Ce poți găti din calmar: rapid și gustos

Industria energiei electrice, ca și alte industrii, are propriile probleme și perspective de dezvoltare.

În prezent, industria rusă de energie electrică este în criză. Conceptul de „criză energetică” poate fi definit ca o stare de tensiune rezultată dintr-o nepotrivire între nevoi societatea modernăîn energie și rezerve de energie, inclusiv datorită structurii iraționale a consumului acestora.

În Rusia, în prezent este posibil să distingem 10 grupuri cele mai stringente probleme:

• 1). Prezența unei mari proporții de echipamente învechite din punct de vedere fizic și moral. O creștere a ponderii activelor uzate fizic duce la creșterea ratei accidentelor, reparații frecvente și scăderea fiabilității aprovizionării cu energie, care este agravată de utilizarea excesivă a capacităților de producție și rezerve insuficiente. Astăzi, uzura echipamentelor este una dintre cele mai importante probleme din industria energiei electrice. La centralele rusești este foarte mare. Prezența unei mari proporții de echipamente învechite din punct de vedere fizic și moral complică situația cu asigurarea securității centralelor electrice. Aproximativ o cincime active de producțieîn industria energiei electrice, acestea sunt aproape sau și-au depășit durata de viață proiectată și necesită reconstrucție sau înlocuire. Modernizările echipamentelor sunt efectuate într-un ritm inacceptabil de scăzut și în cantități clar insuficiente (tabel).
• 2). Principala problemă a energiei este că, alături de metalurgia feroasă și neferoasă, energia are un impact negativ puternic asupra mediului. Întreprinderile energetice generează 25% din toate emisiile industriale.

În anul 2000, volumul emisiilor de substanțe nocive în atmosferă s-a ridicat la 3,9 tone, inclusiv emisiile de la centralele termice - 3,5 milioane de tone. Dioxidul de sulf reprezintă până la 40% din emisiile totale, solide - 30%, oxizi de azot - 24%. Adică centralele termice sunt motivul principal formarea de reziduuri acide.

Cei mai mari poluanți ai aerului sunt centrala electrică din districtul de stat Raftinskaya (Asbest, Regiunea Sverdlovsk) - 360 mii tone, Novocherkasskaya (Novocherkassk, regiunea Rostov) - 122 mii tone, Troitskaya (Troitsk-5, regiunea Chelyabinsk) - 103 mii tone, Verkhnetagilskaya (regiunea Sverdlovsk) - 72 mii tone

Sectorul energetic este, de asemenea, cel mai mare consumator de apă dulce și de mare, cheltuit pentru unități de răcire și folosit ca purtător de căldură. Industria reprezintă 77% din volumul total de apă dulce utilizată de industria rusă.

Volumul de ape uzate evacuate de întreprinderile industriale în corpurile de apă de suprafață în anul 2000 a fost de 26,8 miliarde de metri cubi. m. (5,3% mai mult decât în ​​1999). Cele mai mari surse de poluare corpuri de apă sunt centrale termice, în timp ce centralele raionale de stat sunt principalele surse de poluare a aerului. Acesta este CHPP-2 (Vladivostok) - 258 milioane de metri cubi. m, Bezymyanskaya CHPP (regiunea Samara) - 92 milioane de metri cubi. m, CHPP-1 (Yaroslavl) - 65 milioane de metri cubi. m, CHPP-10 (Angarsk, regiunea Irkutsk) - 54 milioane de metri cubi. m, CHPP-15 și Pervomaiskaya CHPP (Sankt Petersburg) - un total de 81 de milioane de metri cubi. m.

Sectorul energetic produce, de asemenea, o cantitate mare de deșeuri toxice (zgură, cenușă). În anul 2000, volumul deșeurilor toxice se ridica la 8,2 milioane de tone.

Pe lângă poluarea aerului și apei, întreprinderile energetice poluează solurile, iar centralele hidroelectrice au un impact puternic asupra regimurilor fluviale, ecosistemelor fluviale și de luncă inundabilă.

• 3). Politică tarifară strictă. În industria energiei electrice, au fost ridicate întrebări cu privire la utilizarea economică a energiei și tarifele pentru aceasta. Putem vorbi despre necesitatea economisirii energiei electrice generate. Într-adevăr, țara folosește în prezent de 3 ori mai multă energie pe unitate de producție decât Statele Unite. Este mult de lucru de făcut în acest domeniu. La rândul lor, tarifele la energie cresc într-un ritm mai rapid. Tarifele actuale din Rusia și raportul lor nu corespund practicii mondiale și europene. Politica tarifară existentă a condus la activități neprofitabile și la profitabilitate scăzută a unui număr de companii energetice regionale.
• 4). O serie de zone se confruntă deja cu dificultăți în furnizarea de energie electrică. Alături de regiunea Centrală, se observă lipsuri de energie electrică în Pământul Negru Central, Volga-Vyatka și regiunile economice de Nord-Vest. De exemplu, în Regiunea Economică Centrală, în 1995, a fost produsă o cantitate uriașă de energie electrică - 19% din indicatorii ruși (154,7 miliarde kW), dar toată a fost consumată în regiune.
• 5). Creșterea capacității este în scădere. Acest lucru se datorează combustibilului de calitate scăzută, echipamentelor uzate, lucrărilor de îmbunătățire a siguranței unităților și o serie de alte motive. Subutilizarea hidrocentralelor se datorează conținutului scăzut de apă al râurilor. În prezent, 16% din capacitatea centralelor rusești și-a epuizat deja resursele. Dintre acestea, centralele hidroelectrice reprezintă 65%, centralele termice - 35%. Punerea în funcțiune a noilor capacități a scăzut la 0,6 - 1,5 milioane kW pe an (1990-2000) față de 6-7 milioane kW pe an (1976-1985).
• 6). Opoziția emergentă din partea autorităților publice și locale față de amplasarea instalațiilor de energie electrică din cauza siguranței lor extrem de scăzute pentru mediu. În special, după dezastrul de la Cernobîl, au fost oprite multe lucrări de cercetare, construcție și extindere a centralelor nucleare la 39 de locații cu o capacitate totală de proiectare de 109 milioane kW.
• 7). Neplăți, atât de la consumatorii de energie electrică, cât și de la companiile energetice pentru combustibil, echipamente etc.;
• 8). Lipsa investițiilor, asociată atât cu politica tarifară actuală, cât și cu „opacitatea” financiară a industriei. Cei mai mari investitori strategici occidentali sunt gata să investească în industria rusească de energie electrică doar dacă tarifele cresc pentru a asigura rentabilitatea investiției.
• 9). Întreruperi în alimentarea cu energie electrică în anumite regiuni, în special Primorye;
• 10). Eficiență scăzută a resurselor energetice. Aceasta înseamnă că 57% din resursele energetice se pierd anual. Cele mai multe pierderi apar în centralele electrice, în motoarele care folosesc direct combustibil și în procesele tehnologice în care combustibilul servește ca materie primă. La transportul combustibilului apar și pierderi mari de resurse energetice.

Cât despre perspective de dezvoltare industria energiei electrice din Rusia, atunci, în ciuda tuturor problemelor sale, industria energiei electrice are perspective suficiente.

De exemplu, funcționarea centralelor termice necesită extracția unei cantități uriașe de resurse neregenerabile, are o eficiență destul de scăzută și duce la poluarea mediului. În Rusia, centralele termice funcționează cu păcură, gaz și cărbune. Cu toate acestea, în această etapă, companiile energetice regionale cu o pondere mare de gaz în structura bilanțului combustibilului sunt atractive, ca combustibil mai eficient și mai benefic pentru mediu. În special, se poate observa că centralele electrice pe gaz emit cu 40% mai puțin dioxid de carbon în atmosferă. În plus, benzinăriile au o rată de utilizare a capacității instalate mai mare în comparație cu stațiile de petrol și cărbune, au o alimentare mai stabilă cu căldură și nu implică costuri de stocare a combustibilului. Stațiile pe gaz sunt în stare mai bună decât cele pe cărbune și petrol, deoarece au fost puse în funcțiune relativ recent. Prețurile gazelor sunt, de asemenea, reglementate de stat. Astfel, construirea de centrale termice folosind gaze drept combustibil devine mai promițătoare. De asemenea, la termocentrale se promite utilizarea echipamentelor de curățare a prafului cu cea mai mare eficiență posibilă, în timp ce cenușa rezultată poate fi folosită ca materie primă în producția de materiale de construcție.

Construcția unei centrale hidroelectrice, la rândul său, necesită inundarea unei cantități mari de teren fertil, sau ca urmare a presiunii apei asupra scoarței terestre, o hidrocentrală poate provoca un cutremur. În plus, stocurile de pește din râuri sunt în scădere. Construcția de hidrocentrale relativ mici, care nu necesită investiții de capital majore și funcționează automat mai ales în zonele muntoase, precum și terasamentul lacurilor de acumulare pentru a elibera terenuri fertile, devine promițătoare.

Cât despre energie nucleară, atunci construcția unei centrale nucleare prezintă un anumit risc, din cauza faptului că este dificil de prevăzut amploarea consecințelor atunci când funcționarea centralelor nucleare devine complicată sau în circumstanțe de forță majoră. De asemenea, problema eliminării deșeurilor solide radioactive nu a fost rezolvată, iar sistemul de protecție este și el imperfect. Ingineria nucleară are cele mai mari perspective în dezvoltarea centralelor termonucleare. Aceasta este o sursă aproape eternă de energie, aproape inofensivă pentru mediu. Dezvoltarea energiei nucleare în viitorul apropiat se va baza pe funcționarea în siguranță a capacităților existente, cu înlocuirea treptată a unităților de prima generație cu cele mai avansate reactoare rusești. Cea mai mare creștere preconizată a capacității va avea loc datorită finalizării construcției stațiilor deja începute.

Există 2 concepte opuse pentru existența în continuare a energiei nucleare în țară.

• 1. Oficial, care este susținut de Președinte și Guvern. Bazat pe caracteristici pozitive Centrale nucleare, ei propun un program pentru dezvoltarea amplă a industriei ruse de energie electrică.
• 2. Ecologic, condus de academicianul Yablokov. Susținătorii acestui concept resping complet posibilitatea unei noi construcții centrale nucleare, atât din motive de mediu, cât și din motive economice.

Există și concepte intermediare. De exemplu, o serie de experți consideră că este necesară introducerea unui moratoriu asupra construcției de centrale nucleare pe baza deficiențelor centralelor nucleare. Alții sugerează că oprirea dezvoltării energiei nucleare ar putea duce la pierderea completă a potențialului său științific, tehnic și industrial în Rusia.

