Перспективные технологии электроэнергетики и будущее ГЭС

Негативные экологические и социальные последствия строительства крупных ГЭС заставляют внимательно посмотреть на их возможное место в электроэнергетике будущего.

Большие гидроэлектростанции выполняют следующие функции в энергосистеме:

  1. производство электроэнергии;
  2. быстрое согласование мощности генерации с потребляемой мощностью, стабилизация частоты в энергосистеме;
  3. накопление и хранение энергии в форме потенциальной энергии воды в поле тяготения Земли с преобразованием в электроэнергию в любое время.

Выработка электроэнергии и маневр мощностью возможны на ГЭС любого масштаба. А накопление энергии срок от нескольких месяцев до нескольких лет (на зиму и на маловодные годы) требует создания больших водохранилищ.

Для сравнения: автомобильный аккумулятор массой 12 кг напряжением 12 В и емкостью 85 амперчасов может хранить 1,02 киловатт-часа (3,67 МДж). Чтобы запасти такое количество энергии и преобразовать ее в электрическую в гидроагрегате с КПД 0,92, нужно поднять 4 тонны (4 куб.м) воды на высоту 100 м. или 40 тонн воды на высоту 10 м.

Чтобы ГЭС мощностью всего 1 МВт работала на запасенной воде 5 месяцев в году по 6 часов в день на запасенной воде, нужно на высоте 100 м накопить и затем пропустить через турбину 3,6 миллиона тонн воды. При площади водохранилища 1 кв.км понижение уровня составит 3,6 м. Такой же объем выработки на дизельной электростанции с КПД 40% потребует 324 т солярки. Таким образом, в холодном климате запасение энергии воды на зиму требует высоких плотин и больших водохранилищ.

Кроме того, на большей части территории России в зоне вечной мерзлоты малые и средние реки зимой промерзают до дна. В этих краях малые ГЭС зимой бесполезны.

Большие ГЭС неизбежно находятся на значительном расстоянии от многих потребителей, и следует учитывать затраты на строительство линий электропередачи и потери энергии а нагрев проводов. Так, для Транссибирской (Шилкинской) ГЭС стоимость строительства ЛЭП-220 до Транссиба протяженностью всего 195 км (очень мало для такой стройки) превышает 10% всех затрат. Затраты на строительство сетей электропередачи столь существенны, что в Китае мощность ветряков, до сих пор не подключенных к сети, превышает мощность всей энергетики России к востоку от Байкала.

Таким образом, перспективы гидроэнергетики зависят от прогресса технологий и производства, и хранения и передачи энергии в совокупности.

Энергетика – очень капиталоемкая и потому консервативная отрасль. До сих пор работают некоторые электростанции, особенно ГЭС, построенные в начале двадцатого века. Поэтому для оценки перспективы на полвека вместо объемных показателей того или иного вида энергетики важнее смотреть на скорость прогресса в каждой технологии. Подходящие показатели технического прогресса в генерации – КПД (или процент потерь), единичная мощность агрегатов, стоимость 1 киловатта мощности генерации, стоимость передачи 1 киловатта на 1 км, стоимость хранения 1 киловатт-часа в сутки.

Хранение электроэнергии – новая отрасль в энергетике. Долгое время люди хранили топливо (дрова, уголь, потом нефть и нефтепродукты в цистернах, газ в емкостях под давление и подземных хранилищах). Потом появились накопители механической энергии (поднятой воды, сжатого воздуха, супермаховики и др.), среди них лидером остаются гидроаккумулирующие электростанции.

Вне зон вечной мерзлоты тепло, накопленное солнечными водонагревателями, уже можно закачивать под землю для отопления домов зимой. После распада СССР прекратились опыты по использованию энергии солнечного тепла для химических превращений.

Известные химические аккумуляторы имеют ограниченное количество циклов заряд-разряд. Суперконденсаторы имеют намного большую долговечность, но их емкость пока недостаточна. Очень быстро совершенствуются накопители энергии магнитного поля в сверхпроводящих катушках.

Прорыв в распространении накопителей электроэнергии произойдет, когда цена снизится до 1 долл. за киловатт-час. Это позволит широко использовать виды электрогенерации, не способные работать непрерывно (солнечная, ветровая, приливная энергетика).

