Реферат Основные типы автономных и сетевых электростанций на основе возобновляемых источников энергии.. отчет УП. Основные типы автономных и сетевых электростанций на основе возобновляемых источников энергии

• Название: Основные типы автономных и сетевых электростанций на основе возобновляемых источников энергии
• Анкор: Реферат Основные типы автономных и сетевых электростанций на основе возобновляемых источников энергии
• Дата: 19.10.2022
• Размер: 41.65 Kb.
• Имя файла: отчет УП.docx
• Тип: Отчет; #742380

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра Фотоники.

ОТЧЕТ

по учебной практике

Тема: Основные типы автономных и сетевых электростанций на основе возобновляемых источников энергии.

Студент гр. 1209		Яхричев В.В
Преподаватель		Дегтерев А.Э

Санкт-Петербург

2021

ЗАДАНИЕ

на учебную праткику

Студент Яхричев В.В

Группа 1209

Тема практики: Основные типы автономных и сетевых электростанций на основе возобновляемых источников энергии.

Задание на практику: в отчете должно освещаться современное состояние научной или прикладной проблемы, мировые достижения; использование не менее 5-7 литературных источников; дополнительно к основным источникам допускается использовать ссылки на веб-страницы при условии, если они будут корректно оформлены; не менее половины источников должны быть не старше 5 лет; не должно быть прямых заимствований больших фрагментов текста; оформление отчета по ГОСТ и в соответствии с шаблоном, принятым в университете.

Предполагаемый объем реферата: не менее15 страниц.

Сроки прохождения практики: 13.09.2021 – 23.12.2021

Дата сдачи отчета: 13.12.2021

Дата защиты отчета: 13.12.2021
Студент ___________ Яхричев В.В

Руководитель ___________ Дегтерев А.Э

АННОТАЦИЯ
Основная цель практики – разобраться в принципе работы электростанций на основе возобновляемых источников энергии, узнать о главных минусах и плюсах различных видов. Понять в каких условиях лучше установить ту или иную электростанцию для наибольшей эффективности, а также почему важна альтернативная энергетика.

содержание

Введение 4

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА ОСНОВЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ. 6

1.1 Появление солнечных электростанций. 6

1.2 Сетевые СЭС 6

1.3 Автономные СЭС 7

1.4 Главные минусы и плюсы СЭС. 8

2. Ветровая энергия 8

2.1 Турбинные ВЭС. 8

2.2 Парусные ВЭС 9

2.3 Главные минусы и плюс ВЭС 9

3. Геотермальные электростанции (ГТЭС). 9

3.1 ГТЭС на сухом пару. 9

3.2 Парогидротермальные электростанции 10

3.3 Гидротермальные электростанции 10

3.4 Петратермальные электростанции. 10

3.5 Прямое использование геотермальной энергии. 10

3.6 Главные минусы и плюс ГТЭС. 11

4. Энергия воды. 11

4.1 История возникновения ГЭС. 11

4.2 Гидроэлектростанции (ГЭС). 12

4.3 Главные минусы и плюсы ГЭС. 13

5. Энергия мирового океана 14

5.1 Приливные электростанции (ПЭС) 14

5.2 Главные минусы и плюсы ПЭС. 15

Заключение 15

список использованных источников 16

Введение

В наше время человечество как никогда раньше зависит от электроэнергии. Электричество стало одним из важнейших ресурсов на планете. Всё: научные исследования, современные гаджеты, различная техника, освещение – требует электроэнергию. Необходимость электричества во всех сферах жизнедеятельности делает его добычу невероятно важным.