Pe baza tuturor influențelor negative energie tradițională asupra mediului, se acordă multă atenție studierii posibilităților de utilizare netradiționale, surse alternative energie. Energia fluxurilor și refluxurilor și căldura internă a Pământului au primit deja aplicare practică. Centralele eoliene sunt disponibile în așezările rezidențiale din nordul îndepărtat. Se lucrează pentru a studia posibilitatea utilizării biomasei ca sursă de energie. În viitor, energia solară poate juca un rol important.

Experiența dezvoltării industriei interne de energie electrică a produs următoarele principiile de amplasare și funcționare a întreprinderilor această industrie:

• 1. concentrarea producției de energie electrică la marile centrale electrice regionale folosind combustibil și resurse energetice relativ ieftine;
• 2. combinarea producţiei de energie electrică şi termică pentru termoficare aşezări, în special orașe;
• 3. dezvoltarea extensivă a resurselor hidro, luând în considerare soluționarea integrată a problemelor din industria energiei electrice, transport și alimentare cu apă;
• 4. nevoie de dezvoltare energie nucleară, în special în zonele cu un echilibru energetic și combustibil tensionat, ținând cont de siguranța utilizării centralelor nucleare;
• 5. realizarea de sisteme energetice care formează o singură rețea de înaltă tensiune a țării.

ÎN momentul prezent Rusia are nevoie de o nouă politică energetică care să fie suficient de flexibilă și să prevadă toate caracteristicile acestei industrii, inclusiv caracteristicile locației. Ca principalele sarcini ale dezvoltării energetice a Rusiei se pot distinge următoarele:

b Reducerea intensității energetice a producției.

ь Păstrarea integrității și dezvoltarea Statelor Unite sistem energetic Rusia, integrarea sa cu alte asociații energetice de pe continentul eurasiatic;

b Creșterea factorului de putere al centralelor electrice, creșterea eficienței de funcționare și asigurarea dezvoltare durabilă industria energiei electrice bazată pe tehnologii moderne;

ь Tranziția completă la relațiile de piață, eliberarea prețurilor la energie, tranziția completă la prețurile mondiale.

ь Reînnoirea rapidă a parcului de centrale electrice.

b Aducerea parametrilor de mediu ai centralelor electrice la nivelul standardelor mondiale, reducând impactul nociv asupra mediului

Pe baza acestor sarcini, a fost creată „Schema generală de amplasare a instalațiilor din industria energiei electrice până în 2020”, aprobată de Guvernul Federației Ruse. (diagrama 2)

Prioritățile Schemei generale în cadrul liniilor directoare stabilite pe termen lung politici publiceîn domeniul energiei electrice sunt:

ь dezvoltarea accelerată a industriei energiei electrice, crearea economică structura justificata capacități de generare și instalații de rețea electrică pentru a alimenta în mod fiabil consumatorii țării cu energie electrică și termică;

b optimizarea bilanțului de combustibil al industriei energiei electrice prin valorificarea maximă posibilă a potențialului de dezvoltare al centralelor termice nucleare, hidraulice și pe cărbune și reducerea utilizării gazului în bilanţul combustibilului industriei;

b crearea unei infrastructuri de rețea care se dezvoltă într-un ritm mai rapid decât dezvoltarea centralelor electrice și asigură participarea deplină a companiilor de energie și a consumatorilor la funcționarea pieței energie electricași capacitatea, consolidarea conexiunilor intersistem care garantează fiabilitatea furnizării reciproce de energie electrică și energie între regiunile Rusiei, precum și posibilitatea de export de energie electrică;

b minimizarea consumului specific de combustibil pentru producerea de energie electrică și termică prin introducerea de echipamente moderne, foarte economice, care funcționează pe combustibili solizi și gazoși;

b reducerea impactului tehnologic al centralelor electrice asupra mediului prin utilizarea eficientă a resurselor de combustibil și energie, optimizarea structurii industriale a industriei, reechiparea tehnologică și scoaterea din funcțiune a echipamentelor învechite, creșterea sferei de aplicare a măsurilor de protecție a mediului la putere centrale, implementând programe de dezvoltare și utilizare a surselor regenerabile de energie.

Pe baza rezultatelor monitorizării, un raport privind progresul implementării Schemei generale este înaintat anual Guvernului Federației Ruse. În câțiva ani, va fi clar cât de eficient este și cât de mult sunt implementate prevederile sale privind utilizarea tuturor perspectivelor de dezvoltare a energiei rusești.

În viitor, Rusia trebuie să renunțe la construcția de noi centrale termice și hidraulice mari, care necesită investiții uriașe și creează tensiune asupra mediului. Este planificată construirea de centrale termice de putere mică și medie și centrale nucleare mici în regiunile îndepărtate din nord și est. Pe Orientul Îndepărtat Este planificată dezvoltarea hidroenergiei prin construirea unei cascade de centrale hidroelectrice medii și mici. Noi centrale termice vor fi construite pe gaz și doar în bazinul Kansk-Achinsk se plănuiește construirea de centrale puternice în condensare datorită exploatării cărbunelui ieftin, în cariere. Există perspective pentru utilizarea energiei geotermale. Zonele cele mai promițătoare pentru utilizarea pe scară largă a apelor termale sunt Siberia de Vest și de Est, precum și Kamchatka, Chukotka și Sakhalin. În viitor, amploarea utilizării apelor termale va crește constant. Se fac cercetări pentru a implica în circulația economică surse de energie inepuizabile, precum energia soarelui, vântului, mareelor ​​etc., ceea ce va face posibilă economisirea resurselor energetice din țară, în special a combustibililor minerali.

Înapoi Înainte

Atenţie! Previzualizările diapozitivelor au doar scop informativ și este posibil să nu reprezinte toate caracteristicile prezentării. Dacă sunteți interesat de această lucrare, vă rugăm să descărcați versiunea completă.

Prezentarea este un material suplimentar la lecțiile despre dezvoltarea energiei. Sectorul energetic al oricărei țări stă la baza dezvoltării forțelor productive și a creării bazei materiale și tehnice a societății. Prezentarea reflectă problemele și perspectivele tuturor tipurilor de energie, tipuri promițătoare (noi) de energie, folosește experiența pedagogiei muzeale, munca independentă de cercetare a studenților (lucrarea cu revista „Japan Today”) și lucrările creative ale studenților ( postere). Prezentarea poate fi folosită în lecțiile de geografie din clasele a 9-a și a 10-a, în activități extracurriculare (cursuri opționale, cursuri opționale), în cadrul Săptămânii Geografiei „22 aprilie – Ziua Pământului”, la lecțiile de ecologie și biologie „Problemele globale ale umanității. Problema materiilor prime și a energiei.”

În munca mea, am folosit metoda învățării bazate pe probleme, care a constat în crearea unor situații problemă pentru elevi și rezolvarea acestora în procesul de activitate comună între elevi și profesor. Totodată, s-a ținut cont de independența maximă a elevilor și sub îndrumarea generală a unui profesor care conduce activitățile elevilor.

Învățarea bazată pe probleme permite nu numai formarea la elevi a sistemului necesar de cunoștințe, abilități și abilități, atingerea unui nivel ridicat de dezvoltare a școlarilor, dar, cel mai important, permite formarea unui stil special de activitate mentală, activitate de cercetare. și independența elevilor. Atunci când lucrează cu această prezentare, elevii devin conștienți de o direcție actuală - activitatea de cercetare a școlarilor.

Industria reunește un grup de industrii angajate în extracția și transportul combustibilului, generarea de energie și transmiterea acestuia către consumator.

Resursele naturale care sunt folosite pentru a produce energie sunt resursele de combustibil, resursele hidro, energia nucleară, precum și tipurile alternative de energie. Locația majorității industriilor depinde de dezvoltarea energiei electrice. Țara noastră are rezerve uriașe de combustibil și resurse energetice. Rusia a fost, este și va fi una dintre principalele puteri energetice din lume. Și asta nu numai pentru că adâncurile țării conțin 12% din rezervele mondiale de cărbune, 13% din petrolul mondial și 36% din rezervele mondiale de gaze naturale, care sunt suficiente pentru a-și satisface pe deplin propriile nevoi și pentru a exporta în țările vecine. Rusia a devenit una dintre principalele puteri energetice ale lumii, în primul rând datorită creării unui potențial unic de producție, științific, tehnic și personal al complexului de combustibil și energie.

Problema materiei prime

Resurse minerale– sursa primară, baza inițială a civilizației umane în aproape toate fazele dezvoltării sale:

– minerale combustibile;
– minerale;
– Minerale nemetalice.

Ratele moderne de consum de energie cresc exponențial. Chiar dacă ținem cont că ritmul de creștere a consumului de energie electrică va scădea oarecum datorită îmbunătățirii tehnologii de economisire a energiei, rezervele de materii prime electrice vor dura maxim 100 de ani. Situația este însă și mai agravată de discrepanța dintre structura rezervelor și consumul de materii prime ecologice. Deci, 80% din rezerve combustibil organic provine din cărbune și doar 20% din petrol și gaze, în timp ce 8/10 din consumul de energie modern provine din petrol și gaze.

În consecință, intervalul de timp este și mai restrâns. Cu toate acestea, abia astăzi omenirea scapă de ideile ideologice care sunt practic nesfârșite. Resursele minerale sunt limitate și practic de neînlocuit.

Problema energetică.

Astăzi, sectorul energetic mondial se bazează pe surse de energie:

– minerale combustibile;
– Fosile organice combustibile;
– Energia fluvială. Tipuri netradiționale de energie;
– Energia atomului.

În ritmul actual de creștere a prețului resurselor de combustibil ale Pământului, problema utilizării surselor regenerabile de energie devine din ce în ce mai urgentă și caracterizează independența energetică și economică a statului.

Avantajele și dezavantajele centralelor termice.

Avantajele TPP:

1. Costul energiei electrice la hidrocentrale este foarte mic;
2. Generatoarele hidrocentralelor pot fi pornite si oprite destul de rapid in functie de consumul de energie;
3. Fără poluare a aerului.

Dezavantajele TPP:

1. Construcția hidrocentralelor poate fi mai lungă și mai costisitoare decât alte surse de energie;
2. Lacurile de acumulare pot ocupa suprafețe mari;
3. Barajele pot dăuna pescuitului prin blocarea accesului la zonele de reproducere.