Из технологий генерации быстрее всего сейчас происходят перемены в солнечной энергетике. Солнечные батареи позволяют производить энергию в любом потребном количестве – от зарядки телефона до снабжения мегаполисов. Энергии Солнца на Земле в сотню раз больше, чем остальных видов энергии вместе взятых.

Ветроэлектростанции прошли период снижения цен и находятся на этапе роста размеров башен и мощности генераторов. В 2012 году мощность всех ветряков мира превзошла мощность всех электростанций СССР. Однако в 20-е годы 21 века возможности улучшения ветряков будут исчерпаны и двигателем роста останется солнечная энергетика.

Технология больших ГЭС миновала свой "звездный час", с каждым десятилетием больших ГЭС строят все меньше. Внимание изобретателей и инженеров переключается на приливные и волновые электростанции. Однако приливы и большие волны есть не везде, поэтому их роль будет невелика. В 21 веке еще будут строить малые ГЭС, особенно в Азии.

Получение электроэнергии за счет тепла, идущего из недр Земли (геотермальная энергетика) перспективно, но лишь в отдельных районах. Технологии сжигания органического топлива еще несколько десятилетий будут составлять конкуренцию солнечной и ветровой энергетике, особенно там, где мало ветра и солнца.

Быстрее всего совершенствуются технологии получения горючего газа путем брожения отходов, пиролиза или разложения в плазме). Тем не менее, твердые бытовые отходы всегда перед газификацией будут требовать сортировки (а лучше раздельного сбора).

КПД парогазовых электростанций превысил 60%. Переоборудование всех газовых ТЭЦ в парогазовые (точнее, газопаровые) позволит увеличить выработку электроэнергии более чем на 50% без увеличения сжигания газа.

Угольные и мазутные ТЭЦ намного хуже газовых и по КПД, и по цене оборудования, и по количеству вредных выбросов. Кроме того, добыча угля требует больше всего человеческих жизней на мегаватт-час электроэнергии. Газификация угля на несколько десятилетий продлит существование угольной отрасли, но вряд ли профессия шахтера доживет до 22 века. Очень вероятно, что паровые и газовые турбины будут вытеснены быстро совершенствующимися топливными элементами в которых химическая энергия преобразуется в электрическую минуя стадии получения тепловой и механической энергии. Пока же топливные элементы очень дороги.

Коэффициент полезного действия АЭС последние 30 лет рос медленнее всего. Совершенствование ядерных реакторов, каждый из которых стоит несколько миллиардов долларов, происходит очень медленно, а требования безопасности приводят к росту стоимости строительства. "Ядерный ренессанс" не состоялся. С 2006 г. в мире ввод мощностей АЭС меньше не только ввода ветровых, но и солнечных. Тем не менее, вероятно что некоторые АЭС доживут до 22 века, хотя из-за проблемы радиоактивных отходов их конец неизбежен. Возможно, в 21 веке будут работать и термоядерные реакторы, но их малое число, безусловно, "погоды не сделает".

До сих пор остается неясной возможность реализации "холодного термояда". В принципе, возможность термоядерной реакции без сверхвысоких температур и без образования радиоактивных отходов не противоречит законам физики. Но перспективы получения таким способом дешевой энергии очень сомнительны.

И немного фантастики в чертежах. Сейчас в России проходят проверку три новых принципа изотермического преобразования теплоты в электричество. У этих опытов очень много скептиков: ведь нарушается второе начало термодинамики. Пока получена одна десятая микроватта. В случае успеха, сначала появятся батарейки для часов и приборов. Потом лампочки без проводов. Каждая лампочка станет источником прохлады. Кондиционеры будут вырабатывать электроэнергию вместо того чтобы потреблять ее. Провода в доме станут не нужны. Когда фантастика станет явью – судить рано.

А пока провода нам нужны. Больше половины цены киловатт-часа в России приходится на стоимость строительства и содержания линий электропередач и подстанций. Более 10% вырабатываемой электроэнергии уходит на нагрев проводов. Снизить затраты и потери позволяют "умные сети", автоматически управляющие множеством потребителей и производителей энергии. Во многих случаях для снижения потерь лучше передавать постоянный ток, чем переменный. Вообще избежать нагрева проводов можно, сделав их сверхпроводящими. Однако сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, не найдены и неизвестно, будут ли найдены.

