Сторінка
1

Проблеми пошуку і використання нових екологічно чистих джерел енергії. Розвиток енергетики в Україні

Існують традиційні методи вироблення електроенергії з органічного і ядерного палива (ву­гілля, нафти, природного газу, урану). І, нарешті, використання відновлюваних джерел енергії (гідрав­лічної, сонячної, вітрової, припливної, геотермаль­ної та інших). Якому з них віддати перевагу?

ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ (ГЕС)

Енергетика - галузь господарства, яка виробляє енергію, має важливе значення для розвитку еконо­міки, науки й культури нашої країни. Зараз значну питому вагу з вироблення електроенергії мають механічні джерела енергії — ГЕС.

Вода була першим джерелом енергії, і, мабуть, першою машиною, в якій людина використала енер­гію води, була примітивна водяна турбіна.

У сучасній ГЕС маса води з великою швидкістю спрямовується на лопасті турбін. Вода через захисну сітку і регульований затвор тече стальним трубо­проводом до турбіни, над якою встановлено генера­тор. Механічна енергія води за допомогою турбіни передається генераторам, в яких перетворюється в електричну. Після виконання роботи (обертання турбіни) вода витікає в річку тунелем, що поступово розширюється, втрачаючи при цьому свою швидкість.

Затрати на будівництво ГЕС великі, але вони ком­пенсуються тим, що не доводиться платити (при­наймні, в явній формі) \ за джерело енергії - воду. Потужність сучасних ГЕС перевищує 100 МВт, а ККД становить 95 %. Така потужність досягається за до­сить малих швидкостей обертання ротора, тому су­часні гідротурбіни вражають своїми розмірами. Турбіна — енергетичне дуже вигідна машина, оскільки вода легко і просто змінює поступальний рух на обер­тальний.

Будівництво греблі на річці дає змогу створити значну різницю рівнів води нижче і вище від ГЕС уздовж течії річки, тобто між верхнім і нижнім б'єфами. Інколи ця різниця рівнів сягає понад 100 м. Вода верхнього б'єфа падає із значної висоти на ло-пасті гідротурбіни, обертає її, а разом з нею обертає генератор електроенергії, який жорстко з'єднаний з турбіною. Потужність будь-якої ГЕС залежить від різниці рівнів води верхнього і нижнього б'єфів та від кількості кубометрів води; що проходить за 1 с через лопасті турбін станції: чим вона більша, тим потужніша ГЕС.

Одним із принципів гідроелектробудування є мак­симальне використання гідроенергії річок. Згідно з цим принципом, на річках будуються не окремі ГЕС, а каскади таких станцій і створюються водосховища для регулювання річного, а іноді й багаторічного стоку вод. Стік більшості річок дуже нерівномірний протягом року. Так, у Дніпрі в період весняного паводку, тобто приблизно протягом одного місяця, у море стікала половина всіх водних запасів річки, у літні місяці рівень води різко знижувався. Внаслі­док цього ГЕС влітку працювала з половинною по­тужністю. Створення великого водосховища біля ГЕС різко змінило становище. Тепер весняні води Дніпра вже не стікають без усілякої користі в море, а збері­гаються у водосховищі, а потім планомірно викори­стовуються протягом року гідростанціями, розташо­ваними нижче ГЕС. Це дало змогу не лише збільши­ти річний виробіток електроенергії, а й знімати пікові навантаження в енергосистемі району розмі­щення ГЕС. Сучасні ГЕС будують з таким розрахун­ком, щоб за їх допомогою комплексно розв'язува­лися задачі вироблення електроенергії, зрошення земель, водопостачання промислових підприємств тощо. Зазначимо, що ГЕС мають принаймні дві пе­реваги перед ТЕС і АЕС:

1) відсутність під час роботи витрат на паливо, внаслідок чого їх електроенергія в 4 — 8 разів дешев­ша від електроенергії, виробленої на ТЕС і АЕС;

2) гідроенергія річок, що використовується на ГЕС, відтворюється природно, а викопні енергоре­сурси не відтворюються.

Гідроенергетичні технології мають багато пере­ваг, але є й значні недоліки. Приміром, дощові се­зони, низькі водні ресурси під час засухи можуть сер­йозно впливати на кількість виробленої енергії. Це може стати значною проблемою там, де гідроенер­гія складає значну частину в енергетичному комп­лексі країни; будівництво гребель є причиною бага­тьох проблем: переселення мешканців, пересихан­ня природних русел річок, замулення водосховищ, водних суперечок між сусідніми країнами, значної вартості цих проектів. Будівництво ГЕС на рівнин­них річках призводить до затоплення великих тери­торій. Значна частина площі водойм, що утворю­ються, — мілководдя. У літній час за рахунок со­нячної радіації в них активно розвивається водяна рослинність, відбувається так зване «цвітіння» води.

Зміна рівня води, яка подекуди доходить до повного висушування, призводить до загибелі рослинності. Греблі перешкоджають міграції риб. Багатокаскадні ГЕС уже зараз перетворили річки на низку озер, де виникають болота. У цих річках гине риба, а навко­ло них змінюється мікроклімат, ще більше руйную­чи природні екосистеми.

ТЕПЛОЕЛЕКТРОСТАНЦШ (ТЕС)

Енергія людини здавна була спрямована на по­шуки засобів полегшення виконання необхідних для її існування робіт. Для цього використовувалися різні інструменти й прості механізми, приручені твари­ни, але лише теплова машина різко розширила мож­ливості людини, прискорила технічний прогрес.

Теплова машина - це система, яка дає змогу пе­ретворити теплову енергію в інші форми енергії -механічну, електричну.

На теплових ЕС енергія, яка виділяється під час згоряння різних видів палива: вугілля, газу, нафти, торфу, горючих сланців, за допомогою електрогене­раторів, що приводяться в обертання паровими і га­зовими турбінами або двигунами внутрішнього згоряння, перетворюється в електричну енергію. Більшість сучасних потужних ТЕС є паротурбінни­ми. У паровій турбіні нагріта (до 500—560 °С) і стис­нена (до 2,4 • 107 Па) пара виходить із сопла (труби), • що розширюється. Об'єм пари зростає, а тиск відпо­відно падає, при цьому потенціальна енергія стис­нутої пари перетворюється в кінетичну. Пара вихо­дить із сопла з великою швидкістю, вдаряється в лопатки диска турбіни, закріпленого на валу, і швидко обертає їх, при цьому кінетична енергія пари передається ротору турбіни. Вал турбіни жорстко зв'яза­ний з валом електрогенератора, і тому турбіна при­водить в обертання ротор генератора, внаслідок чого і виробляється електрична енергія.