Avantajele și dezavantajele centralelor hidroelectrice.

Avantajele centralelor hidroelectrice:
– Sunt construite rapid și ieftin;
– Funcționează în mod constant;
– Situat aproape peste tot;
– Predominanța centralelor termice în sectorul energetic al Federației Ruse.

Dezavantajele centralelor hidroelectrice:

– Consumați o cantitate mare de combustibil;
– Necesită o oprire lungă în timpul reparațiilor;
– Se pierde multă căldură în atmosferă, se eliberează în atmosferă o mulțime de gaze solide și nocive;
– Cei mai mari poluatori de mediu.

În structura producției de energie electrică în lume, primul loc revine centralelor termice (TPP) - ponderea acestora este de 62%.
O alternativă la combustibilii fosili și o sursă regenerabilă de energie este energia hidroelectrică. Centrala hidroelectrica (HPP)- o centrală electrică care utilizează energia curgerii apei ca sursă de energie. Centralele hidroelectrice sunt de obicei construite pe râuri prin construirea de baraje și rezervoare. Hidroenergia este producerea de energie electrică prin utilizarea resurselor regenerabile de apă fluviale, mareelor ​​și geotermale. Această utilizare a resurselor de apă regenerabile implică gestionarea inundațiilor, consolidarea albiilor râurilor, transferul resurselor de apă în zonele care suferă de secetă și conservarea debitelor de apă subterană.
Totuși, și aici sursa de energie este destul de limitată. Acest lucru se datorează faptului că râurile mari, de regulă, sunt foarte departe de centrele industriale sau capacitatea lor este aproape complet utilizată. Astfel, hidroenergia, care asigură în prezent aproximativ 10% din producția de energie a lumii, nu va putea crește semnificativ această cifră.

Probleme și perspective ale centralelor nucleare

În Rusia, ponderea energiei nucleare ajunge la 12%. Rezervele de uraniu extras disponibile în Rusia au un potențial electric de 15 trilioane. kWh, acesta este cât pot produce toate centralele noastre electrice în 35 de ani. Astăzi doar energie nucleară
capabil de ascuţit şi Pe termen scurt reduce efectul de seră. O problemă presantă este siguranța centralelor nucleare. Anul 2000 a marcat începutul tranziției către abordări fundamental noi ale reglementării și asigurării securității radiațiilor a centralelor nucleare.
În cei 40 de ani de dezvoltare a energiei nucleare în lume, aproximativ 400 de unități de putere au fost construite în 26 de țări. Principalele avantaje ale energiei nucleare sunt rentabilitatea finală ridicată și absența emisiilor de produse de ardere în atmosferă, principalele dezavantaje sunt pericolul potențial de contaminare radioactivă a mediului cu produse de fisiune combustibil nuclearîn caz de accident și problema reprocesării combustibilului nuclear uzat.

Netradiționale (energie alternativă)

1. Energia solară. Aceasta este utilizarea radiației solare pentru a produce energie într-o anumită formă. Energia solară folosește o sursă de energie regenerabilă și are potențialul de a deveni prietenoasă cu mediul în viitor.

Avantajele energiei solare:

– Disponibilitatea publică și inepuizabilitatea sursei;
– Teoretic, complet sigur pentru mediu.

Dezavantajele energiei solare:

– Fluxul de energie solară pe suprafața Pământului este foarte dependent de latitudine și climă;
– Centrala solara nu functioneaza noaptea si nu functioneaza suficient de eficient in amurgul dimineata si seara;
Celulele fotovoltaice conțin substanțe toxice precum plumb, cadmiu, galiu, arsen etc., iar producția lor consumă o mulțime de alte substanțe periculoase.

2. Energia eoliană. Aceasta este o ramură a energiei specializată în utilizarea energiei eoliene - energia cinetică a maselor de aer din atmosferă. Deoarece energia eoliană este o consecință a activității soarelui, este clasificată ca o formă regenerabilă de energie.

Perspective pentru energia eoliană.

Energia eoliană este o industrie în creștere rapidă, iar la sfârșitul anului 2007 capacitatea totală instalată a tuturor turbinelor eoliene era de 94,1 gigawați, crescând de cinci ori din 2000. Parcurile eoliene din întreaga lume au produs aproximativ 200 de miliarde de kWh în 2007, reprezentând aproximativ 1,3% din consumul global de energie electrică. Ferma eoliană de coastă Middelgrunden, lângă Copenhaga, Danemarca. La momentul construcției era cel mai mare din lume.

Oportunități de implementare a energiei eoliene în Rusia.În Rusia, potențialul energiei eoliene rămâne practic nerealizat până în prezent. O atitudine conservatoare față de dezvoltarea pe termen lung a complexului de combustibil și energie practic încetinește implementare eficientă energia eoliană, în special în regiunile de nord ale Rusiei, precum și în zona de stepă a Districtului Federal de Sud și în special în regiunea Volgograd.

3. Energie termonucleară. Soarele este un reactor termonuclear natural. O perspectivă și mai interesantă, deși relativ îndepărtată, este utilizarea energiei de fuziune nucleară. Reactoarele termonucleare, conform calculelor, vor consuma mai puțin combustibil pe unitatea de energie și atât acest combustibil în sine (deuteriu, litiu, heliu-3), cât și produsele sintezei lor sunt neradioactive și, prin urmare, sigure pentru mediu.

Perspective pentru energia termonucleară. Această zonă de energie are un potențial enorm în prezent, în cadrul proiectului ITER, la care participă Europa, China, Rusia, SUA, Coreea de Sud și Japonia, se construiește cel mai mare reactor termonuclear din Franța; care este de a dezvolta CTS (Controlled Thermonuclear Fusion) la un nou nivel. Construcția este programată să fie finalizată în 2010.

4. Biocombustibil, biogaz. Biocombustibilul este combustibil din materii prime biologice, obținut de obicei prin prelucrarea tulpinilor de trestie de zahăr sau a semințelor de rapiță, porumb și boabe de soia. Există biocombustibili lichizi (pentru motoarele cu ardere internă, de exemplu, etanol, metanol, biodiesel) și gazoși (biogaz, hidrogen).

Tipuri de biocombustibil:

– Biometanol
– Bioetanol
– Biobutanol
– Dimetil eter
– Biodiesel
– Biogaz
– Hidrogen

În prezent, cele mai dezvoltate sunt biodieselul și hidrogenul.

5. Energie geotermală. Ascunse sub insulele vulcanice ale Japoniei se află cantități mari de energie geotermală, care poate fi valorificată prin extragerea apei calde și a aburului. Avantaj: Emite de aproximativ 20 de ori mai puțin dioxid de carbon atunci când generează energie electrică, reducând impactul acesteia asupra mediului global.

6. Energia valurilor, refluxului și curgerilor.În Japonia, cea mai importantă sursă de energie sunt turbinele cu valuri, care transformă mișcarea verticală a valurilor oceanului în presiunea aerului care rotește turbinele generatoarelor electrice. Există un număr mare de geamanduri instalate pe coasta Japoniei care folosesc energia mareelor. Acesta este modul în care energia oceanică este utilizată pentru a asigura siguranța transportului oceanic.

Potențialul enorm al energiei solare ar putea asigura, teoretic, toate nevoile de energie ale lumii. Dar eficiența conversiei căldurii în energie electrică este de doar 10%. Acest lucru limitează posibilitățile de energie solară. Dificultăți fundamentale apar și la analizarea posibilităților de creare a generatoarelor de mare putere folosind energie eoliană, maree, energie geotermală, biogaz, combustibil vegetal etc. Toate acestea conduc la concluzia că capacitățile așa-numitelor resurse energetice considerate „regenerabile” și relativ prietenoase cu mediul sunt limitate, cel puțin în viitorul relativ apropiat. Deși efectul utilizării lor în rezolvarea anumitor probleme particulare de alimentare cu energie poate fi deja foarte impresionant.

Desigur, există optimism cu privire la posibilitățile energiei termonucleare și a altor metode eficiente de generare a energiei, care sunt studiate intens de știință, dar la scara modernă a producției de energie. Dezvoltarea practică a acestor posibile surse va necesita câteva decenii din cauza intensității mari de capital și a inerției corespunzătoare în implementarea proiectelor.

Lucrări de cercetare ale studenților:

1. Raport special „Energie verde” pentru viitor: „Japonia este liderul mondial în producția de energie solară. 90% din energia solară a Japoniei provine din panouri solareîn case obișnuite. Guvernul japonez și-a stabilit un obiectiv în 2010 de a obține aproximativ 4,8 milioane de kW de energie din panouri solare. Producția de energie electrică din biomasă în Japonia. Gazul metan este eliberat din deșeurile de bucătărie. Acest gaz alimentează un motor care generează electricitate și, de asemenea, creează condiții favorabile pentru protejarea mediului.

La începutul secolului al XXI-lea, problema modernizării și dezvoltării sectorului energetic rus a devenit extrem de acută, ținând cont de următorii factori:

Uzura echipamentelor centralelor electrice, termice si retelelor electrice până la sfârșitul primului deceniu ar putea depăși 50%, ceea ce însemna că până în 2020 amortizarea ar putea ajunge la 90%;

Tehnic caracteristici economice producția și transportul de energie sunt pline de numeroase centre de cheltuieli neproductive ale resurselor energetice primare;

Nivelul de dotare a instalațiilor energetice cu echipamente de automatizare, protecție și tehnologie a informației este la un nivel semnificativ mai scăzut decât la instalațiile energetice din țări Europa de Vestși SUA;

Resursa de energie primară la termocentralele rusești este utilizată cu o eficiență care nu depășește 32 - 33%, spre deosebire de țările care utilizează tehnologii avansate de ciclu de putere cu abur cu o eficiență de până la 50% și mai mare;

Deja în primii cinci ani ai secolului XXI, pe măsură ce economia rusă s-a stabilizat, a devenit evident că sectorul energetic din „locomotiva” economiei s-ar putea transforma într-un „curs cu obstacole”. Până în 2005, sistemul de alimentare cu energie al regiunii Moscova a devenit deficitar;

Găsirea de fonduri pentru modernizarea și dezvoltarea bazei energetice a Rusiei într-o economie de piață și reformă energetică, bazată pe principiile pieței.

În aceste condiții, au fost create mai multe programe, dar completările și „dezvoltarea” acestora continuă.

Iată unul dintre programele create la sfârșitul secolului trecut (Tabelul 6).