Для малонаселенных территорий с высокими затратами на транспортировку также важна распространенность и общедоступность источников энергии.

Наиболее распространена энергия Солнца, но Солнце видно не всегда (особенно за Полярным кругом). Зато зимой и ночью часто дует ветер, но не всегда и не везде. Тем не менее, ветросолнечные электростанции уже сейчас позволяют в разы снизить расход солярки в отдаленных поселках.

Некоторые геологи уверяют, что нефть и газ образуются почти повсеместно и в наши дни из углекислого газа, попадающего с водой под землю. Правда, использование гидроразрыва пластов ("фрекинга") разрушает естественные места, где нефть и газ могут скапливаться. Если это верно, то небольшое количество нефти и газа (в десятки раз меньше, чем сейчас) можно добывать почти везде без ущерба для геохимического кругооборота углерода, вот только экспортировать углеводороды – значит, лишать себя будущего.

Разнообразие природных ресурсов в мире означает, что устойчивое получение электроэнергии требует сочетания разных технологий применительно к местным условиям. В любом случае, неограниченное количество энергии на Земле получить нельзя и по экологическим, и по ресурсным причинам. Поэтому рост производства электроэнергии, стали, никеля и других материальных вещей на Земле в ближайшем столетии неизбежно сменится ростом производства интеллектуального и духовного.

Игорь Эдуардович Шкрадюк

 

Комментарии материала:

Разместить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Другие материалы

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИИ
Жители нашей планеты обеспокоены нехваткой традиционных энергетических ресурсов и экологически неблагоприятной обстановкой при их использовании. Многие страны мира внедряют программы по использованию так называемых «зеленых технологий». Европейские страны переходят на строительство энергоэффективных зданий, которые способны...
В Кош-Агаче заработала самая большая в России солнечная электростанция
С Андреем Ялбаковым, выпускником НГТУ 2006 года, директором компании “Солнечная энергия+”, той самой, что построила и запустила эту солнечную электростанцию, мне посчастливилось познакомиться лет пять назад. Было очевидно, что для него это не просто бизнес, но и в какой-то степени миссия — обеспечить дальние села Горного Алтая,...
Возобновляемая энергетика:
Россия располагает колоссальными ресурсами возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Технический потенциал этих ресурсов в пять раз превышает годовое потребление первичных энергоресурсов, а экономический способен обеспечить ежегодные энергетические потребности российской экономики на треть.  До последнего времени этот потенциал...
Алтайский краевой общественный фонд «Алтай – 21 век» ведет экологическую и социокультурную работу на территории «Большого Алтая» (Россия, Монголии, Казахстан, Китай) с 1989 г., т.е. с начала борьбы против Катунской ГЭС. Официальная регистрация - в 1997 году, когда нынешнему президенту М.Ю. Шишину была вручена премия...
Экологическая библиотека - СТИМУЛЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
2 февраля Министерство энергетики Российской Федерации совместно с Общероссийской общественной организация «Деловая Россия» провело общественные слушания по обсуждению Комплекса мер стимулирования производства электрической энергии генерирующими объектами, функционирующими на основе использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ...
Большинство экономически развитых стран в XXI в. вплотную занялось разработкой новых энергетических стратегий, направленных на экономию первичной энергии, сокращение выбросов парниковых газов  и развитие альтернативной энергетики. Во всем мире доля возобновляемой энергии в общем энергопотреблении в 2009 г. составила 17%, в странах ЕС –...
Группа жителей Фукусимы, которые подверглись воздействию радиации после аварии на АЭС Дай-ичи Фукусима в Японии, посетили с визитом Германию. В ходе поездки по стране они узнали, как можно сделать возобновляемые источники энергии ключевым фактором развития местных сообществ.   Среди участников группы - Татсуко Окара, женщина-фермер, которая...
  ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ДАТА Так отозвался Воллис Стегнер о NAWAPA - Северо-Американском Альянсе Водных и Энергетических ресурсов для создания плотин высотой, доходящей до 520 метров.  Юрий Широков По материалам сборника ИСАР-Сибирь "Чтобы реки жили" 14 марта - Международный день действий против плотин, который отмечается по...
Татьяна Артамонова,  Фонд "Алтай - XXI век", Барнаул Контакт:  656015, Алтайский край,  г. Барнаул, а/я 845  Тел.: (3852) 44 35 67  Электронная почта: katun@аb.ru У многих специалистов-энергетиков этот вопрос вызовет скептическую усмешку - мол будущее есть, да не такое перспективное, как хотелось...
Жорес Алферов
         Возобновляемая энергетика более перспективна, чем создание управляемой термоядерной реакции, считает сопредседатель консультативного научного совета фонда "Сколково" нобелевский лауреат Жорес Алферов. "Я лично не уверен в том, что вообще удастся создать энергетически надежный термоядерный источник...
Водяной солнечный коллектор для приготовления горячей воды и для обогрева дома в системе с теплым полом (встроен в магистраль с баком-аккумулятором). Система горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией 1-Коллектор; 2-Бойлер; 3-Контрольная панель; 4-Насос; 5-Расширительный бачок; 6-Источник...
Каждый год около 13 миллионов человек по всему миру наблюдают за китами, восхищаясь видом самых больших животных, когда-либо населявших Землю. Это резко отличается от ситуации столетней давности, когда мало кто видел живого кита. Киты все еще восстанавливаются после массовой охоты в промышленных масштабах, которая почти уничтожила несколько видов в 20-м веке.  История китобойного промысла показывает, как люди совершают ошибки, но также и то, как они могут изменить к...
Продолжаются экскурсии на эколого-просветительские площадки разработаные в ходе проекта «На природу за знаниями», который реализует Клуб «Бумеранг» совместно с группой помощи морским животным «Друзья океана». Этим летом их посетило уже несколько сотен юных сахалинцев. Приглашаем отправиться на экскурсию и вас. Комплексы с красочными стендами установлены на пляже «Солнечном» (оз. Тунайча) и на смотровой площадке парка культуры и отдыха Корсакова (...
Экологическое строительство сегодня — один из актуальных мировых трендов и относится к строительству всех типов зданий. Этот тип строительства возник в 60-х годах прошлого столетия на примере строительства индивидуального жилья и был незаметным до конца 20-го века. В России развитие экологического домостроения началось в начале 80-тых годов в Новосибирском Академгородке. В 1987 году было введено понятие и термин «экодом», которые сейчас широко используются.  Экодом –...
 Леса появились на Земле около 400 миллионов лет назад, и все это время они процветали. Но в течение последних 150 миллионов лет они начали проявлять признаки бедствия, реагируя на снижение концентрации CO2 в атмосфере и на конкуренцию с пастбищами. Когда Земля изменится, смогут ли леса справиться с изменениями и выжить? Это крайне медленный тренд, но нельзя исключать, что леса закончат свой цикл и исчезнут в геологически короткие сроки. Этот текст представляет собой поп...
19 августа 2022 года в селе Яйлю, центральной усадьбе Алтайского заповедника, после двухлетнего перерыва прошёл праздник Яблочного Спаса, духовно-культурное мероприятие, которое традиционно объединяет прихожан, артистов, художников, сотрудников заповедника и туристов. Мероприятие приурочено к православному празднику Преображения Господня именуемого в народе «Яблочным Спасом».   В день Преображения Господня, в Храме Преображения Господня  в с. Яйлю настоятель храма Преобра...

Фотогалерея

Активность на сайте

сортировать по иконкам
43 недели 3 дня назад
YВMIV YВMIV
YВMIV YВMIV аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 243,912 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

45 недель 5 дней назад
Гость
Гость аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 243,912 |

Thank you, your site is very useful!

45 недель 6 дней назад
Гость
Гость аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 243,912 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

1 год 22 недели назад
Евгений Емельянов
Евгений Емельянов аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 243,912 |

Возможно вас заинтересует информация на этом сайте https://chelyabinsk.trud1.ru/

45 недель 6 дней назад
Гость
Гость аватар
Ситуация с эко-форумами в Бразилии

Смотрели: 3,248 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

размешен 05.10.22 | Тип: Новость

Главные экологические новости на текущий день в новом выпуске Обзора Международного Социально - экологическо...

размешен 05.10.22 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...
размешен 05.10.22 | Тип: Новость

Вести сообщества Хранителей Природных Территорий

 

...
размешен 04.10.22 | Тип: Новость

Главные экологические новости на текущий день в новом выпуске Обзора Международного Социально - экологическо...

размешен 04.10.22 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал