Главная Обратная связь

Дисциплины:






Потенціал геотермальної енергії в Україні представлено в таблиці 6.1 та рисунку 6.1



 

Таблиця 6.1 - Потенціал геотермальної енергії в Україні

 

№ п/п Області Кількість теплоносія, що видобувається при експлуатації з підтримкою пластового тиску, тис. м3/добу Тепловий потенціал термальних вод, МВт Річна економія, тис. т у.п.
Вінницька
Волинська
Дніпропетровська
Донецька
Житомирська
Закарпатська 239,4
Запорізька
Івано-Франківська
Київська
Кіровоградська
Луганська
Львівська
Миколаївська
Одеська
Полтавська 5,9 9,2 9,9
Рівненська
Сумська 4,2 15,8
Тернопільська
Харківська 0,4 1,3 1,4
Херсонська
Хмельницька
Черкаська
Чернівецька
Чернігівська 37,2 58,3 62,7
АР Крим
ВСЬОГО 585,4 47574,6


Геотермальні райони підрозділяють на 3 класи:

- гіпертермальні з температурним градієнтом більш 800С/км - розташовані в зонах поблизу границь континентальних платформ -Тоскана в Італії;

- напівтермальні -40 800С/км - розташовані удалині від границь платформ, але зв'язані з аномаліями, наприклад, глибокими природними водоносними шарами або роздробленими сухими породами - район Парижа;

- нормальні - менш 400С/км, де теплові потоки складають 0,06 Вт/м². У цих районах витяг геотермального тепла - поки недоцільно.

Внутрішня структура Землі і потік геотермальної енергії представлено на рис. 6.2.

 

 

Рисунок 6.2. - Внутрішня структура Землі і потік геотермальної енергії

 

Тепло виходить завдяки: (1)природної гідротермальної циркуляції, при якій вода проникає в глибокі шари, нагрівається, перетворюється в суху пару, пароводяну суміш або просто нагрівається й утворить гейзери, гарячі джерела, (2)штучному перегрівові, зв'язаному з охолодженням лави, що застигає, (3)охолодженню сухих скельних порід. Сухі скельні породи в плині мільйонів років накопичували тепло. Відбір тепла від них можливий прокачуванням води через штучно створені розриви, шпари й ін. Створені Гео ТЕС працюють на природній гідротермальній циркуляції, а також на штучному перегріві за рахунок витягу тепла із сухих скельних порід.



Геотермальна енергія володіє низькими термодинамічними властивостями. Це енергія низької якості(35%) і низкою щільності(0,06Вт/м2), з низькою температурою теплоносія. Найкращий спосіб її використання - комбіноване застосування для обігріву і вироблення електроенергії. При потребі в теплі з температурою до 1000С доцільно неї використовувати тільки для обігріву, якщо температура теплоносія нижче 1500С. При температурі теплоносія 3000С і вище доцільно її комбіноване використання. Тепло доцільно використовувати поблизу місця видобутку, для обігріву жител і промислових будинків, особливо в зонах холодного клімату. Такі геотермальні системи використовуються, наприклад, в Ісландії. Тепло також використовується для обігріву теплиць, сушіння харчових продуктів і т.д. Застосування геотермальної енергії визначається капітальними витратами на спорудження шпар. Їхня вартість экспоненциально зростає зі збільшенням глибини буравлення.

Загальна кількість тепла, що витягається від теплоносія, може бути збільшене за рахунок повторного накачування в шпари, тим більше, що небажано залишати на поверхні ці сильно мінералізовані води по екологічних причинах. Геотермальні енергостанції розташовуються в гіпертермальних районах, рис.6.3, поблизу природних гейзерів і пароводяних джерел 1 з температурою води і пари 200...2800С і використовують природні виходи тепла 2 (енергостанція 3) і спеціально пробурені свердловини 4 (енергостанція 5).

 

 

Рисунок 6.3 - Використання потоку геотермальної енергії

 

Схема витягу тепла із сухих гірських порід включає нагнітальну 1 і водозабірну 2 свердловини, рис. 6.4 Скеля на глибині 5-7 км дробиться гідровибухом за допомогою холодної води, що нагнітається під тиском у свердловину. Після попереднього дроблення порід вода нагнітається через нагнітальну свердловину, фільтрується через скельні породи на глибині 5 км при t=2500С, тепла вода повертається на поверхню через водозабірну свердловину.

