ответы. основы энергетики. Ответы к экзаменационным вопросам по предмету Основы энергетики
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
Рис. 2. Особенности технологической схемы ТЭЦ: 5,12, 13, 16, 23 —то же, что на рис. 1;27— отбор пара на производство;28 —горячая вода в теплофикационную сеть;29— подогреватели сетевой воды;30— сетевой насос 1.3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ АЭС, ГЭС Технологическая схема АЭС АЭС— это по существу тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций. Один из основных элементов АЭС — реактор. Во многих странах мира используют в основном ядерные реакции расщепления урана U-235 под действием тепловых нейтронов. Для их осуществления в реакторе, кроме топлива (U-235), должен быть замедлитель нейтронов и теплоноситель, отводящий тепло из реактора. В реакторах типа ВВЭР (водо-водяной энергетический) в качестве замедлителя и теплоносителя используется обычная вода под давлением. В реакторах типа РБМК (реактор большой мощности канальный) в качестве теплоносителя используется вода, а в качестве замедлителя — графит. Оба эти реактора нашли широкое применение на АЭС . Схемы АЭС в тепловой части могут выполняться в различных вариантах. На рис. 1. в качестве примера представлена двухконтурная схема АЭС для электростанций с реакторами ВВЭР. Эта схема близка к схеме КЭС, однако вместо парогенератора на органическом топливе здесь используется ядерная установка. АЭС, так же как и КЭС, строятся по блочному принципу, как в тепломеханической, так и в электрической части. Ядерное топливо, запасы которого достаточно велики, обладает очень высокой теплотворной способностью (1 кг U-235 заменяет 2900 т угля), поэтому АЭС особенно эффективны в районах, бедных топливными ресурсами. АЭС выгодно оснащать энергоблоками большой мощности. Тогда по своим технико-экономическим показателям они не уступают КЭС, а в ряде случаев и превосходят их.  Рис. 1. Принципиальная технологическая схема АЭС с реактором типа ВВЭР: 1 — реактор; 2 — парогенератор; 3 — турбина; 4 — генератор; 5 — трансформатор; 6 — конденсатор турбины; 7 — конденсатный (питательный) насос; 8 — главный циркуляционный насос Перспективными являются АЭС с реакторами на быстрых нейтронах (БН), которые могут использоваться для получения тепла и электроэнергии, а также и для воспроизводства ядерного горючего. Технологическая схема энергоблока такой АЭС приведена на рис. 2. Реактор типа БН имеет активную зону, где происходит ядерная реакция с выделением потока быстрых нейтронов. Эти нейтроны воздействуют на элементы из U-238, который обычно в ядерных реакциях не используется, и превращают его в плутоний Рu-239, который может быть впоследствии использован на АЭС в качестве ядерного горючего. Тепло ядерной реакции отводится жидким натрием и используется для выработки электроэнергии. Схема АЭС с реактором БН трехконтурная, в двух из них используется жидкий натрий (в контуре реактора и промежуточном). Жидкий натрий бурно реагирует с водой и водяным паром. Поэтому, чтобы избежать при авариях контакта радиоактивного натрия первого контура с водой или водяным паром, выполняют второй (промежуточный) контур, теплоносителем в котором является нерадиоактивный натрий. Рабочим телом третьего контура является вода и водяной пар. В настоящее время в эксплуатации находится ряд энергоблоков типа БН, из них наиболее крупный БН-600. АЭС не имеют выбросов дымовых газов и не имеют отходов в виде золы и шлаков. Однако удельные тепловыделения в охлаждающую воду у АЭС больше, чем у ТЭС, вследствие большего удельного расхода пара, а следовательно, и больших удельных расходов охлаждающей воды. Поэтому на большинстве новых АЭС предусматривается установка градирен, в которых теплота от охлаждающей воды отводится в атмосферу. Важной особенностью возможного воздействия АЭС на окружающую среду является необходимость захоронения радиоактивных отходов. Это делается в специальных могильниках, которые исключают возможность воздействия радиации на людей. Чтобы избежать влияния возможных радиоактивных выбросов АЭС на людей при авариях, применены специальные меры по повышению надежности оборудования (дублирование систем безопасности и др.), а вокруг станции создается санитарно-защитная зона.  