Сейчас, большинство электроэнергии вырабатывается на электростанциях, которые тратят ресурсы земли, при этом сильно загрязняют окружающую среду. Учитывая современные потребности, это становится большой проблемой, уже сегодня мы ощущаем последствия работы таких электростанций. Воздух, который необходим нам для существования, загрязняется, к тому же, углекислый газ способствует усилению парникового эффекта, что ведет за собой повышение температуры на всей планете, а это приведет к вымиранию многих видов животных, поднятию уровня мирового океана и другим необратимым последствиям, эти факторы уже говорят о необходимости отказа от нынешних методов получения электроэнергии. Для поддержания комфортных условий жизни на планете и сохранения выработки электроэнергии человечеству необходимо развивать другие источники ее получения.

Сегодня основная задача электроэнергетики состоит в том, чтобы перевести мировую энергетику на «чистый» путь. Это значит, что в основе должны лежать электростанции, которые работают на возобновляемых источниках энергии. Для многих это не является открытием, и уже ведутся многочисленные разработки, которые помогут справиться с этим. Благодаря осознанию реально существующей проблемы, предприимчивые люди дали большой толчок изучению таких технологий. Такое бурное развитие возобновляемой энергетики во всем мире дает весьма оптимистичные прогнозы на наше будущее.

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА ОСНОВЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ.

1. 1.1 Появление солнечных электростанций.

Первое упоминание о преобразовании энергии солнца в электричество было еще в далеком 1839 году, тогда А. Беккерель открыл фотогальванический эффект. В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил явление фотоэффекта, это открытие дало сильный толчок развитию технологии. В 1958 году фотоэлементы стали основным источником энергии космических аппаратов, в то время никто и не подозревал, что солнечные электростанции будут широко использовать на земле, ведь в то время КПД таких электростанций довольно низкий, меньше 10%. Уже в 1970-х годах удалось превысить отметку кпд в 10 процентов. Для установки подобных модулей в космические аппараты это было приемлемо, но для использования на земле эффективность все еще и являлась недостаточной. Примером может послужить первая промышленная солнечная электростанция пиковой мощностью в 5 мегаватт, построенный в Крыму в 1985 году. Проработав десять лет ее закрыли из-за нерентабельности, вырабатываемая с ее помощью электроэнергии оказалось слишком
дорогой. Так продолжалось до 1990-х годов пока не были созданы панели КПД, которых превысил 15 процентов. Одновременно с применением более дешевых материалов из которых собирались фотоэлементы, использование солнечных модулей некоторых сферах стало экономически оправданным. [7]

2. 1.2 Сетевые СЭС

Принцип работы сетевой СЭС заключается в том, что солнечные модули под действием солнечного света выдают постоянный электрический ток, далее инвертор преобразует ток в переменный, который идёт на нужды потребителей, избыток энергии отдается обратно в сеть, а недостаток добирается из сетевой компании. Возможен вариант, когда вырабатываемая энергия сразу поступает в общую сеть, например, государство может построить большую СЭС, которая с легкостью может заменить ТЭС или ей подобную. Такие электростанции позволяют значительно экономить на электроэнергии, особенно если вы живете в солнечном регионе. Стоимость такой СЭС одна из самых дешевых, ведь в ней не используются аккумуляторные батареи, также плюсом является то, что КПД у такой электростанции довольно высокий. Помимо этого, большим плюсом такой установки является ее простота, уже сейчас многие жители устанавливают солнечные модули на крышах своих домов, помимо денежной экономии, они снижают потребление энергии из общей сети, а в некоторых случаях еще и отдают в нее часть выработавшейся электроэнергии. Все это позитивно сказывается на нашей окружающей среде, и определенно, с каждым годом актуальность и эффективность таких электростанций будет только расти.