 

Рисунок 6.4 - Схема витягу тепла із сухих гірських порід

 

 

Використання геотермальної енергії для виробництва електроенергії може здійснюватися за різнихми схемами:

1) турбінний цикл з одним робочим тілом з водою або хладоном показаний на рис.6.5.

 

П- теплообмінник (парогенератор), де геотермальне тепло передається хладонові, нагріває і випаровує його, Т- турбіна, Г-генератор, К- конденсатор, Н- насос

Рисунок 6.5 - Використання геотермальної енергії для виробництва електроенергії в тепловому двигуні з одним робочим тілом (зводою або фреоном)

 

При використанні низькотемпературного геотермального джерела для приведення в дію турбіни замість води застосовують рідини з більш низькою температурою паротворення, наприклад, хладон або аміак. Особливі труднощі виникають з теплообмінниками через високу концентрацію хімічних речовин у воді зі свердловин.

2) схема прямого парового циклу, рис.6.6. Вода з парою від геотермального джерела подається в пароводяний сепаратор, де пара відокремлюється від води і надходить у турбіну. Вода повертається під землю. Відпрацьований у турбіні пар конденсується, і конденсат також накачується під землю.

Найбільші геотермальні електростанції:

Гейзери - США - 1.596.000 кВт - 22агрегату - 1985р. будівлі

Серро-Прието - Мексика - 620.000 кВт - 9агрегатів - 1987р. будівлі

Тиви - Філіппіни - 330.000 кВт - 6 агрегатів - 1982р. будівлі

Макилинг-Банахао - Філіппіни - 330.000 кВт - 6 агрегатів - 1984р. будівлі

Ларделло - Італія - 185.000 кВт - 11 агрегатів - 1949р. будівлі

Уайракей - Нова Зеландія - 140.000 кВт - 8 агрегатів - 1978р. будівлі

Камоджанг - Індонезія - 140.000 кВт-3агрегати-1988р. будівлі

Паужетська-Камчатка - Росія - 11.000 кВт - 3 агрегати - 1980р. будівлі

Капітальні витрати на будівництво Гео ТЕС у даний час порівнянні з витратами на АЕС і складають 1500-2500$ на 1 кВт встановленої потужності.

 

 

пароводяний сепаратор- ПС, редуктор- Р, Т- турбіну, Г-генератор, К- конденсатор, Н- насос

Рисунок 6.6 - Використання геотермальної енергії для виробництва електроенергії в прямому паровому циклі


РОЗДІЛ 7

ЕНЕРГІЯ СОНЦЯ

Відомо два напрямки використання сонячної енергії. Найбільш реальним (Австралія, Ізраїль, США, Японія) є перетворення сонячної енергії в теплову та використання її в нагрівальних системах. Другий напрямок - системи непрямого та прямого перетворення в електричну енергію.

Найбільш масштабно у світовій практиці нині використовується технологія нагріву води в сонячних колекторах. Щороку в Європі в експлуатацію вводиться близько 3 млн. м2 плоских сонячних колекторів, що еквівалентно тепловій потужності 1,5 тис. МВт. Сонячний плоский колектор — це те-плоізольований теплообмінник проточного типу. У такому колекторі вода може нагріватися до 95° С. Колектори цього типу є найбільш поширеними і доступними за ціною. В країнах ЄС рекомендують застосовувати їх у комбінації з тепловим насосом. Існують колектори інших типів. Так вакуумні колектори можуть нагрівати теплоносій до 250° С влітку і не менше 35° С взимку, навіть при захмареному небі.

В умовах України доцільно застосовувати сонячні водонагрівачі ємнісного (не проточного) типу, вони значно дешевші, а воду в них можна нагріти до 60° С. На жаль, виробництво сонячних колекторів в Україні практично відсутнє, зате часто можна побачити просту бочку, пофарбовану в чорний колір. Така бочка нагріває воду лише на 5—7 градусів вище температури повітря і може використовуватися тільки влітку.

Використання принципу парникового нагріву може мати багато напрямків застосування в сільському господарстві для сушки сировини та продуктів. Принцип сонячно-колекторного парника використовується і в іншій дуже поширеній у Західній Європі технологіїутилізаціїенергіїсонячної радіації, що має назву «сонячний дім» і вирішує проблему обігріву приміщення. Найкраще досягнення цієї технології в країнах ЄС — забезпечення за рахунок сонця 97% потреб в теплі для обігріву. В умовах України від застосування технології пасивного сонячного обігріву приміщень можна сподіватися на забезпечення до 50% потреб у теплі. Основні принципи пасивної сонячної технології полягають у високому рівні теплоізоляції приміщень, утилізації тепла вентиляційного повітря та орієнтації будівель таким чином, щоб улітку забезпечити відсутність перегріву, а взимку, навпаки, максимально впустити сонце в приміщення. Наприклад, в містечку Хокертон (Великобританія) в 1998 р. був споруджений будинок пасивної сонячної архітектури, втрати тепла в якому практично зведені до нуля, а енергоспоживання становить лише 15% від середнього по країні. Необхідна для житла температура досягається завдяки нагріванню сонцем, а також завдяки теплу життєдіяльності людини. За інформацією Департаменту торгівлі та промисловості Великої Британії, наприкінці XX ст. в країні було більше 1660 будинків пасивної архітектури, серед яких 40 шкіл та 30 офісних споруд.

Найбільш багатообіцяючою технологією утилізації енергії сонця є використання фотогальванічного ефекту для генерування електрики. Сонячна фотоенергетика пройшла довгий шлях удосконалення і нині надзвичайно близька до масштабного промислового використання. Її нинішнє використання базується на субсидіюванні, а в Україні це дозволяється лише АЕС та вугільній промисловості. Уже декілька років темпи річного питомого приросту потужностей сві-тової фотоенергетики перевищують темпи вітроенергетики і становлять понад 40%. За показником абсолютного приросту потужностей (понад 1 тис. МВт/рік) світова фотоенергетика відстає від вітроенергетики десь на 10—12 років. Прогнозується, що до 2017 року фотоенергетика пережене вітроенергетику і стане конкурентоспроможною.

ККД перетворення енергії сонячного випромінювання на електрику в серійних фотоелектричних перетворювачах із монокристалічного кремнію нині становить 15—16%. Науково-дослідницькі роботи, виконані в Україні та Росії, дозволили розробити технологію виробництва перетворювачів із арсеніду галію з ККД понад 40%. Україна має для цього необхідну сировину й могла б невдовзі налагодити масове виробництво фотоелектричних перетворювачів.

Вартість електроенергії, що виробляється фотоелектричними установками (ФЕУ) на сьогодні в декілька разів вища, ніж на електричних станціях з тепловим циклом. Незважаючи на це, ФРУ активно впроваджуються як у розвинутих країнах, так і в країнах, що розвиваються. При цьому можна дослідити дві протилежні тенденції.

У країнах, що розвиваються, мова йде про застосування порівняно невеликих установок для електропостачання індивідуальних будинків у віддалених селах, для оснащення культурних центрів, де завдяки ФЕУ можна користуватися телевізором тощо. В цих випадках на перший план виступає не вартість електроенергії, а соціальний ефект. Програми впровадження ФЕУ в країнах, що розвиваються, активно підтримуються міжнародними організаціями, в їх фінансуванні бере участь Світовий банк на основі висунутої їм "Сонячної ініціативи".

У промислово розвинених країнах активне впровадження ФЕУ пояснюється кількома факторами. По-перше, ФЕУ розглядаються як екологічно чисті джерела, що здатні зменшити забруднення довкілля. По-друге, використання ФЕУ у приватних будинках підвищує енергетичну автономію. В-третіх, вартість прокладання ліній електроживлення у важко/доступній місцевості становить 5-15 тис дол/км В-четвертих, велике значення має динаміка зміни показників ФЕУ за останні два десятиліття, на основі якої на найближчий час прогнозується досягнення конкурентоспроможності ФЕУ для широкого використання.

У деяких країнах розробляються проекти великих пілотних ФЕУ, які дозволять набути необхідного досвіду, і водночас в результаті збільшення масштабу продукції знизиться ціна установок, а отже й вартість електроенергії.

У цьому контексті дуже цікавим є досвід Японії, де зараз у префектурі Окінава будується ФЕУ потужністю 750 кВт. У США 90 енергетичних компаній утворили Фотоелектричну групу, яка впродовж 5 років планує ввести в експлуатацію ФЕУ загальною потужністю 47 МВт, з яких 17 МВт припадає на малі автономні установки і 30 МВт - на великі (від 100 кВт до 1 МВт).

1990 року німецький уряд посів місце лідера в Європі у галузі використання фотоелектричних систем для приватного сектора. Урядова програма "1000 дахів" була розширена до 2500 дахів, уряд сплатив 70% вартості інсталяції фотоелектричних систем потужністю по 1-5 кВт, розрахованих на 1-2 сім'ї.

Другий квартал 1997 року минув під знаменами сонячної промисловості. Головною його подією стала заява президента США Білла Клінтона від 26 червня про початок найбільшої федеральної програми "Мільйон сонячних дахів", розрахованої до 2010 року, Японія також запропонувала надання 196 мільйонів доларів своєму населенню на інсталяцію фотоелектричних систем. Саме 1997 року з'явилася така цифра - 400 млн. уже встановлених фотоелектричних систем у світі. Щорічно кількість сонячних систем зростає на 80 тисяч.

Свою популярність як джерело енергії фотоелементи здобували в космічних програмах. І лише після 1980 року реалізація фотоелементних установок набула комерційного розвитку після зниження цін завдяки новітнім технологіям. 1990 року світова реалізація фотоелементів досягла 48 МВт (20% - фотоелементи калькуляторів та інших побутових приладів, 22% - телекомунікаційні системи).

На сьогодні понад 30 країн світу використовують процес прямого перетворення сонячної енергії на електричну. Сумарна потужність вироблених за рік фотоелектричних перетворювачів становить близько 65 МВт, з них по 1/3 у США та Японії, 20% - в Європі.

 

 

Сонячні батареї

Вперше явище фотоефекту дослідив французький фізик Беккерель 1839 року, отримавши потік електронів при освітленні сонячним світлом пластини оксиду міді. Винахід був широко впроваджений у життя після відкриття напівпровідників. Як світлочутлива зона фотоелементів використовуються селен (Se), кристалічний кремній (Si), аморфний кремній (SiGe) тощо. Фотоефект утворюється, коли фотон (світловий промінь) падає на елемент із двох матеріалів з різним типом електричної провідності (дірчастий або електронний). Потрапивши в такий матеріал, фотон вибиває електрон з його комірки, утворюючи вільний від'ємний заряд і "дірку". В результаті рівновага так званого "р-n"-переходу порушується, і в колі виникає електричний струм. Будову і кремнієвого фотоелемента показано на рис. 7.1. Найближчими «родичами» сонячних фотоелементів є транзистори, світлодіоди та інші електронні пристрої.

Рисунок 7. 1 – Схема кремнієвого елемента

 

Чутливість фотоелемента залежить від довжини хвилі па чого світла та прозорості верхнього шару елемента. В ясну погод кремнієві елементи виробляють електричний струм приблизно 0,5 В і 25 мА на 1 см2 або 12-13 мкВт/см . Найбільш поширені кремнієві фотоелементи. Вони бувають монокристалічні та полікристалічні. Різниця між цими матеріалами полягає в специфіці отримання початкових кремнієвих заготовок при їх вирощуванні з розплавів. Монокристал і ч на заготовка більш однорідна але дорожча. Полікристалічна - менш однорідна має нижчу вартість, що може бути вирішальним фактором, коли йдеться про виготовлення фотоелементів. Теоретична ефективність кремнієвих елементів становить приблизно 28%, а практична - від 14% до 16%.

Незважаючи на поширену хибну думку, насправді фотоелементи виробляють більше енергії при низьких температурах. Це пояснюється тим, що фотоелементи - це електронні пристрої й виробляють енергію від світла, а не від тепла, тобто працюють ефективніше в холоді, ніж при високих температурах. А взимку вони виробляють менше енергії лише за рахунок скорочення світлового дня, тому що кут падіння сонячного світла у цей період менший, а хмарність більша.

За допомогою послідовно-паралельних електричних сполучень сонячні елементи складають у сонячну (фотоелектричну) батарею в герметичному корпусі. Потужність сонячних батарей, що серійно випускаються промисловістю, становить 50-200 Вт. На сонячних фотоелектричних станціях сонячні батареї використовуються для складання фотоелектричних генераторів. На рис. 7.2 представлені склад та блок-схема сонячної фотоелектричної станції. Термін служби такої станції становить 20-30 років, експлуатаційні витрати мінімальні.

Рисунок 7.2 – Схема сонячної фотоелектричної установки

 

Сонячні фотоелектричні станції використовуються для живлення водопідйомних насосів, телекомунікаційних систем, катодного захисту трубопроводів, в домашніх господарствах тощо.

 

 

Сонячний колектор





sdamzavas.net - 2018 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...