Рис. 2. Принципиальная технологическая схема АЭС с реактором типа БН: а — принцип выполнения активной зоны реактора; б — технологическая схема: 1 —7 —аналогичны указанным на рис. 1.; 8 — теплообменник натриевых контуров; 9 — насос нерадиоактивного натрия; 10 — насос радиоактивного натрия Технологическая схема ГЭС На ГЭС для получения электроэнергии используется энергия водных потоков (рек, водопадов и т. д.). На территории России построены такие мощные гидроэлектростанций, как Красноярская ГЭС (6 млн. кВт), Братская ГЭС (4,5 млн. кВт), Саяно-Шушенская ГЭС (6,4 млн. кВт), Усть-Илимская ГЭС (4,32 млн. кВт) и др. Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные гидрогенераторы. Мощность, развиваемая гидроагрегатом, пропорциональна напору Н и расходу воды Q, т. е. P = HQ. Таким образом, мощность ГЭС определяется расходом и напором воды. На ГЭС, как правило, напор воды создается плотиной (рис. 3). Водное пространство перед плотиной называется верхним бьефом, а ниже плотины — нижним бьефом. Разность уровней верхнего (УВБ) и нижнего бьефа (УНБ) определяет напор Н. Верхний бьеф образует водохранилище, в котором накапливается вода, используемая по мере необходимости для выработки электроэнергии. В состав гидроузла на равнинной реке входят: плотина, здание электростанции, водосбросные, судопропускные (шлюзы), рыбопропускные сооружения и др.  Рис. 3. Принципиальная технологическая схема ГЭС На горных реках сооружаются ГЭС, которые используют большие естественные уклоны реки. Однако при этом обычно приходится создавать систему деривационных сооружений; К ним относятся сооружения, направляющие воду в обход естественного русла реки: деривационные каналы, туннели, трубы. В электрической части ГЭС во многом подобны конденсационным электростанциям. Как и КЭС, гидроэлектростанции обычно удалены от центров потребления, так как место их строительства определяется в основном природными условиями. Поэтому электроэнергия, вырабатываемая ГЭС, выдается на высоких и сверхвысоких напряжениях (110 —500 кВ). Отличительной особенностью ГЭС является небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды, которое обычно в несколько раз меньше, чем на ТЭС. Это объясняется отсутствием на ГЭС крупных механизмов в системе собственных нужд. При сооружении ГЭС одновременно с энергетическими решаются важные народнохозяйственные задачи: орошение земель и развитие судоходства, обеспечение водоснабжения крупных городов и промышленных предприятий и т. д. Технология производства электроэнергии на ГЭС довольно проста и легко поддается автоматизации. Пуск агрегата ГЭС занимает не более 50 с, поэтому резерв мощности в энергосистеме целесообразно обеспечить именно этими агрегатами. Коэффициент полезного действия ГЭС обычно составляет около 85 - 90%. Благодаря меньшим эксплуатационным расходам себестоимость электроэнергии на ГЭС, как правило, в несколько раз меньше, чем на тепловых электростанциях. 24. АЭС, преимущества и недостатки АЭС решают проблему нехватки органического топлива. Преимущество АЭС – это отказ от органического топлива, тем самым, сохранение исчезающих газа, угля и нефти. Вместо них на АЭС используется уран. Мировые запасы урана оцениваются в 6 306 300 тонн. Насколько лет его хватит, никто не считает, т.к. запасов много, потребление урана достаточно небольшое, и об его исчезновении думать пока не приходится. В крайнем случае, если запасы урана вдруг унесут инопланетяне или они испарятся сами собой, в качестве ядерного топлива может применяться плутоний и торий. Преобразовать их в ядерное топливо пока дорого и сложно, но можно. Преимущества АЭС перед ТЭС – это и сокращение количества вредных выбросов в атмосферу. Что выделяется в атмосферу при работе КЭС и ТЭЦ и насколько это опасно: Диоксид серы или сернистый ангидрид – опасный газ, губительный для растений. При попадании в организм человека в больших количествах вызывает кашель и удушье. Соединяясь с водой, диоксид серы превращается в сернистую кислоту. Именно благодаря выбросам диоксида серы возникает риск кислотных дождей, опасных для природы и человека. 