панелей общей мощностью 6,9 ГВт, что почти в шесть раз больше уровня 2004 года. Климатические условия способствуют развитию солнечных электростанций в Германии и Испании. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 3054 МВт. Крупнейшей в мире геотермальной установкой является установка на гейзерах в Калифорнии с номинальной мощностью 750 МВт.

В России гидроэнергетика играет важную роль по объему производимой электроэнергии. Этому способствует богатство природных водных ресурсов страны. На сегодняшний день в стране действует порядка 300 мини ГЭС. Гидроэнергетические установки малой мощности способны производить от 1 до 3000 кВт/ч. Одной из крупнейших гидроэлектростанций в России является Саяно-Шушенская ГЭС имени П.С. Непорожнего. Установленная мощность Саяно-Шушенской ГЭС -6 400 МВт, среднегодовая выработка 24 млрд. кВт- ч. Тем не менее работа ГЭС сталкивается с рядом экологических проблем. После сооружения Саяно-Шушенской ГЭС в её нижнем бьефе в зимний период стала возникать незамерзающая полынья, связанная со сбросом относительно тёплых вод из водохранилища при работе гидроагрегатов ГЭС. Возникновение полыньи привело к усилению заторных явлений в нижнем бьефе с периодическим подтоплением территорий. Начальный озеровидный участок водохранилища в Туве, на который приходится около 20 % полезной ёмкости водохранилища, в результате колебаний уровня воды в водохранилище при сезонном регулировании стока заполняется в середине августа и обсыхает в середине ноября, образуя в остальное время года обширную заболоченную и непригодную для хозяйственной деятельности низменность.

В России развиты далеко не все источники альтернативной энергии. Наличие больших запасов традиционных источников энергии, таких как нефть, уголь, газ предоставляет возможность отложить развитие не только ветроэнергетики, но и альтернативной энергетики в целом. Большинство предприятий создано именно на основе традиционных источников энергии, переоборудование или же создание новых предприятий на основе альтернативных источников энергии требует больших вложений. Применение возобновляемой энергии имеет большие риски из-за того, что источник данной энергии имеет стихийный и непостоянный характер, что в свою очередь в случае отсутствия поддержки со стороны государства, делает альтернативную энергетику убыточной.

Список литературы

1. Четошникова Л.М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учебное пособие. Издательский центр ЮУрГУ, 2010.

2. 10 крупнейших солнечных электростанций в мире [Электронный ресурс] URL: https://rodovid.me/solar power/10- krupneyshih- solnechnyh- elektrostanciy- v-mire.html (дата обращения: 10.11.2018).

3. Энеркон Е-126. Самый большой ветрогенератор в мире [Электронный ресурс] URL: https://pikabu.ru/story/yenerkon_e126_samyiy_ bolshoy_vetrogenerator_v_mire_ 3881291 (дата обращения: 10.11.2018).

4. Самые мощные проекты возобновляемой энергетики 2012 [Электронный ресурс] URL: http://www. ekopower.ru/samyie-moshhnyie-proektyi-vozobnovlyaemoy-2/ (дата обращения: 10.11.2018).

5. Возобновляемая энергия в России. Изд. Международное энергетическое агентство, 2004.

Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, ассистент, S. V.Kuzmina@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Рябов Артем Сергеевич, студент, ryabov_99@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF ALTERNATIVE ENERGY

S.V. Kotelenko, A.S. Ryabov

The types of unconventional energy, their advantages and disadvantages are considered. The analysis of the rational use of power plants of non-traditional energy taking into account climatic conditions and terrain conditions.

Key words: unconventional energy, renewable energy sources.

Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, assistant, S.V. Kuzmina@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Ryabov Artem Sergeyevich, student, ryabov 99/amail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.311

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

С.В. Ершов, Д.В. Шалимов

Анализ влияния качества электрической энергии на электрооборудование, особенно на средства управления системами электроснабжения, используемые на трансформаторных подстанциях, показал, насколько велик ущерб от низкого качества электроэнергии. Поскольку в нашей стране наблюдается отставание в развитии микропроцессорной техники и её применении в автоматизированных системах управления трансформаторными подстанциями по сравнению с развитыми странами, то можно прогнозировать увеличение в ближайшие годы ущерба при работе трансформаторных подстанций от низкого качества электроэнергии, если не принять необходимых мер для его улучшения.

Ключевые слова: Качество электрической энергии, несимметрия напряжения, показатели качества электроэнергии.

При создании систем контроля качества энергии наиболее важными составляющими подобных систем являются методы и средства контроля коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициента п - й гармонической составляющей напряжения. Методам и средствам контроля нелинейных искажений посвящены работы [2, 3]. Как следует из указанных источников наиболее перспектив-нойявляется внедрение цифровых приборов для контроля параметров качества электрической энергии. Выбор методов измерений также очень важен для повышения эффективности конечного результата.