3. 1.3 Автономные СЭС

Давайте представим ситуацию, есть какое-то поселение, живущее высоко в горах, или, например, поселение, которое постоянно отрезает от внешнего мира в связи с какими-либо природными явлениями. Сейчас электричество требуется практически во всех сферах жизни, но что будет, если в таком поселении выйдут из строя электросети. Сложность работ на таких участках очень высока, к тому же, большие сложности вызовет и само прокладывание этих электросетей, доставка оборудования будет также сложна, при этом довольной дорогой. Все эти факторы показывают неэффективность этой системы. На данный момент уже есть решений таких проблем - это автономные СЭС. Автономные станции отличаются тем, что у них нет внешней сети. Подобные сети полностью автономны (наличие электросетей в данной схеме не нуждается), чтоб выполнить первый ввод (запуск) аккумуляторные батареи должны быть полностью в заряженном состоянии. Автономность данной системы является большим преимуществом там, где сетевая компания нестабильна или отсутствует. Основными компонентами такой системы являются солнечные батареи, автономный инвертор, АКБ и контроллер заряда АКБ. Недостаток автономной станции заключается в потерях энергии при малых нагрузках. В смоделированной ситуации, автономная СЭС выглядит отличным решением проблемы, помимо плюса со стороны экологии, эта станция также хороша в плане денежного вопроса. [1]

4. 1.4 Главные минусы и плюсы СЭС.

Главным минусом солнечной электростанции, очевидно, является зависимость от солнца, добыча энергии будет происходить не постоянно. Электростанция не будет работать как минимум ночью, также могут быть перебои в связи с погодными условиями (например, сильная облачность). Плюсом является экологичность такой электростанции, ее эффективность, которую она сохраняет на протяжении 25 лет, а также простота установки, любой желающий может установить такую электростанцию у себя на участке, или крыше дома.

2. Ветровая энергия

5. 2.1 Турбинные ВЭС.

Ветровые электростанции также с каждым годом набирают популярность. Одним из основных видов таких электростанций, являются турбинные ВЭС. Те, в свою очередь, делятся на ВЭС c горизонтальной и вертикальной ориентацией оси турбины. Причем наибольшее применение нашли ВЭС с горизонтальной ориентацией оси турбины. ВЭС с горизонтальной ориентацией оси турбины вырабатывают электроэнергию за счет подъемных сил ветра, которые заставляют двигаться лопасти ротора. ВЭС с вертикальной ориентацией турбины, работают за счет сил сопротивления воздушному потоку. Основная проблема турбинных ВЭС – зависимость от ветра. Такие электростанции эффективны только на тех участках, где часто есть ветер, способный раскрутить турбины.

6. 2.2 Парусные ВЭС

Главным отличием парусной ВЭС от турбинной является наличие прямоугольной конструкции паруса и вертикального вала вращения, вместо вращающихся лопастей турбины. Другая парусная ВЭС имеет принципиальное отличие тем, что не имеет вращающейся турбины. Однако в этой ВЭС все движущие устройства, обеспечивающие работу ВЭС, располагаются на мачте. Главное преимущество такой электростанции то, что для ее работы нужна минимальная скорость ветра от 2,5 м/с, но при этом при сильном ветре они проигрывают лопастным ветрогенерaторам из-за усиления трения о воздух. Такие электростанции выгодно ставить на участках, где среднегодовая скорость ветра довольно слабая. [2]

7. 2.3 Главные минусы и плюс ВЭС

Аналогично СЭС, главный минус - это изменчивость мощности во времени - производство электроэнергии зависит от силы ветра, на которую человек не может повлиять. Плюсом является экологичность такой электростанции, а также простое обслуживание, быстрая установка, низкие затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию.

3. Геотермальные электростанции (ГТЭС).

8. 3.1 ГТЭС на сухом пару.

Геотермальные электростанции в прямом смысле используют тепло земли, эта технология появилась довольно давно, уже в 1911 году появилась первая геотермальная электростанция. Самой просто геотермальной электростанцией является ГТЭС на сухом пару. Принцип работы заключается в том, что пар, который образуются под землей в следствии испарения воды, поднимается наверх, его нужно собрать и направить в турбины, которые, в свою очередь, приводят в действие генератор, с помощью которого уже и получается нужная нам электроэнергия. Такие электростанции схожи с другими, принцип работы одинаков, но главный плюс в том, что в случае ГТЭС мы ничего не сжигаем.