2. Оксиды азота – опасны для дыхательной системы человека и животных, раздражают дыхательные пути. 3. Бенапирен – опасен тем, что имеет свойство скапливаться в организме человека. В результате длительного воздействия может вызывать злокачественные опухоли. Суммарные годовые выбросы ТЭС на 1000 МВт установленной мощности – это 13 тысяч тонн в год на газовых и 165 тысяч тонн на пылеугольных тепловых станциях. ТЭС мощностью в 1000 МВт в год потребляет 8 миллионов тонн кислорода для окисления топлива, преимущества АЭС в том, что в атомной энергетике кислород не потребляется в принципе. Вышеперечисленные выбросы для АЭС также не характерны. Преимущество АЭС — выбросы вредных веществ в атмосферу на атомных станциях ничтожно малы и по сравнению с выбросами ТЭС, безвредны. Преимущества АЭС перед ТЭС – это низкие затраты на перевозку топлива. Уголь и газ чрезвычайно дорого доставлять на производства, в то время как необходимый для ядерных реакций уран можно поместить в одну небольшую грузовую машину. Минусы Электроэнергия, производимая восточными регионами настолько велика, что не используется полностью. Зато в центральных областях образуется ее нехватка, в связи с густо расположенными населенными пунктами. Недостаточное количество электропутей в районах Сибири и в дальневосточных регионах. Эта проблема должна решаться путем строительства новых трасс, а также развитием вторых путей в местностях, где трассы уже существуют. Сети могут осуществлять перевозку лишь электричества. Кроме электроэнергии в мире существует еще множество ресурсов, подлежащих перевозке. Поэтому проблема их транспортировки, в данном случае, не решается. Мало инвестиций в отрасль. Дело в том, происходит недостаток выделения денежных средств в эту область. Вопрос может решаться путем привлечения денежных вложений иностранного капитала, увеличения вложения граждан страны. Отсутствие транспортных связей со странами, имеющими непосредственную близость к России. Возможно, стоит больше внимания уделять этому вопросу, ведь на данный момент его проработанность оставляет желать лучшего. Шумовое загрязнение мобильными сетями. Телефонные источники тоже входят в эту отрасль. Но они, как бы нам не хотелось в это верить, наносят колоссальный вред природе. Из-за наличия большого количества сетей, пронизывающих все пространство страны, происходит массовое вымирание пчел. Эти насекомые опыляют большую часть растений. Мы рискуем попасть в глобальную катастрофу, сопровождающуюся мировым голодом и вымиранием, если не начнем решать эту проблему сейчас. Вредные излучения, получаемые людьми во время общения по мобильной связи. Это в основном СВЧ — волны, они пронизывают тело человека полностью, во время разговора по телефону. Отрицательный эффект воздействия имеет накопительное свойство, чем больше человек отдается в распоряжение гаджетам, тем сильнее он будет страдать от головных болей и различных заболеваний. Трудно переоценить всю пользу, которую принес нам электронный транспорт. Мы далеко шагнули вперед, изобретя этот вид перемещения электричества, информации. Но негативные последствия такого шага не заставят себя долго ждать. В скором будущем человечеству придется решать проблему отрицательного воздействия на окружающий мир в целом. Возможно, стоит задуматься об этом уже сейчас, чтобы не поплатиться большими потерями в недалеком будущем. АЭС — Атомные Электростанции. Самые совершенные на данный момент ЭС по уровню мощности. Используют урановые стержни изотопа урана -278 и энергию атомной реакции. 1. Относительно малое потребление ресурсов. Самый главный — уран. 2. Мощнейшие по выработке электроэнергии ЭС. Одна ЭС может обеспечивать целые города и мегаполисы, ближлежащие районы, вообщем, охватывают огромные территории. 3. Более современны, чем ТЭС. 4. Дают большое количство рабочих место. 5. Открывают пути к созданию более совершенных ЭС. 1. Постоянное загрязнение окружающей среды. Смог, радиация. 2. Потребление редких ресурсов — уран. 3. Использование воды,загрязнение ее. 4. Вероятная угроза экологической суперкатастрофы. При потере контроля за ядерными реакциями, нарушениями цикла охлаждения(ярчайший пример обоих ошибок — Чернобыль; АЭС до сих пор закрыта саркофагом, самая страшная экологическая катастрофа в истории человечества) ,внешнем в воздействии(землетрясение, прмер — Фукусима), военной атаке или подрыве террористами — весьма вероятна(или — почти стопроцентна) экологическая катастрофа, а также весьма вероятна угроза взрыва АЭС, — это взрыв, ударная волна, и самое главное, радиоактивное заражение обширной территории, отзвуки такой катастрофы могут поразить весь мир. Потому АЭС является наравне с ОМП(Оружием Массового Поражения) одним из самых опасных достижений человечества, хотя АЭС — это Мирный атом. Впервые АЭС была создана в СССР. Энергетику необходимо развивать отнюдь не только в направлении использования возонбновляемых ресурсов, а еще также развивать более совершенные типы ЭС, которые будут принципиально новыми по своей основе и типу работы. Гипотетически, в скором времени начнется освоения космоса, также проникновение в другие тайны микромира и вообще, физики могут дать поразительные результаты. Доведение до максимального совершенства АЭС — также перспективный путь развития энергетики. На данном этапе конечно же, наиболее вероятным и реализуемым является вариант развития ветрогонных комплексов, солнечных батарей и ДОВЕДЕНИЕ до максимального совершенства ГЭС и АЭС. 25. ГЭС, основные разновидности Электростанция, которая преобразовывает энергию воды в электроэнергию, называется гидроэлектростанцией. Гидроэлектростанции разделяют на следующие типы: плотинные, деривационные, аккумулирующие, волновые, приливные Чаще всего в мире встречаются плотинные электростанции. Основными элементами плотинной электростанции являются: 1. Дамба 2. Водохранилище 3. Задвижка 4. Напорный трубопровод 5. Генератор 6. Турбина 7. Линии электропередач. Принцип работы такой электростанции в следующем: дамба на реке приводит к возникновению небольшого водоема, выше уровня машинного зала. После открытия задвижки, вода под большим напором поступает на турбину, приводя её в движение. Турбина связана с электрогенератором, который вырабатывает электроэнергию. Электроэнергия передается потребителям по линии электропередач. Деривационные электростанции используются в случаях, когда имеется большой перепад реки. Основными элементами деривационной электростанции являются: 1. Водозаборное сооружение 2. Водонапорный трубопровод 3. Турбина 4. Генератор 5. Приемная плотина 6. Линии электропередач Принцип работы электростанции в следующем: часть водного потока реки с помощью водозаборных сооружений попадает в водонапорный трубопровод. Поток воды приводит в движение турбину и электрогенератор. Встречаются ГЭС смешанного типа. В этом случае в месте водозабора строится небольшая плотина, для создания напора воды в трубопроводе. Аккумулирующие электростанции используются для запаса электроэнергии, путем конвертации её в энергию воды. Такие электростанции помогают энергосистеме выдержать пиковые нагрузки. Кроме того, они обеспечивают бесперебойность энергоснабжения потребителей при использовании ветряков и солнечных панелей. Основными элементами аккумулирующей электростанции являются: 1. Первое водохранилище 2. Второе водохранилище 3. Водонапорный трубопровод 4. Турбина 5. Генератор 6. Линии электропередач Особенность таких электростанций в том, что их гидроагрегаты рассчитаны на работу в генераторном и насосном режиме. Принцип работы ГАЭС в следующем: Во время пиковых нагрузок, вода через напорный трубопровод сбрасывается из верхнего водохранилища в нижнее. Приводя в движение турбину и генератор. При отсутствии пиковых нагрузок, вода таким же образом закачивается из нижнего водохранилища в верхнее. Волновые гидроэлектростанции используются для получения электроэнергии из морских волн. Существует множество конструкций таких электростанций, с основными из которых можно ознакомиться здесь. Принцип работы данной электростанции в следующем: в результате волн, вода попадает в резервуар, находящийся выше уровня моря. Под действием силы тяжести вода стремится попасть обратно в океан, вращая при этом турбину генератора. Принцип работы электростанции в следующем: во время приливов, специально построенный бассейн наполняется водой. Вода, проходя через трубопровод, вращает турбину. Во время отливов вода возвращается обратно в океан, снова вращая турбину и вырабатывая электроэнергию. |