Фото → Из мира энергетики. ч.6

Энергетика — это отрасль промышленности, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Задача энергетики и входящих в нее структур - обеспечение производства энергии путём преобразования первичной энергии топлива во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию.	Работа с энергией предполагает как добыча ее из первоисточника, так и доставка ее конечному потребителю или использование для внутренних нужд Стадии работы с энергией: * получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива; * передача ресурсов к энергетическим установкам, например, доставка мазута на тепловую электростанцию;	# преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например, химической энергии топлива электрическую и тепловую энергию; # передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи.
Чаще всего энергетика подразделяется на типы по используемому топливу или источнику энергии. Основые можно подразделить на традиционные и нетрадиционные. Традиционная: * Тепловая энергетика * Гидравлическая энергетика * Ядерная энергетика	Нетрадиционная: * Малые гидроэлектростанции; * Ветровая энергетика; * Геотермальная энергетика; * Солнечная энергетика; * Биоэнергетические установки; * Установки на топливных элементах * Водородная энергетика; * Термоядерная энергетика.	Большинство современной электроэнергии всего мира до сих пор вырабатывается на ТЭС - тепловых электростанциях. При этом в мире данные электростанции составляют свыше 60 процентов от всех имеющихся а в СНГ свыше 70 процентов. На тепловых электростанциях механизм перехода от одного вида энергии в другую следующий: тепловая энергия преобразуется в механическую, которая в свою очередь преобразуется в электрическую. Главным недостатком всех имеющихся ТЭС является использование ими невозобновляемых природных источников энергии.
Конденсационные электростанции или сокращенно КЭС являются основными представителями семейства предприятий теплоэнергетики, из-за чего их довольно часто сокращенно именуют ТЭС.	Негативные стороны конденсационных электростанций заключаются в следующем: * производят значительное загрязнение атмосферы на сравнительно небольшой окружающей территории; * происходит постепенное истощение природных ресурсов; * при работе КЭС отмечается низкий коэффициент полезного действия (в среднем он составляет 30 – 35 %);	# конденсационные электростанции в большой степени находятся в зависимости от мест добычи источников топлива, на котором они работают; # значительная удаленность от источников потребления электрической энергии, т.к. значительное количество месторождений природного угля находится вдалеке от крупных электропотребителей.
Положительными сторонами КЭС являются следующие: * выработка электрической энергии происходит независимо от сезонов года, природных условий и времени суток; * то что КЭС располагаются на значительном удалении от крупных населенных пунктов позволяет снизить их влияние на здоровье значительного количества людей.	Теплоэлектроцентрали или ТЭЦ являются еще одним из звеньев ТЭС. Они кроме электрической энергии так же вырабатывают тепло, которое поставляется к местам назначения посредствам горячей воды и водяных паров.	Их КПД равен (примерно) 70 % . ТЭЦ строятся на незначительном удалении от потребителей (примерно 20 – 25 км.) Недостатками ТЭЦ являются: загрязнение атмосферы в местах значительного скопления людей (города), большие финансовые расходы на доставку сырья для их работы, ощутимая зависимость от соседних стран и других регионов, поставляющих топливо для них.
Гидравлическая энергетика использует силу напора падающей с большой высоты или текущей потоком воды, при этом превращая механическую в электрическую энергию. Доля ГЭС в мировом масштабе постоянно падает начиная с 80-х годов прошлого века. В ряде стран мира она по-прежнему занимает лидирующее место: в Норвегии - 100 %, Бразилия, Канада и Швеция - свыше 50 %.	Гидроэлектростанции или сокращенно ГЭС строятся преимущественно на крупных реках. И имеют массу положительных и отрицательных сторон.	К положительным можно отнести то, что они используют возобновляемые природные ресурсы, «экономят» топливные ресурсы (в том числе и денежные средства на их добычу и транспортировку), требуют в 15-20 раз меньше обслуживающего персонала, нежели ТЭС (тепловые электростанции), значительный КПД (свыше 80 %), низкая себестоимость (в 5 – 6 раз меньше нежели ТЭС), позволяют регулировать сток воды, позволяют оградить прилегающие территории от катастрофических наводнений, улучшают условия для судоходства страны (территории), создают условия для развития массового культурного отдыха.