9. 3.2 Парогидротермальные электростанции

В основе таких электростанций лежит уже не сухой пар, а водяной. Способ работы схож с электростанцией на сухом пару, только добавляется еще одно действие, отделение пара от воды, чтобы сделать его более сухим, такой процесс называется сепарированием. Дальше процесс аналогичен ГТЭС на сухом пару, просто в этом случае используется более влажный пар.

10. 3.3 Гидротермальные электростанции

Такой вид добычи тепловой энергии также называют смешанным (бинарным), в этом случае из источника мы получаем только горячую воду, без пара. Для вращения турбины используется промежуточный теплоноситель с низкой температурой кипения. Горячая вода поступает в теплообменник, где передает тепло нашему промежуточному теплоносителю, он вскипает, и уже начинает крутить турбину.

11. 3.4 Петратермальные электростанции.

В таких типах электростанций используется теплота нагретых сухих горных пород, которые, как правило, лежат под землей. В этом случае человек уже сам бурит скважины, которые будут подходить к нагретым породам. По пробуренным скважинам пускается вода, которая затем испаряется и превращается в пар. Пар поднимается обратно наверх и крутит турбины.

12. 3.5 Прямое использование геотермальной энергии.

Практика прямого использования тепла широко распространена в высоких широтах на границах тектонических плит, например, в Исландии и Японии. Водопровод в таких случаях монтируется непосредственно в глубинные скважины. Получаемая горячая вода применяется для подогрева дорог, сушки одежды и обогрева теплиц и жилых строений. В таком случае мы получаем двойную выгоду, ведь нам не нужно тратить ресурсы на нагревание воды. [3]

13. 3.6 Главные минусы и плюс ГТЭС.

Минусом геотермальной электростанции – это горючие и токсичные газы, содержащиеся в земной коре, способные попадать на поверхность через рабочую скважину. Некоторые современные установки собирают эти выбросы и перерабатывают их в топливо, такое, как нефть-сырец или природный газ. Важно сказать и том, что как правило, такие электростанции возводят в местах выхода геотермальных источников на поверхность. Эти источники непосредственно связаны с тектоническими разломами планеты. Принимая во внимание трудность прогнозирования сейсмической активности, нужно уделять внимание безопасности такой постройки. Стоит уделить отдельное внимание петратермальным электростанциям, ведь там, чтобы испарялась вода, нужно создать для нее достаточно свободного пространства. Такие полости делают путем гидроразрывов (жидкость закачивают под большим давлением, что вызывает дробление пласта). Учеными была выявлена корреляция между бурением геотермальных скважин и последующим землетрясением, связь еще не подтверждена на 100%, но учитывать этот фактор тоже важно.

4. Энергия воды.

14. 4.1 История возникновения ГЭС.

Энергию воду человек начал использовать уже очень давно, в основном для того чтобы молоть муку, конечно на тот момент об электроэнергии не шло и речи. В середине 1770-х годов французский инженер Бернар Форест привёл описание гидромашин с вертикальной и горизонтальной осью вращения. К концу XIX века появились электрические генераторы, которые могли работать в сочетании с гидроприводом. В 1878 году в Англии заработала «первая в мире ГЭС», правда энергия шла на освещение одной единственной дуговой лампы. Первая гидроэлектростанция Эдисона для целей освещения начала работать в 1882 году, в США, и выдавала мощность около 12,5 киловатт. Дальше мощность и масштабы только росли, такой надежный и мощный источник энергии начал привлекать многих людей, когда не шло речи об экологичности и т.п. [9]

15. 4.2 Гидроэлектростанции (ГЭС).