Tabel 6. Punerea în funcțiune a capacităților centralei, milioane kW.

Tabel 7. Nevoile de investiții ale industriei de energie electrică, miliarde de dolari

Severitatea situației cu alimentarea cu energie a economiei ruse și sfera socială Potrivit experților de la RAO UES din Rusia, acest lucru este ilustrat de apariția unor regiuni cu deficit de energie (sarcinile de consum maxime apar în perioada toamnă-iarnă).

Așa a luat ființă programul energetic GOELRO-2. Trebuie remarcat faptul că surse diferite oferă indicatori semnificativ diferiți. De aceea, în tabelele anterioare (Tabelul 6, Tabelul 7) prezentăm indicatorii maximi publicati. Evident, acest nivel „plafon” al prognozelor poate fi folosit ca ghid.

Direcțiile principale ar trebui să includă:

1. Accent pe crearea de centrale termice cu combustibil solid. Pe măsură ce prețurile gazelor naturale sunt aduse la nivel mondial, centralele termice care utilizează combustibili solizi vor fi justificate din punct de vedere economic. Metodele moderne de ardere a cărbunelui (în pat fluidizat circulant) și apoi tehnologiile de cărbune cu ciclu combinat cu gazificarea preliminară a cărbunelui sau arderea acestuia în cazane cu pat fluidizat sub presiune fac posibilă ca centralele termice cu combustibil solid să fie competitive pe „piață” a centralelor termice ale viitorului.

2. Utilizarea gazelor naturale „costisitoare” la termocentrale nou construite va fi justificată numai la utilizarea centralelor cu ciclu combinat, precum și la realizarea minicentralelor termice pe bază de turbine cu gaz etc.

3. Reechiparea tehnică a centralelor termice existente va rămâne o prioritate din cauza uzurii fizice și morale tot mai mari. De remarcat că la înlocuirea componentelor și ansamblurilor devine posibilă introducerea unor soluții tehnice avansate, inclusiv în probleme de automatizare și informatică.

4. Dezvoltarea energiei nucleare în viitorul apropiat este asociată cu finalizarea construcției de unități de înaltă pregătire, precum și cu lucrările de prelungire a duratei de viață a centralelor nucleare pentru o perioadă de timp fezabilă din punct de vedere economic. Pe termen lung, punerea în funcțiune a capacității la centralele nucleare ar trebui să fie efectuată prin înlocuirea unităților dezmembrate cu unități de energie de nouă generație care îndeplinesc cerințele moderne de siguranță.

Dezvoltarea viitoare a energiei nucleare este determinată de soluționarea unui număr de probleme, dintre care principalele sunt obținerea siguranței complete a centralelor nucleare existente și noi, închiderea centralelor nucleare care și-au epuizat durata de viață și asigurarea competitivității economice a energia nucleară în comparație cu tehnologiile energetice alternative.

5. O directie importanta in industria energiei electrice pentru conditii moderne este dezvoltarea unei rețele de capacități de generare distribuite prin construirea de centrale electrice mici, în primul rând, centrale termice de capacitate mică cu unități cu ciclu combinat pe gaz și turbine cu gaz

Pentru a evalua perspectivele centralelor termice, este mai întâi necesar să înțelegem avantajele și dezavantajele acestora în comparație cu alte surse de energie electrică.

Avantajele includ următoarele.

• 1. Spre deosebire de centralele hidroelectrice, centralele termice pot fi amplasate relativ liber, ținând cont de combustibilul utilizat. Centralele termice cu motorină pot fi construite oriunde, deoarece transportul de gaz și păcură este relativ ieftin (comparativ cu cărbunele). Este recomandabil să amplasați centralele electrice pe cărbune pulverizat în apropierea surselor de exploatare a cărbunelui. Până în prezent, ingineria termoenergetică „cărbunelui” sa dezvoltat și are un caracter regional pronunțat.
• 2. Costul specific al puterii instalate (costul de 1 kW de putere instalată) și perioada de construcție a centralelor termice sunt semnificativ mai mici decât cele ale centralelor nucleare și hidrocentralelor.
• 3. Producția de energie electrică la termocentrale, spre deosebire de centralele hidroelectrice, nu depinde de sezon și este determinată doar de livrarea combustibilului.
• 4. Suprafețele de înstrăinare a terenurilor economice pentru centralele termice sunt semnificativ mai mici decât pentru centralele nucleare și, desigur, nu pot fi comparate cu hidrocentrale, al căror impact asupra mediului poate fi departe de a fi de natură regională. Exemplele includ cascadele hidrocentralelor de pe râu. Volga și Nipru.
• 5. La centralele termice, puteți arde aproape orice combustibil, inclusiv cărbunii de cea mai slabă calitate, balastați cu cenușă, apă și rocă.
• 6. Spre deosebire de centralele nucleare, nu există probleme cu eliminarea centralelor termice la sfârșitul duratei de viață. De regulă, infrastructura centralelor termice supraviețuiește semnificativ echipamentelor principale (cazane și turbine) instalate pe ea, precum și clădirile, hala de turbine, sistemele de alimentare cu apă și combustibil etc., care alcătuiesc cea mai mare parte a activelor, continuă să slujească mult timp. Majoritatea centralelor termice construite în urmă cu peste 80 de ani conform planului GOELRO încă funcționează și vor continua să funcționeze după instalarea de turbine și cazane noi, mai avansate.

Alături de aceste avantaje, TPP are și o serie de dezavantaje.

• 1. Centralele termice sunt cele mai „murdare” surse de electricitate din punct de vedere ecologic, în special cele care funcționează cu combustibil cu sulf bogat în cenușă. Este adevărat să spunem că centralele nucleare care nu au emisii constante în atmosferă, dar creează o amenințare constantă de contaminare radioactivă și au probleme cu stocarea și reprocesarea combustibilului nuclear uzat, precum și eliminarea centralei nucleare în sine după sfârșit. a duratei sale de viață, sau a centralelor hidroelectrice, care inundă suprafețe uriașe de teren economic și schimbă climatul regional, sunt „mai curate” din punct de vedere ecologic este posibil doar cu un grad semnificativ de convenție.
• 2. Centralele termice tradiționale au o eficiență relativ scăzută (mai bună decât cea a centralelor nucleare, dar semnificativ mai slabă decât cea a turbinelor cu gaz cu ciclu combinat).
• 3. Spre deosebire de centralele hidroelectrice, centralele termice sunt greu de acoperit partea variabilă a programului zilnic de sarcină electrică.
• 4. Centralele termice depind semnificativ de aprovizionarea cu combustibil, adesea importat.

În ciuda tuturor acestor neajunsuri, centralele termice sunt principalii producători de energie electrică în majoritatea țărilor lumii și vor rămâne așa cel puțin în următorii 50 de ani.

Perspectivele construirii unor centrale termice puternice în condensare sunt strâns legate de tipul de combustibil organic utilizat. În ciuda marilor avantaje ale combustibilului lichid (ulei, păcură) ca purtător de energie (conținut ridicat de calorii, ușurință în transport), utilizarea acestuia la centralele termice va fi din ce în ce mai redusă nu numai datorită rezervelor limitate, ci și datorită marii sale. valoare ca materie primă pt industria petrochimică. Pentru Rusia, valoarea exporturilor de combustibil lichid (ulei) este, de asemenea, de o importanță considerabilă. Prin urmare, combustibilul lichid (pacură) la centralele termice va fi utilizat fie ca combustibil de rezervă la centralele termice cu motorină, fie ca combustibil auxiliar la centralele termice pe cărbune pulverizat, asigurând arderea stabilă a prafului de cărbune în cazanul de sub cazan. anumite conditii.

Utilizarea gazului natural în centralele termice cu turbine cu abur în condensare este irațională: pentru aceasta, este necesară utilizarea centralelor pe gaz cu ciclu combinat de tip utilizare, a căror bază sunt turbine cu gaz de înaltă temperatură.

Astfel, perspectiva pe termen lung a utilizării centralelor termice clasice cu turbine cu abur atât în ​​Rusia, cât și în străinătate este asociată în primul rând cu utilizarea cărbunelui, în special a cărbunelui de calitate scăzută. Aceasta, desigur, nu înseamnă încetarea funcționării centralelor termice cu motorină, care vor fi înlocuite treptat cu turbine cu abur.

Centralele termice (TPP) care funcționează pe combustibili fosili au rămas principala sursă industrială de energie electrică timp de multe decenii, oferind o dinamică pozitivă pentru creșterea economiei mondiale. Conform IEA („Key World Energy Statistics 2007”), toate centralele termice din lume au furnizat producția de 12 149 miliarde kWh de energie electrică în 2005, acoperind două treimi din consumul său global. Principalele surse de energie primară pentru centralele termice sunt combustibilii fosili - cărbunele, gazele naturale și petrolul. Principalul este cărbunele, care asigură 40,3% din producția globală actuală de energie electrică. Gazele naturale reprezintă 19,7% din producția globală de energie electrică, petrolul – 6,6%.

Conform previziunilor AIE (World Energy Outlook 2006, IEA), cererea globală de energie electrică până în 2030 va fi mai mult decât dublă nivel modernși va ajunge la 30116 miliarde kWh (Fig. 6.1). Dacă tendințele existente de dezvoltare moderată a energiei nucleare, așa cum sunt prevăzute în prognoza AIE, vor continua, ponderea centralelor termice în producție generală electricitatea va crește și va depăși ușor nivelul actual. Dacă se va implementa prognoza AIEA din 2006, care presupune o renaștere a energiei nucleare cu o creștere a ponderii acesteia în producția globală de energie electrică în 2030 la 25% față de 11,7% conform prognozei AIE, centralele termice vor acoperi în continuare mai mult de jumătate din suprafața umanității. nevoile de energie electrică.

În conformitate cu prognoza AIE (World Energy Outlook 2006, IEA), cărbunele va rămâne principalul tip de combustibil pentru centralele termice (Fig. 6.2). Rolul dominant al centralelor termice pe cărbune va rămâne în implementarea scenariului AIEA.

Rezervele dovedite de combustibil organic fosili sunt suficiente pentru funcționarea durabilă a energiei termice timp de multe decenii. Potrivit datelor moderne, aprovizionarea nevoilor comunității mondiale de petrol și gaze naturale, pe baza resurselor recuperabile dovedite, este estimată la 50–70 de ani, pentru cărbune - la peste 200 de ani. În ultimii 20-30 de ani, aceste perioade au fost constant ajustate în sus ca urmare a ritmului rapid al explorării geologice și a îmbunătățirii tehnologiilor de extragere a rezervelor dovedite.

Cea mai importantă problemă în dezvoltarea pe termen lung a energiei termice în lume rămâne, ca și până acum, îmbunătățirea tehnologică în continuare a centralelor termice pentru a crește eficiența, fiabilitatea și respectarea mediului înconjurător a producției de energie electrică și termică.

Creșterea eficienței centralelor termice este un proces natural dictat de nevoia de a compensa costurile în continuă creștere ale ciclului combustibilului. Explorarea, dezvoltarea și exploatarea de noi zăcăminte de petrol, gaze și cărbune, precum și dezvoltarea celor existente, sunt din ce în ce mai costisitoare, iar menținerea prețurilor acceptabile la energia electrică necesită o creștere adecvată și rapidă a eficienței. TPP. În plus, nevoia de îmbunătățire a eficienței este dictată și de considerente de mediu.

Pericolele directe pentru mediu la nivel local și regional sunt create de emisiile atmosferice de substanțe nocive cu produse de ardere a combustibilului organic - oxizi gazoși de sulf și azot, particule solide (cenusa), compuși organici volatili (în special benzopiren), compuși volatili. metale grele(mercur, vanadiu, nichel). Centralele termice prezintă, de asemenea, un anumit pericol pentru mediu ca poluatori pe scară largă a bazinelor de apă. Centralele termice moderne reprezintă până la 70% din absorbția de apă industrială din surse naturale, ceea ce reprezintă o parte semnificativă a resurselor de apă din multe țări care se confruntă cu probleme cu alimentarea cu apă. apă dulce. De asemenea, este imposibil de observat influența semnificativă a energiei termice asupra modificărilor directe și indirecte ale peisajelor locale în procesele de îngropare a cenușii și zgurii, extragerea, transportul și depozitarea combustibilului.

Aproape toți factorii de impact negativ al centralelor termice asupra mediului trebuie reduși la un nivel sigur pentru mediu, atât prin creșterea eficienței, cât și ca urmare a implementării tehnologiilor de mediu cunoscute și nou dezvoltate, în special tehnologii de captare a substanțelor nocive în procesele tehnologice de preparare a combustibilului, arderea acestuia și îndepărtarea gazelor și a produselor solide de ardere, tehnologiile de tratare a apei fără reactiv, etc. Aceste măsuri necesită costuri semnificative. Cu toate acestea, după cum arată studiile predictive, organizare adecvată Implementarea consecventă a măsurilor de mediu din ce în ce mai eficiente, deși mai costisitoare, pe măsură ce capacitățile economiei globale cresc, va evita impactul excesiv al acestor costuri asupra prețului energiei electrice.

Alături de influențele locale, centralele termice din întreaga lume își sporesc din ce în ce mai mult contribuția la procesele de mediu globale, conducând, în special, la schimbările climatice de pe planetă. Energia termică este una dintre principalele surse de emisii de vapori de apă, dioxid de carbon, praf și alte componente în atmosferă - absorbanți ai radiației infraroșii cu unde lungi de la suprafața pământului. O creștere a concentrației componentelor absorbante ale atmosferei determină așa-numitul efect de seră - încălzirea suprafeței Pământului prin radiația solară cu unde scurte din cauza înrăutățirii condițiilor de răcire radiativă a acesteia datorită efectului de ecranare al componentelor absorbante ale atmosferei. .

Funcționarea centralelor termice este însoțită de emisii de numeroase gaze cu efect de seră, dintre care principalele sunt vaporii de apă și dioxidul de carbon produși în timpul arderii tuturor tipurilor de combustibili organici cu hidrocarburi. Eliberarea vaporilor de apă din centralele termice pe cărbune nu duce la o creștere vizibilă a concentrației acestuia în atmosferă, deoarece este neglijabilă în comparație cu evaporarea naturală a apei. În plus, o parte semnificativă a emisiilor de la centralele termice este condensată și îndepărtată cu sedimente. În același timp, produsele arderii cărbunelui și emisiile antropice de dioxid de carbon, spre deosebire de abur, se acumulează în atmosferă, contribuind la dezvoltarea efectului de seră. Emisia anuală de CO 2 de către toate centralele termice din lume se apropie de 10 miliarde de tone de dioxid de carbon, reprezentând aproximativ 30% din toate emisiile de gaze cu efect de seră antropice în atmosfera planetei. Emisiile de vapori de apă devin vizibile atunci când centralele termice funcționează pe gaze naturale, dar în același timp emisiile specifice de CO 2 scad.

Este general acceptat că întărirea efectului de seră, cauzată de o creștere a concentrației de dioxid de carbon din atmosferă, duce la o creștere din ce în ce mai vizibilă a temperaturii planetei, care poate avea consecințe catastrofale globale în viitorul apropiat. Această afirmație nu este susținută de toată lumea, dar datorită semnificației amenințării, este considerată oficial acceptată.

La 16 februarie 2005 a intrat în vigoare Protocolul de la Kyoto la Convenția-cadru a ONU privind schimbările climatice, cu scopul de a reduce emisiile de gaze care contribuie la încălzirea globală. Protocolul, semnat în 1997 de 159 de țări la un summit internațional desfășurat la Kyoto sub auspiciile ONU, a stabilit ca 39 de țări industrializate ale lumii să se angajeze să reducă emisiile de dioxid de carbon și alte cinci substanțe, a căror prezență în atmosferă. afectează schimbările climatice de pe planetă. Țările care au semnat protocolul s-au angajat să reducă emisiile de gaze nocive în atmosferă cu 5,2% până în 2012, comparativ cu nivelurile din 1990. Documentul a fost ratificat de 125 de țări din întreaga lume, care reprezintă peste 55% din totalul emisiilor de gaze cu efect de seră. Implementarea acordului a devenit posibilă după ratificarea protocolului în Rusia, care reprezintă 17,4% din emisiile de gaze cu efect de seră. În același timp cele mai mari țări lume - Statele Unite, care produc 36% din emisiile globale de carbon, precum și India și China, nu s-au alăturat protocolului, deși aceste țări lucrează și la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră. În special, Statele Unite au stabilit o perioadă de impozitare preferențială de cinci ani pentru sursele de energie regenerabilă și tehnologiile de economisire a energiei în valoare de 3,6 miliarde de dolari. Volumul planificat de finanțare anuală pentru activitățile care vizează prevenirea schimbărilor climatice în Statele Unite s-a ridicat la 5,8 miliarde de dolari, inclusiv 3 miliarde de dolari. pentru dezvoltarea de noi tehnologii și alte 2 miliarde pentru cercetarea științifică în acest domeniu.

Cu toate acestea, eforturile întreprinse în cadrul Protocolului de la Kyoto nu au produs încă efectul dorit. Potrivit AIE, în ultimul deceniu, emisiile de gaze cu efect de seră nu numai că nu au scăzut, dar au crescut cu peste 20%. La salvare tendinte moderne Dezvoltarea globală, emisiile de gaze cu efect de seră vor crește de încă 2,5 ori până în 2050.

Rezultatele studiilor de prognoză arată că creșterea producției de energie electrică în țările în curs de dezvoltare se va produce în principal datorită utilizării primare a propriilor rezerve de cărbune - purtătorul de energie primară care produce cele mai mari emisii de CO 2 pe unitatea de energie primită.

Pentru țările care nu au rezerve suficiente, se prevede creșterea energiei termice bazată pe tipuri locale de combustibil organic, biomasă vegetală, deșeuri industriale și menajere.

Condițiile externe prezise pentru dezvoltarea viitoare a industriei energetice termice la nivel mondial determină următoarele priorități pe termen lung pentru creșterea sa tehnologică:

• o creștere semnificativă a eficienței și siguranței mediului a energiei termice folosind combustibili solizi, asigurând în viitor emisii aproape de zero de substanțe nocive;
• o creștere semnificativă a eficienței producției de energie cu gaze naturale;
• dezvoltarea producției combinate de energie electrică și alte tipuri de energie;
• dezvoltarea de tehnologii rentabile pentru producerea de energie electrică din materie organică substandard și regenerabilă;
• dezvoltarea tehnologiilor de captare și stocare a gazelor cu efect de seră.

În 2003, capacitatea totală instalată a centralelor termice din lume era de 2591 GW, dintre care centrale termice pe cărbune - 1119 GW, gaze naturale

1007 GW, petrol – 372 GW. Aproximativ 11% din parcul mondial de centrale termice a funcționat de mai bine de 40 de ani, aproximativ 60% de mai bine de 20 de ani. Eficiența medie a centralelor termice din lume este puțin mai mare de 35%.

Pentru a asigura nivelurile prognozate de producție de energie electrică, capacitatea totală instalată a centralelor termice trebuie crescută la 4352 GW până în 2030. În conformitate cu scenariul de prognoză AIE, aceasta va necesita punerea în funcțiune a 1.761 GW de noi centrale termice și reconstrucția a peste 2.000 GW de capacitate existentă.

În conformitate cu previziunile moderne, ținând cont de disponibilitatea resurselor de combustibil, îmbunătățirea tehnologiilor, consecințele economice și de mediu ale emisiilor crescute de poluanți, capacitatea centralelor termice care utilizează cărbune și gaze naturale se va dezvolta în cel mai rapid ritm în următoarele decenii. .

Prin urmare, cea mai mare atenție este acordată îmbunătățirii și implementării de noi tehnologii eficiente pentru centralele termice care utilizează combustibili solizi și gazoși. Odată cu aceasta, se dezvoltă lucrări de cercetare care vizează dezvoltarea și implementarea unor tehnologii promițătoare pentru captarea maximă a substanțelor nocive, inclusiv a gazelor cu efect de seră, din produsele de ardere a combustibililor, asigurând siguranța mediului a centralelor termice.

Producerea energiei termice folosind gaze naturale

Tehnologiile promițătoare pentru centralele termice care funcționează pe gaz natural, orientate spre utilizare în producția de energie pe scară largă, se dezvoltă cel mai intens în următoarele domenii principale: Unități cu turbine cu gaz de înaltă temperatură (GTU).

• Instalații de gaz cu ciclu combinat sau combinat (CCGT), care combină ciclurile turbinelor cu gaz și turbinelor cu abur.
• Pile de combustie la temperaturi ridicate.
• Instalații hibride bazate pe o combinație de unități CCGT cu celule de combustie de înaltă temperatură.

Principalele obiective ale cercetării și dezvoltării în domeniul tehnologiilor turbinelor cu gaz sunt creșterea puterii, eficienței. și indicatori de mediu turbine cu gaz, crearea de turbine cu gaz „flexibile” care funcționează pe produse de gazeificare diverse tipuri combustibil, turbine cu gaz pentru funcționarea ca parte a centralelor mari combinate și hibride. Principalele direcții de îmbunătățire a instalațiilor cu turbine cu gaz includ creșterea temperaturilor inițiale ale gazului în fața turbinei cu gaz prin utilizarea unor materiale structurale mai eficiente de înaltă temperatură și crearea unor sisteme de protecție termică mai eficiente pentru elementele turbinei cu gaz la temperatură înaltă, îmbunătățind simultan, procesele de ardere a combustibilului ecologic. Până în prezent, au fost dezvoltate industrial unități de generare a turbinei cu gaz pentru temperaturi inițiale de 1260–1400°C cu eficiență. 35–36,5%. La etapa de demonstrație și probe industriale pilot există turbine cu gaz de nouă generație pe bază de metal-ceramice cu o temperatură de funcționare peste 1500°C și eficiență. la nivelul de 40% și peste.

Un domeniu important de utilizare a turbinelor cu gaz de mare eficiență este utilizarea lor ca parte a unităților puternice de alimentare cu ciclu combinat ale centralelor termice și centralelor combinate de căldură și energie. Funcționarea unităților de turbină cu gaz cu ciclu combinat (CCGT), care implementează un ciclu Brayton cu turbină cu gaz de înaltă temperatură cu îndepărtare a căldurii într-o turbină cu abur cu dublu circuit, ciclu Rankine (ciclu cu două presiuni), asigură eficiența electrică operațională. la nivelul de 48–52%. În special, primele unități CCGT de cogenerare din Rusia, cu o capacitate de 450 MW, instalate la CHPP de Nord-Vest din Sankt Petersburg, funcționează conform acestei scheme. Au o eficienta calculata. net 51%, eficiență efectivă de operare în modul de control al puterii – 48–49%.

Perspectivele de îmbunătățire în continuare a centralelor cu ciclu combinat binar sunt determinate de creșterea eficienței transferului de căldură de la gazele de evacuare ale turbinei cu gaz la ciclul turbinei cu abur și reducerea pierderilor în timpul condensării aburului. Direcția tradițională de rezolvare a acestor probleme este asociată cu creșterea numărului de circuite (etape de presiune) ale ciclului turbinei cu abur. Eficiența a fost obținută în unitatea cu trei circuite a TPP Yokohama (Japonia). la 55%.

Utilizarea turbinelor cu gaz mai eficiente va îmbunătăți eficiența. Unități CCGT cu circuite cu două și trei circuite de până la 60%, utilizarea de răcire cu apă și alte soluții de circuit - până la 61,5-62% și mai mult.

Perspective mai îndepărtate pentru creșterea eficienței Centralele termice care folosesc gaze naturale sunt asociate cu crearea de centrale hibride, care sunt o combinație de surse de energie electrochimică de temperatură înaltă (pile de combustie) cu o centrală cu ciclu combinat.

Pilele de combustibil de înaltă temperatură (HF), celulele de combustibil cu oxid solid (SOFC) sau celulele de combustibil cu carbonat topit (MCFC), care funcționează la temperaturi de 850 și 650°C, servesc drept surse de căldură pentru CCGT. Până în prezent, au fost create eșantioane de celule de combustie cu energie la temperatură înaltă cu o putere unitară de la 200 kW la 10 MW, potrivite în acest scop. Pilele de combustie la temperaturi ridicate pot funcționa cu hidrogen și/sau gaz de sinteză (un amestec de hidrogen și monoxid de carbon). Pentru obținerea acestuia se folosește procesul de reformare (reformare cu abur) a gazelor naturale. Pentru a obține hidrogen din gazul de sinteză, se utilizează procesul de oxidare catalitică a monoxidului de carbon, urmat de îndepărtarea CO2. Aceste procese sunt utilizate pe scară largă în industria azotului.

În timpul implementării programului științific și tehnic din SUA „Vision-21”, s-a obținut eficiență pe o instalație hibridă demonstrativă cu o capacitate de aproximativ 20 MW. la 60%. Lansarea unei centrale hibride cu eficiență este planificată pentru 2010. la 70%. Pe termen lung, eficiența este de așteptat să fie atinsă. la nivelul de 75% cu crearea de centrale electrice cu o capacitate de până la 300 MW sau mai mult (Fig. 6.3). Până în 2012–2015 Este planificată crearea tuturor componentelor tehnologice necesare pentru aceasta.

În domeniul energiei la scară mică (vezi secțiunea 4.4), tehnologiile de cogenerare bazate pe motoare cu ardere internă pe gaz și surse de energie electrochimică (pile de combustie) prezintă cel mai mare interes. Până în prezent, în SUA, Japonia și Europa sunt utilizate loturi pilot de celule de combustie cu cogenerare la temperatură joasă și medie cu membrană schimbătoare de protoni (PEFC) și acid fosfat (PAFC). Aceste unități sunt silențioase, mai eficiente și mai ecologice decât motoarele cu ardere internă pe gaz. Perspectivele utilizării pe scară largă a celulelor de combustie cu cogenerare sunt asociate cu o scădere a costului unitar al acestora.

Tehnologii promițătoare de energie pe cărbune

Printre zonele intens dezvoltate de utilizare ecologică combustibil solid, așteptate pentru implementare industrială în perspectiva apropiată (până în 2010) și pe termen lung, includ centrale termice cu turbine cu abur cu presiune (parametri) aburului supersupercritic (SSKD); centrale termice cu ciclu combinat pe cărbune; centrale termice hibride cu ciclu combinat.

Lucrările privind crearea unităților de putere pentru parametrii de abur super-supercritici au început în SUA și URSS la mijlocul secolului trecut. Crearea unităților de putere SSKD se bazează pe metode binecunoscute de creștere a eficienței termice. Ciclul Rankine datorită trecerii la temperaturi de funcționare mai ridicate și la presiunea aburului în fața turbinei. Aplicarea acestor măsuri în practică este limitată de caracteristicile de rezistență ale materialelor utilizate, precum și de costul în creștere al instalării. Există un optim tehnic și economic al temperaturilor și presiunilor aburului, determinat de proprietățile materialelor centralei și de prețul combustibilului. În a doua jumătate a secolului trecut, aceste condiții au fost îndeplinite de ciclul Rankine supercritic cu o singură supraîncălzire intermediară a aburului, o presiune inițială de 23,5 MPa și o temperatură de supraîncălzire primară și secundară de 540°C. ÎN ultimii ani Progresele în știința materialelor au făcut posibilă îmbunătățirea în continuare a parametrilor ciclului Rankine.

În Danemarca și Japonia, au fost construite și funcționează cu succes unități de energie pe cărbune cu o capacitate de 380–1050 MW, cu presiunea aburului proaspăt de 24–30 MPa și supraîncălzire până la 580–610 °C. Printre acestea se numără blocuri cu dublă reîncălzire până la 580°C. Eficienţă cele mai bune blocuri japoneze sunt la nivelul de 45–46%, cele daneze care funcționează pe apă rece circulantă cu vid profund sunt cu 2–3% mai mari. În Germania, au fost construite unități de putere cu cărbune brun cu o capacitate de 800–1000 MW cu parametri de abur de până la 27 MPa, 580/600°C și eficiență. până la 45%.

Lucrările la o unitate de putere cu parametri de abur super-supercritici (presiune 30 MPa, temperatură 600/600°C) au fost reluate în Rusia. Ei au confirmat realitatea creării unei astfel de unități cu o capacitate de 300–525 MW cu eficiență. aproximativ 46% în următorii ani.

După o lungă pauză, au fost reluate lucrările care vizează introducerea parametrilor de abur super-supercritici în SUA. Se concentrează în principal pe dezvoltare și testare materialele necesare, capabil să asigure funcționarea echipamentelor la temperaturi de abur de până la 870°C și presiuni de până la 35 MPa.

În țările Uniunii Europene, cu participarea unui grup mare de companii energetice și de constructii de mașini, o unitate de energie cu cărbune pulverizat îmbunătățit SSKD cu o presiune a aburului proaspăt de 37,5 MPa, o temperatură de 700 ° C și reîncălzire dublă la 720 °C la presiuni de 12 și 2,35 MPa este în curs de dezvoltare. La o presiune a condensatorului de 1,5–2,1 kPa, eficiență blocul poate ajunge la 53–54%. Punerea în funcțiune este programată după 2010. Până în 2030, se așteaptă ca eficiența să fie atinsă. până la 55% la temperaturi de abur de până la 800°C.

Importanța creșterii semnificative a eficienței centralelor termice prin îmbunătățirea în continuare a tehnologiilor dovedite este prezentată în Tabelul 6.1 folosind exemplul a trei centrale termice construite în Germania în perioada 2002–2004.

Dezvoltari promițătoare ale centralelor pe gaz cu ciclu combinat pe cărbune realizat de multe țări. Cel mai mare progres este de așteptat în două domenii de activitate: gazificarea cărbunelui și arderea directă a cărbunelui sub presiune. Dezvoltarea științifică și tehnică a unităților CCGT pe cărbune este realizată intens în SUA în cadrul programului Tehnologii Curate de Cărbune pentru

11 proiecte cu un volum de finanțare de 2,9 miliarde USD. Capacitatea instalațiilor implicate în proiecte depășește 2,2 GW. Cinci proiecte sunt dedicate unităților CCGT cu ardere a cărbunelui sub presiune, 4 – unități CCGT cu gazeificare a cărbunelui, 2 – tehnologiilor de ardere promițătoare folosind motoare cu ardere internă.

Ciclul de funcționare al unei unități CCGT cu gazeificare include gazeificarea aerului sau abur-aer a cărbunelui sub presiune creat de compresorul unității cu turbină cu gaz, purificarea gazului generator din compuși de sulf și particule solide, arderea ulterioară a gazului generatorului în camera de ardere a unei instalații pe gaz cu ciclu combinat care funcționează în același mod ca și cu gazul natural. Astăzi, în întreaga lume sunt în funcțiune aproximativ 400 de instalații industriale mari de gazeificare, cu o capacitate totală de 46 GW. Jumătate dintre ei funcționează cu cărbune. Cu toate acestea, implementarea CCGT-urilor bazate pe acestea este asociată cu anumite dificultăți. Acestea se datorează, pe de o parte, calității inferioare a cărbunilor termici, care conțin de obicei o cantitate mare de incluziuni minerale, sulf și rășini, iar pe de altă parte, cerințelor ridicate de puritate a gazului generator sub condiţiile de coroziune chimică şi eroziune mecanică a unei turbine cu gaz. În plus, semnificativ mai mult exigențe mari decât în ​​industrie, se aplică eficienței energetice a proceselor de obținere și epurare a gazului generator, precum și caracteristicilor de greutate și dimensiune ale generatoarelor de gaz. Aceste circumstanțe creează dificultăți semnificative implementare practică Unitate CCGT pe cărbune cu indicatori de eficiență acceptabili. și costul unitar.

Tabel 6.1 Creșterea eficienței centralelor termice prin îmbunătățirea tehnologiilor dovedite folosind exemplul a trei centrale termice construite în Germania în 2002–2004

Nota. Anul realizării eficienței este indicat între paranteze.

Cu toate acestea, având în vedere perspectivele semnificative pe termen mediu și lung asociate cu aplicarea în continuare a tehnologiilor de captare a CO 2 , aceste dificultăți par a fi depășite.

Studiile de proiectare ale diferitelor scheme CCGT cu gazificarea cărbunelui din cele mai comune grade au fost efectuate în URSS la începutul anilor 1990. Ei au arătat posibilitatea creării unei unități CCGT cu o capacitate unitară de 250 - 650 MW cu caracteristici de mediu și eficiență acceptabile. 38–45% pe baza bazei de motoare cu turbine cu gaz existente la acel moment.

În SUA există 4 instalații pilot industriale CCGT cu gazificare a cărbunelui, inclusiv CCGT Polk cu o capacitate de 250 MW, Puyertollano (350 MW), Bugenno (250 MW), Wabash River, arătând posibilitatea obținerii p.d. la nivelul de 46–48%, ceea ce este tipic și pentru unitățile de putere SKD. Media reală consum specific căldura (pe baza celei mai mari puteri calorice) a CCGT Polk este de 9864 kJ/kWh, CCGT a râului Wabash este de 9400 kJ/kWh, ceea ce corespunde eficienței. conform puterii calorice inferioare la nivelul de 38, respectiv 40%. În 2010, este planificată punerea în funcțiune a unității Mesaba CCGT (Minnesota) cu gazificarea cărbunelui cu o capacitate de 531 MW și o eficiență de 41,7%.

Se are în vedere un proiect de construcție a unei unități demonstrative CCGT cu o capacitate de 500 MW, care presupune obținerea eficienței inițiale. 44,4%, aducând-o la 46%. În viitor, pe măsură ce trecem la unități cu turbine cu gaz de înaltă temperatură care utilizează gaz de sinteză, eficiența va crește. CCGT cu gazificarea cărbunelui poate fi mărită la 53%.

Cea mai mare dezvoltare industrială a unităților CCGT cu gazificarea combustibililor solizi a fost realizată în Italia în legătură cu utilizarea cocsului de petrol, un produs al rafinării petrolului pe scară largă. Există 3 unități CCGT cu gazeificare cocs de petrol la termocentralele „Isab” (520 MW), „Sarlux” (550 MW) și „Falconara” (280 MW). În 2005, a fost planificată punerea în funcțiune a unei unități CCGT la termocentrala Ferrera Erbognone cu o capacitate de 250 MW lângă rafinăria de petrol Sannazaro. Alte 10 unități CCGT au fost puse în funcțiune sau sunt construite la fabricile chimice din Italia.

Se crede că tehnologia de gazeificare a cărbunelui oferă cel mai versatil și curat mod de a transforma cărbunele în energie electrică, hidrogen și alte produse energetice valoroase. Este gazeificarea care poate deveni baza pentru crearea unor centrale electrice de nouă generație pentru următoarele decenii.

Când se dezvoltă unități și componente ale unităților promițătoare de gazeificare CCGT care utilizează cărbuni termici de calitate scăzută, desfășurate astăzi în mai multe proiecte la scară largă, se urmăresc nu numai obiective imediate, ci și mai îndepărtate. Acestea includ, în special, crearea, pe bază de CCGT cu gazeificare, de centrale termice hibride, inclusiv pile de combustie de înaltă temperatură, precum și instalații de tehnologie energetică care combină producerea de energie electrică cu producerea de combustibil de transport de înaltă calitate din gaz de sinteză, centrale electrice fără emisii care implementează captarea, legarea și eliminarea dioxidului de carbon și îmbunătățesc dramatic eficiența combustibilului.

În prezent au fost create pile de combustie cu o capacitate de 200 kW - 1 MW, capabile să funcționeze pe gaz de sinteză și/sau hidrogen obținut din gaz de sinteză.

În unitățile CCGT pe cărbune se utilizează tehnologia arderii directe a cărbunelui într-un cuptor sub presiune. Aerul este furnizat cuptorului cu cărbune de către un compresor cu turbină cu gaz cu o presiune de 1–1,5 MPa, produsele de ardere, după curățarea de cenușă zburătoare, se extind în turbina cu gaz și produc muncă utilă. Căldura de ardere a cărbunelui și căldura gazelor de eșapament ale turbinei cu gaz sunt utilizate în ciclul turbinei cu abur. Principalele avantaje ale unităților CCGT cu ardere a cărbunelui sub presiune se datorează posibilității de a obține caracteristici de mediu ridicate ale centralelor termice datorită organizării corespunzătoare a procesului de ardere. Temperatura de ardere a cărbunelui în astfel de instalații este menținută la nivel

800–900°C, ceea ce permite menținerea unei rate acceptabil de scăzute de formare a oxidului de azot. În plus, procesul de ardere este însoțit de legarea chimică a compușilor de sulf ca urmare a reacției acestora cu dolomita, ceea ce reduce semnificativ prezența acestora în gazele de evacuare ale instalației. Principalele dificultăți în implementarea practică a instalațiilor de acest tip sunt asociate cu prevenirea eroziunii mecanice a turbinei cu gaz, care apare din cauza prezenței particulelor solide de cenușă zburătoare în gazele de ardere, precum și cu o scădere a greutății. și caracteristicile de dimensiune ale cuptoarelor care funcționează sub presiune.

Experiența acumulată în exploatarea pe termen lung a mai multor centrale termice de acest tip cu o capacitate de circa 20 MW a confirmat caracteristicile ridicate de mediu și economice ale acestor instalații. Un exemplu tipic de instalație de ardere a cărbunelui sub presiune este, în special, o centrală termică care funcționează în Stockholm, Suedia. Centrala termică folosește procesul de ardere a unei paste pregătite în prealabil dintr-un amestec umezit de cărbune cu dolomit, stors prin orificiile de profil din fundul cuptorului cazanului cu un diametru de aproximativ 20 m. Căldura de ardere a combustibilului este percepută de schimbătoarele de căldură submersibile ale circuitului turbinei cu abur. Gaze de ardere după pre-curățare Din cenușa zburătoare din filtrele cu sac de temperatură înaltă intră în turbina cu gaz. Gazele de eșapament sunt supuse unei purificări suplimentare din particulele solide din filtrele cu sac, după care sunt evacuate în coș. Eficiență electrică medie instalatii este de 45%. Nu a fost înregistrată uzura erozivă semnificativă a turbinei cu gaz.

Principala dificultate în extinderea tehnologiei descrise la unitățile de alimentare ale centralelor termice cu o capacitate de 100–300 MW și mai mult se datorează creșterii inacceptabile a caracteristicilor de greutate și dimensiune ale cuptorului în ceea ce privește rezistența, care necesită intensificarea procesul de ardere a cărbunelui. Cea mai mare viteză a acestui proces este asigurată de arderea unui amestec de cărbune-dolomit într-un pat fluidizat presurizat (FBL). Această tehnologie CCGT pe cărbune este considerată astăzi cea mai promițătoare. Unitățile CCGT cu amplificatoare de presiune (tehnologia PFBC), după cum sa menționat mai sus, sunt studiate intens în SUA la cinci unități demonstrative.

Avantajele CCGT cu CSD includ completitudinea (> 99%) a arderii diferitelor tipuri de cărbune, coeficienți înalți de transfer de căldură și suprafețe mici de încălzire, temperaturi de ardere scăzute (până la 850°C) și, ca urmare, scăzute (mai puțin de 200 mg/m 3 ) Emisii de NO X, absența zgurii, posibilitatea de a adăuga sorbant (calcar, dolomit) în strat și de a lega 90–95% din sulful conținut de cărbune în acesta.

Eficiență destul de mare (40–42% în modul de condensare) se realizează într-o unitate CCGT cu un compresor de presiune deja la puteri moderate (aproximativ 100 MWel) și parametrii de abur subcritici. Datorita dimensiunii reduse a cazanului si a lipsei de desulfurare, suprafata ocupata de un CCGT cu CSD este mica. Este posibilă furnizarea în bloc a echipamentelor lor și construcția modulară cu o reducere a costului și a timpului. Aceste circumstanțe determină posibilitatea utilizării acestei tehnologii în reconstrucția unităților electrice pe cărbune existente.

Tehnologia unităților CCGT cu amplificatoare de presiune este mai simplă și mai familiară inginerilor energetici decât instalațiile de gazeificare, care sunt producții chimice complexe. Sunt posibile diferite combinații ale ambelor tehnologii. Scopul lor este de a simplifica sistemele de gazificare și purificare a gazelor și de a reduce pierderile lor caracteristice, precum și de a crește temperatura gazelor în fața turbinei și a puterii turbinei cu gaz în scheme cu amplificatoare de presiune.

Centralele hibride cu combustibil solid sunt o combinație de unități CCGT de gazeificare a cărbunelui cu o pilă de combustie de înaltă temperatură care funcționează cu hidrogen sau gaz de sinteză din combustibili solizi (Fig. 6.4). Principiul de funcționare al instalațiilor hibride care utilizează cărbune este același cu cele care folosesc gaze naturale. Singura diferență este în metoda de producere a hidrogenului și/sau a gazului de sinteză pentru celulele de combustie. În instalațiile hibride pe cărbune, combustibilul sursă trebuie supus gazificării pentru a produce hidrogen sau gaz de sinteză, iar în instalațiile de gaze naturale, reformare (reformare cu abur) pentru a produce aceleași gaze. Alte diferențe constau în procesele de purificare a produselor rezultate. Pentru centralele hibride pe cărbune, din motive evidente, sunt mai complicate și mai puțin eficiente decât la cele pe gaz.

Eficiența instalațiilor hibride în comparație cu alte tehnologii de ardere a cărbunelui este prezentată în Fig. 6.5.

Tehnologii de îndepărtare și captare a dioxidului de carbon

Protecția totală a energiei termice poate fi asigurată prin captarea și stocarea dioxidului de carbon. Posibilitățile de a crea tehnologii adecvate sunt deja studiate intens în multe țări din întreaga lume. Tehnologiile de captare reprezintă al treilea și cel mai radical mod de a combate încălzirea climatică, alături de celelalte două - creșterea eficienței. și eliminarea carbonului din combustibilii fosili. Termenul de îndepărtare a carbonului se referă la captarea carbonului din plantele energetice și sechestrarea acestuia în chiuvete naturale, cum ar fi pădurile și fermele. Dioxidul de carbon captat din emisiile antropice poate fi îngropat sub pământ în formațiuni geologice sau în oceane și poate fi procesat în combustibili, solide inofensive sau produse utile.

Principalele domenii de lucru privind problema complexă a captării și eliminării CO 2 , în curs de dezvoltare în SUA, includ: dezvoltarea proceselor de captare a CO 2 cu formarea de hidrați solizi la temperaturi scăzute și presiuni ridicate; într-un tub vortex; sorbent uscat pe bază de sodiu.

În geologie, aceasta este cercetare și demonstrație complexă la scară industrială a îngropării CO 2 în straturile de cărbune adânci, nedezvoltate; deplasarea gazelor naturale din goluri la umplerea cu CO 2; condiţii geologice optime pentru acumularea de CO 2 în acviferele poroase saline din SUA; noi metode de injectare a CO 2 în formațiunile purtătoare de sare; fixarea chimică a CO 2 în formațiunile cu salinitate adâncă din Vestul Mijlociu al SUA.

Concepte promițătoare: extracția gazelor din gropile de gunoi; mineralizarea CO 2 ; tehnologii membranare pentru separarea CO 2 dintr-un amestec de gaze; membrane ceramice selective la temperatură înaltă pentru efectuarea reacțiilor de reformare a gazelor cu separare simultană a CO2; transformarea CO 2 în biomasă folosind alge.

O atenție deosebită trebuie acordată prevenirii emisiilor de CO 2 atunci când se îmbunătățesc tehnologiile cărbunelui. În Statele Unite, se plănuiește crearea de complexe energetice pe cărbune capabile să concureze cu centralele termice care funcționează pe gaz natural. Este recomandabil să le construiți în etape: prima etapă este o unitate CCGT promițătoare, ecologică, cu gazeificare; a doua etapă este introducerea unui sistem de eliminare și transport a CO 2 ; a treia etapă este organizarea producției de hidrogen sau combustibil curat pentru transport.

În plus, sunt dezvoltate intens scheme pentru noi instalații în care dioxidul de carbon este folosit ca fluid de lucru, transformându-se în cele din urmă într-un lichid pentru a fi îngropat. O astfel de centrală termică se poate baza pe următoarele procese:

• gazeificarea unei suspensii de cărbune-apă cu adăugarea de hidrogen și producerea de CH4 și H2O. Cenușa de cărbune este îndepărtată din gazeificator, iar amestecul de abur-gaz este purificat;
• carbonul, care a trecut în stare gazoasă, sub formă de CO 2 este legat de oxid de calciu în reformator, unde este furnizată și apă purificată. Hidrogenul generat în acesta este utilizat în procesul de hidrogazificare și, după purificare fină, este furnizat unei celule de combustie cu oxid solid pentru a genera energie electrică;
• în a treia etapă, CaCO3 format în reformator este calcinat utilizând căldura eliberată în celula de combustie și formarea de CaO și CO2 concentrat, potrivite pentru prelucrare ulterioară;
• A patra etapă este conversia energiei chimice a hidrogenului în energie electrică și căldură, care este returnată ciclului. CO 2 este îndepărtat din ciclu și mineralizat în procesele de carbonizare a mineralelor, cum ar fi,
• de exemplu, silicatul de magneziu, care este omniprezent în natură în cantități cu ordine de mărime mai mari decât rezervele de cărbune. Produsele finite ale carbonizării pot fi îngropate în minele exploatate.

Eficienţă conversia cărbunelui în energie electrică într-un astfel de sistem va fi de aproximativ 70%. Cu costul total al eliminării CO 2 egal cu 15–20 de dolari. SUA pe tonă, va determina o creștere a prețului energiei electrice cu aproximativ 0,01 USD. SUA/kWh.

Probleme termofizice în ingineria energiei termice care necesită cercetări și dezvoltare ulterioare

Creșterea rapidă a nevoilor de energie electrică în secolul XXI, starea de criză a mediului, problemele tehnologice care trebuie soluționate pentru a satisface aceste nevoi, pe baza unor criterii moderne pentru o creștere bruscă a eficienței energetice, reducerea costurilor și minimizarea impactului asupra mediu, necesită o extindere semnificativă cercetarea stiintificași evoluții în ingineria energiei termice. Cercetare, dezvoltare și munca de proiectareîn ingineria termoenergetică ar trebui să vizeze crearea de centrale termice extrem de eficiente și prietenoase cu mediul, folosind tehnologii avansate și echipamente energetice care să ofere soluții pentru următoarele sarcini: creșterea eficienței aprovizionării cu energie prin creșterea fiabilității acesteia și reducerea costului de producere a energiei electrice; reducerea maximă a emisiilor nocive de la centralele termice în mediu; creșterea productivității și îmbunătățirea condițiilor de muncă; reducerea costurilor pentru lucrările de reparații și restaurare.

Domenii importante de progres științific și tehnologic în ingineria energiei termice sunt:

• crearea de noi generații de echipamente electrice;
• reconstrucția și modernizarea echipamentelor existente;
• trecerea de la conceptul de prelungire a duratei de viață a echipamentelor la conceptul de management al resurselor bazat pe modern metode combinateși criterii cu luarea în considerare în comun a indicatorilor de fiabilitate și eficacitate;
• asigurarea nivelului necesar de securitate industrială a echipamentelor de putere.
• producție foarte eficientă de energie electrică și căldură pe baza utilizării unităților de turbine cu abur-gaz și gaz, reechipare tehnică și dezvoltare ulterioară centrale termice pentru a-şi îmbunătăţi economic şi eficienta mediului, fiabilitate, manevrabilitate și controlabilitate;
• dezvoltarea tehnologiilor ecologice de cărbune bazate pe utilizarea cazanelor cu pat fluidizat circulant, utilizarea suspensiilor apă-cărbune, diverse scheme de gazeificare a cărbunelui etc.;
• crearea de sisteme eficiente de curățare a gazelor pentru echipamentele electrice;
• automatizarea complexă a echipamentelor unităților și centralelor electrice;
• rezolvarea problemelor științifice și tehnice legate de dezvoltarea de echipamente pentru parametrii aburului supercritic, tehnologii pentru obținerea de echipamente ieftine pentru pile de combustie, sisteme de stocare a energiei electrice;
• realizarea de mici instalatii pentru producerea combinata de energie electrica si termica (cogenerare) folosind motoare cu piston, turbine cu gaz (CHP de putere mica si medie, mini-CHP).

Creșterea nivelului tehnic al ingineriei termoenergetice, dezvoltarea parametrilor de abur supercritici și supersupercritici, creșterea capacităților unitare ale unităților și unităților de putere sunt însoțite de o creștere a densităților de flux de căldură calculate percepute atât de suprafețele de încălzire prin radiație, cât și prin convecție, și necesită intensificarea proceselor de ardere, precum și a proceselor de generare și supraîncălzire a aburului. Este necesar să se intensifice transferul de căldură astfel încât, odată cu creșterea puterii unitare a instalațiilor, să se mențină caracteristicile de greutate și dimensiune acceptabile ale echipamentului. Prin urmare, problemele studierii transferului radiativ de căldură în cuptoare și radiații cu gaz, intensificarea transferului de căldură convectiv în fasciculele de tuburi, precum și starea termică a suprafețelor de încălzire în condiții de zgură și aflux intensiv de depozite de cenușă, funcționează asupra transferului de căldură în timpul fierberii apei. în conducte și studierea transferului de căldură al lichidului de răcire supercritic sunt încă parametri relevanți, fluxurile critice de căldură.

În prezent, rolul turbinelor cu gaz de înaltă temperatură și al centralelor cu ciclu combinat în sectorul energetic este în creștere. Prin urmare, dezvoltarea sistemelor de răcire pentru turbinele cu gaz, cercetarea transferului de căldură turbulent în rețelele de turbine și pe placă, inclusiv transferul de căldură în condiții de injectare a lichidului de răcire, precum și cercetarea diferitelor sisteme de răcire, utilizarea vaporilor de apă ca un promițător lichid de răcire și optimizarea schemelor de răcire rămân relevante.

Direcțiile strategice pentru dezvoltarea industriei interne de energie termică sunt asociate cu rezolvarea unei game întregi de probleme, inclusiv în domeniul ingineriei energetice. Acestea includ:

• crearea de unități interne de turbine cu gaz de înaltă eficiență, cu o capacitate de până la 180 MW pentru temperaturi inițiale ridicate ale gazului, în scopul introducerii pe scară largă a tehnologiilor de gaz cu ciclu combinat în construcția de noi și reconstrucția centralelor electrice existente;
• dezvoltarea și producerea de instalații de turbine cu abur de înaltă eficiență de noile generații la parametrii de abur super-supercritici și la temperaturi de 600°C și mai mari cu o eficiență crescândă. până la 55% sau mai mult;
• producerea de cazane de energie cu organizarea îmbunătățită a proceselor de ardere, utilizarea de arzătoare noi și alte dispozitive care reduc emisiile nocive în atmosferă;
• crearea și dezvoltarea centralelor termice cu cuptoare cu pat fluidizat circulant pentru unități de putere cu o capacitate de 200–300 MW;
• realizarea de echipamente pentru centrale ecologice pe gaz cu ciclu combinat cu cazane cu pat fluidizat sub presiune;
• dezvoltarea și stăpânirea tehnologiilor avansate de ardere a combustibilului solid;
• crearea de sisteme de gazeificare pentru combustibili solizi în vederea dezvoltării unor centrale de gaze cu ciclu combinat ecologic, care utilizează cărbune și pentru reechiparea tehnică a centralelor pe cărbune pulverizat.