К минусам можно отнести стопроцентную привязанность к крупным рекам, затопление значительной части земель (лугов, населенных пунктов лесных массивов), происходит постепенное изменение микроклимата окружающих территорий, сокращаются стада ценных рыб, развиваются сине-зеленые водоросли.	Еще одним представителем ГЭ являются Гидроаккумулирующие электростанции или ГАЭС, которые возводятся только лишь в крупнейших промышленных густонаселенных районах, где располагается большое количество потребителей электроэнергии.	Они в значительной мере снижают проблему нехватки электроэнергии (особенно в дневное время), строятся преимущественно на искусственных водоемах, следовательно причиняют незначительный вред окружающей флоре и фауне, являются обоснованными в плане финансовых затрат, однакоэкономически являются невыгодными (убыточными), т.к. при своей работе потребляют электроэнергии несколько больше, чем сами же производят.
Ядерная энергетика является отраслью энергетики, которая использует атомную энергию (ядерную энергию) в целях выработки электрического тока и параллельно тепловой энергии. Источниками энергии АЭС (атомных электростанций) являются ядерные реакторы, в которых протекает контролируемая цепная реакция деления ядер в тяжелых элементах, в ходе которой (при делении ядер плутона или урана) производится тепловая энергия, которая путем преобразования превращается электрическую энергию (таким же образом, как и на тепловых электростанциях).	Если происходит значительное истощении запасов природных ресурсов (газа, угля, торфа или нефти) ядерное топливо на сегодняшний день является единственным реальным способом надежного обеспечения граждан необходимым ему количеством электроэнергии.	Рост потребителей электрического тока привело к тому, что в отдельных странах мира уже ощутима нехватка природного топлива и все большее развитых стран становятся зависимы от импорта иностранных энергоресурсов.
Работа все атомные электростанции построена на ядерных реакторах двух типов: на быстрых и тепловых нейтронах. Реакторы, работающие на тепловых нейтронах получили наибольшее применение во всем мире.	Установленные на первых действующих атомных электростанциях реакторы уран-графитового состава не имели тяжелого и достаточно громоздкого корпуса выполненного из стали, что является весьма заманчивым, так как оно позволяет заводам тяжелого машиностроения не заниматься изготовлением стальных изделий огромных размеров и значительно снижает себестоимость АЭС.	В настоящее время в мире построено достаточно много различных реакторов работающих на тепловых нейтронах с различными теплоносителями и замедлителями. Учеными доказано, что атомные электростанции с реакторами, работающими на тепловых нейтронах составляют достойную конкуренцию обычным ТЭС, но в то же время масштабы развития атомных электростанций значительно сдерживаются низкой эффективностью при использовании природного урана реакторами, работающими на тепловых нейтронах.
Основной причиной устойчивости в звездных термоядерных реакциях - огромные размеры их «реакторов», к тому же время циклов их реакций исчисляются не годами, а многими миллионами лет. Как же в современных условиях при ограниченных масштабах воспроизвести подобное?	В далеком 1954 году данная мечта учеными-ядерщиками Института атомной энергии была плодотворно воплощена в жизнь, и уже тогда была сконструирована самая первая действующая исследовательская термоядерная установка. В то время ученые столкнулись с проблемой, когда в тороидальном поле частицы за каждый оборот будут несколько смещаться из области более сильной напряжённости в область слабой напряжённости и вся имеющаяся плазма будет просто напросто «вываливаться» на внешнюю стенку, не успев при этом разогреться до термоядерной температуры.	Выход был найден - для удержания в равновесии плазмы магнитные силовые линии ее поля необходимо завить в форме спирали. Во второй половине двадцатого столетия данная работа сыграла исторически важную роль и стала основой теории токамаков.
Термоядерные реакции выгодны в финансовом плане, так как в них участвуют изотопы водорода-дейтерия (Д) в купе с тритием (Т). Все дело осложняет то, что «готового» для проведения реакций трития в природе практически не бывает. Однако выход был найден: данный изотоп производится в процессе реакции внутри самого реактора (из лития).	Следовательно, при термоядерных реакциях, при «сжигании» одного грамма лития вырабатывается энергия как при сжигании одной тонны условного топлива. Не стоит забывать, что на сегодняшний день на Земле запасов лития на три порядка больше, нежели запасов органического топлива и добывать литий относительно несложно.	С 2000 года наблюдается невероятный рост ветровой энергетики, заслуживший репутацию прибыльной и довольно низкорисковой отрасли. Ветровые генераторы и турбины активно применяются во всем мире, работает целый ряд предприятий, которые производят оборудование для ветровых электростанций.
В электрическую энергию энергия ветра превращается с помощью ветровых двигателей. Ветряки, чьи размеры иной раз превышают размеры многоэтажного дома, вращают три огромные лопасти. Все они объединяются в энергетический ветровые станции.	При использовании энергии ветра стоит учитывать многие параметры, начиная со средней скорости, заканчивая турбулентностью и температурой ветрового потока.	К достоинствам ветровой энергии стоит отнести: экологичность (производство энергии не сопровождается выбросом вредных газов), эргономичность (ветровая электростанция занимает небольшую площадь и отлично вписывается в любой масштаб), неисчерпаемость (в отличие от полезных ископаемых энергия ветра безгранична).
К сожалению, наряду с достоинствами можно отметить и недостатки ветровой энергетики. Самый существенный – непостоянность. Невозможно гарантировать получение нужного количества энергии, да и выход энергии невысок. Ветряки часто становятся причиной гибели птиц, а их шум может причинять немалое беспокойство людям, проживающим по соседству.	Поиски альтернативных источников энергии привели людей к необходимости использования геотермальных запасов земли. Не секрет, что чем ближе к центру земли, тем выше температура.	Это явление обусловлено радиоактивным распадом химических элементов, которые содержаться в недрах земли. В свою очередь, породы, разогретые до высоких температур, нагревают воду. Воду, температура которой, превышает 20 градусов, принято называть геотермальной. Температура подобных вод, выступающих на поверхности Земли, может доходить до 300 градусов, температура же пара достигает и все 600 градусов.
Именно геотермальные воды и пар используют для получения электроэнергии. Такая энергия намного дешевле, нежели энергия атомной, и тепловой электростанций.	Две геотермальные станции уже построены на Камчатке, а также в районах Махачкалы и Южно-Курильска. К недостаткам геотермальных станций относится необходимость располагать их лишь в местах с горячими источниками. Сегодня ученые разрабатывают технологии, которые будут позволять использовать энергию земельных недр повсеместно.	Французскими и британскими учеными в Эльзасе проводится экспериментальный проект по использовании технологии «горячих сухих горных пород». Суть заключается в бурении двух скважин глубиной до 6 км, в одну из которых закачивают холодную воду, а из другой получают разогретый пар. В будущем из геотермального пара надеются получить электрический ток.
Издревле люди пытаются найти возможности применять солнечную энергию. Если верить легендам, то уже великий древнегреческий ученый Архимед, сжег флот неприятеля, осадившего его родные пенаты, используя не что иное, как зажигательные зеркала. К тому же, подтверждено учеными, что 3000 лет назад, в Турции был построен султанский дворец, который отапливался водой, нагретой солнечной энергией.	Франция стала первой страной, в которой появились солнечные нагреватели. Это были простые деревянные ящики с водой и вогнутой стеклянной крышкой.	Сегодня построены солнечные батареи и установлены на искусственных спутниках Земли. Конечно, можно было бы покрыть подобными батареями всю пустыню Сахару и получить мощнейшую солнечную электростанцию, однако материалы, необходимые для постройки стоят огромных денег, потому доля солнечной энергии в современной энергетике просто ничтожна.
Самое главное достоинство солнечной энергии это ее экологичность. Конечно, соединения кремния, из которых построены батареи, могут наносить небольшой вред окружающей среде, но по сравнению с другими отраслями энергетиками, это капля в море.