Гидроэлектростанция – еще один чистый вид получения энергии. Такие электростанции строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для выработки электрической энергии на основных гидроэлектростанциях необходимы 2 фактора: гарантированная обеспеченность водой и наличие рельефных особенностей - уклона реки. Совокупность гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, который должен поступить на гидротурбинные лопасти, которые приводят во вращение ротор гидрогенератора, вырабатывающий электроэнергию. Нужный напор воды создается с помощью построенной плотины, что приводит к концентрации реки в определенном месте, или естественным потоком воды, то есть деривацией (чаще встречается на горных реках, имеющих быстрое течение), или использованием совместно и плотины, и деривации. В головном здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В машзале находятся гидроагрегаты, которые непосредственно преобразуют энергию тока воды в электрическую энергию. А также там может находиться и дополнительное оборудование: устройства управления и контроля над работой станции, трансформаторная подстанция, распределительные устройства и многое другое. Мощность гидроэлектростанции зависит от напора и расхода воды, а также от коэффициента полезного действия (КПД) турбин и гидрогенераторов, которые используются на станции. Если построить такую станцию на большой реке, то она сможет обеспечить электроэнергией целый город, при этом цена такой электроэнергии одна из самых низких среди всех электростанций. [4]

16. 4.3 Главные минусы и плюсы ГЭС.

Огромным минусом гидроэлектростанций является сложность их постройки, возведение дамбы очень сложный и трудоемкий процесс, необходимо рассчитывать каждую мелочь, это также приводит к увеличению времени постройки. Помимо этого, стоимость такой электростанции под силу только довольно развитой державе, ведь чтоб построить крупные ГЭС уходят миллиарды долларов. Зачастую ГЭС приходится строить довольно далеко от населенных пунктов и необходимо строить электросети для передачи электричества, на которые также приходится тратить значительные суммы. Если отойти от экономического вопроса и сложности возведений, есть и другие моменты которые нужно учитывать. При возведении плотины, дабы создать водохранилище, затапливаются значительные территории, в некоторых случаях есть необходимость переселения местных жителей, также в этом случае может нарушиться жизнь местной флоры и фауны. Плотины порой препятствуют нересту проходных рыб, некоторые беспозвоночные и другие водные животные исчезают с одновременным появлением обилия мошек, многие перелетные птицы лишаются привычных мест гнездования, также происходит заиление водоема, что ведет к появлению ядовитых водорслей и загрязнению самой воды. Глядя на все эти минусы, может показаться что ГЭС - плохой вариант альтернативной энергии, но на самом деле это не так. Не смотря на дороговизну ГЭС, она не только окупается в последствии, но и приносит колоссальную прибыль. Большинство ГЭС продолжают вырабатывать электроэнергию спустя 50-100 лет работы, также стоимость самой электроэнергии в районе, где построена ГЭС, очень низкая. Отличительной особенностью ГЭС является то, что выработка электроэнергии идет постоянно, при этом, есть возможность контролирования количества вырабатываемой электроэнергии, за счет направляющего аппарата. Эта отличительная особенность делает ГЭС уникальной, ведь она, в отличии от другой альтернативной энергетики, не зависит не от каких внешних факторов. На данный момент гидроэлектростанции являются самыми противоречивыми среди альтернативной энергетики, несмотря на это, количество ГЭС по всему миру с каждым годом все больше, ведь это надежный, мощный и экологичный источник энергии, а если учитывать все детали, то многих минусов можно и вовсе избежать.

5. Энергия мирового океана

17. 5.1 Приливные электростанции (ПЭС)

Электростанции, работающие в море или океане, называют приливными (ПЭС), из названия понятно, что работают они за счет приливных сил. ПЭС отличается низкой себестоимостью энергии, а также высоким коэффициентом полезного действия (достигает 80%). Первая такая электростанция появилась в 1967 году во Франции. Для ПЭС в основном применяется наиболее эффективная однобассейновая схема с односторонним и двухсторонним действием. В состав сооружений приливных электростанций входят здание ПЭС, водопропускное сооружение и глухая плотина. При однобассейновой схеме двухстороннего действия достигается наиболее полное соответствие работы ПЭС естественному циклу приливов и отливов. Схема предусматривает, что в начале прилива опущенные затворы отделяют бассейн от моря и при достижении необходимого минимального напора (между уровнями моря и бассейна) начинают работать турбины, используя поток воды из моря в бассейн, и происходит наполнение бассейна. Когда перепад между морем и бассейном достигает минимума, отключаются турбины, затворы поднимаются и происходит выравнивание уровней в море и бассейне, после чего затворы закрываются, отделяя бассейн от моря. В период отлива при достижении необходимого напора (между уровнями бассейна и моря) включаются турбины и происходит опорожнение бассейна. Затем цикл повторяется. [5], [6].

18. 5.2 Главные минусы и плюсы ПЭС.

Как и в случае с ГЭС, для строительства приливной электростанции нужно вложить немалое количество сил и средств, конечно, это минус, также стоит сказать о активном периоде работы электростанции, который составляет 4-5 часов в сутки. Однако, в сравнении с ветряными и солнечными электростанциями, в случае с ПЭС мы знаем, когда будет прилив и отлив, что позволит расчитать время выработки электроэнергии. [8].

Заключение

Потенциал электростанций на основе возобновляемых источников энергии огромен. Для разных регионов есть различные варианты, которые будут наиболее эффективны. Для солнечных регионов подойдут солнечные электростанции, если в регионе мало солнечных дней, но есть постоянный ветер, можно установить ветряные электростанции, но уже есть технологии, которые позволяют устанавливать такие станции даже в регионах с небольшим ветром. Для регионов, в окрестности которых есть большая река подойдет гидроэлектростанция, а если у вас в регионе высокая геотермальная активность, вам подойдет геотермальная электростанция, причем есть различные виды и можно подобрать наиболее эффективный. Для регионов, расположенных вблизи морей и океанов, будет эффективна приливная электростанция. Если раньше установка таких электростанций была невероятно дорогой и не окупаемой, то сейчас все это становится более доступно. Стоимость установки постоянно снижается, за счет разработки новых технологий, а эффективность растет. Нынешняя ситуация в мире дает понять, что за электростанциями на основе возобновляемых источниках энергии будущее. Нам нужно значительно сократить выбросы парниковых газов, ведь мы уже ощущаем последствия их значительного количества в атмосфере, например, образование озоновых дыр, повышение всей температуры на планете, что ведет к вымиранию многих представителей флоры и фауны, не приспособленных к данному климату, также повышение температуры способствует таянию ледников и так далее, возникает множество необратимых последствий, которые ухудшат жизнь на земле. Именно поэтому возобновляемая энергетика – будущее.

список использованных источников

1. Федосов В.В. Принцип работы и виды электростанций, статья в сборнике трудов конференции, УДК 620.97; 621.31, 2019 – с. 23-24.

2. Куанышкызы Н., Иманкарим Р.К., Имакаев А.К. Парусные ветровые электростанции, статья в сборнике трудов конференции, УДК 620.92, 2020 – с. 88-97.

3. Нариманов Б. А. Геотермальные электростанции или что такое геотермальная энергия // Научный журнал «Интернаука» часть 2. 2021, вып. № 16. С. 60-63.

4. Акулова А.Ш, Белов И.Ю. Анализ состояний гидроэлектростанций, УДК 627.8.03, 2020.

5. Шинкарёв А.В. Использование энергии мирового океана. IX международный молодежный форум "ОБРАЗОВАНИЕ. НАУКА. ПРОИЗВОДСТВО", 2017 – с. 2265-2267.

6. Приливные электростанции // URL: http://energetika.in.ua/ru/books/book-5/part-1/section-2/2-5

7. История СЭС // URL: https://clck.ru/ZKEQh

8. Муравьев О.А., Берлин В., Савченков Д.С. Водно-энергетические аспекты работы приливных электростанций в составе энергокомплексов. // Журнал «Вестник МГСУ», 2021, вып. №4-2. С. 90-95.

9. История ГЭС // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидроэлектростанция