Достоинства тэс гэс аэс: Электроэнергетика. Достоинства и недостатки ТЭС

Электроэнергетика. Достоинства и недостатки ТЭС

Стр.32

ВСПОМНИТЕ

Вопрос 1. Какой принцип лежит в основе работы водяного колеса?

В водяных колесах работа производится в основном силой веса воды, которая, перемещаясь вниз вместе с ковшом колеса, заставляет его вращаться. В нижнебойных водяных колесах работа производится под действием только удара струи воды в прямые лопатки.

Принцип действия водяного колеса получил дальнейшее развитие в гидротурбинных двигателях, которыми оснащаются современные гидроэлектростанции.

Стр.34

МОИ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Вопрос 1. Установите виды топлива, принцип работы, достоинства и недостатки ТЭС. Найдите на карте крупнейшие ТЭС России.

В качестве топлива в России используют уголь, газ или нефть.

Тепловая (паротурбинная) электростанция:

Электростанции, преобразующие тепловую энергию сгорания топлива в электрическую энергию, называются тепловыми (паротурбинными).

Преимущества:

Используемое топливо достаточно дешево.

Требуют меньших капиталовложений по сравнению с другими электростанциями.

Могут быть построены в любом месте независимо от наличия топлива. Топливо может транспортироваться к месту расположения электростанции железнодорожным или автомобильным транспортом.

Занимают меньшую площадь по сравнению с гидроэлектростанциями.

Стоимость выработки электроэнергии меньше, чем у дизельных электростанций.

Недостатки:

Загрязняют атмосферу, выбрасывая в воздух большое количество дыма и копоти.

Более высокие эксплуатационные расходы по сравнению с гидроэлектростанциями.

5 крупнейших ТЭС в России:

Сургутская ГРЭС-2 в Ханты-Мансийском АО

Рефтинская ГРЭС в п. Рефтинском (Свердловская область)

Костромская ГРЭС в. Волгореченске

Сургутская ГРЭС-1 в Ханты-Мансийском АО

Рязанская ГРЭС в г. Новомичуринск

Вопрос 2. Установите сходство в принципе работы ТЭС и АЭС и назовите достоинства и недостатки АЭС. Укажите крупнейшие АЭС страны.

Недостатки атомных станций:

Облучённое топливо опасно, требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению.

Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах. Последствия возможного инцидента крайне тяжелые, хотя его вероятность достаточно низкая. Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700–800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.

Достоинства атомных станций:

Отсутствие вредных выбросов.

Выбросы радиоактивных веществ в несколько раз меньше угольной эл. станции аналогичной мощности (зола угольных ТЭС содержит процент урана и тория, достаточный для их выгодного извлечения).

Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки.

Высокая мощность: 1000–1600 МВт на энергоблок.

Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой.

Сходство в том, что в том и другом случаи производится перегретый пар, который вращает турбогенератор.

5 крупнейших АЭС в России:

Балаковская в Балаково (Саратовская область)

Калининская в Удомле (Тверская область)

Курская на Сейме в Курске

Ленинградская в Сосновом Бору (Ленинградская область)

Нововоронежская

Вопрос 3. Определите главное достоинство ГЭС по сравнению с ТЭС и АЭС. Укажите крупнейшие ГЭС в России.

Гидроэнергия в качестве энергоресурса имеет принципиальные преимущества по сравнению с углем или ядерным топливом. Ее не нужно добывать, как-либо обрабатывать, транспортировать, ее использование не дает вредных отходов и выбросов в атмосферу. В некоторых случаях плотины гидростанции позволяют регулировать речной сток, они надежны, просты в эксплуатации (по сравнению с ТЭС и АЭС), дешевы. Вода водохранилищ может использоваться в сельском хозяйстве для полива, в них можно разводить рыбу. Одним словом, достоинства ГЭС являются достаточно серьезными для принятия решения о их строительстве.

Однако при размещении ГЭС на равнинных реках отчуждаются плодородные пойменные земли, что, безусловно, является отрицательным моментом. Необходимо учитывать также, что с ростом площади водохранилищ ГЭС происходит снижение скорости воды, что неблагоприятно сказывается на их водно-химическом и гидробиологическом режимах. Наличие плотин, в большинстве своем без рыбоподъемников, оказывает серьезное отрицательное влияние на ценные породы промысловых рыб. Наконец, серьезную опасность представляют высотные плотины при их случайном или намеренном разрушении. Указанные недостатки гидроэнергии свидетельствуют о необходимости всестороннего экологического сопоставления вариантов сооружения ГЭС и других альтернативных источников. ГЭС — это плотины, перегораживающие реки, контролирующие течение, из чего и черпается энергия.

5 крупнейших ГЭС в России:

Саяно-Шушенская им. П. С. Непорожнего на р. Енисей в Хакасии

Красноярская в 40 км от Красноярска

Братская на р. Ангара в Иркутской области

Усть-Илимская на р. Ангара

Волжская на р. Волга

Стр.35

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос 1. Какие типы электростанций производят основную часть электроэнергии в России?

Тепловые электростанции. Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Это основной тип электростанций в России.

Гидроэлектростанции. ГЭС производят наиболее дешевую электроэнергию, но имеют довольно-таки большую себестоимость постройки. Именно ГЭС позволили советскому правительству в первые десятилетия советской власти совершить такой прорыв в промышленности. Современные ГЭС позволяют производить до 7 Млн. КВт энергии, что вдвое превышает показатели действующих в настоящее время ТЭС и АЭС, однако размещение ГЭС в европейской части России затруднено по причине дороговизны земли и невозможности затопления больших территорий в данном регионе. Наиболее мощные ГЭС построены в Сибири, где наиболее эффективно осваиваются гидроресурсы.

Атомные электростанции. АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС. Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеют, но работа АЭС сопровождается рядом негативных последствий:

Вопрос 2. В каких районах страны и почему строятся атомные электростанции?

Европейская часть России (Чукотка), Европейский Северо — Запад, Центральная Россия.

Вопрос 3. На каких реках России построены крупнейшие ГЭС?

Саяно-Шушенская ГЭС р. Енисей, Красноярская ГЭС р. Енисей, Братская ГЭС р. Ангара, Богучанская ГЭС р. Ангара, Волжская ГЭС р. Волга, Бурейская ГЭС р. Бурея, Чебоксарская ГЭС р. Волга, Зейская ГЭС1,33р. Зея, Нижнекамская ГЭС р. Кама, г Загорская ГАЭС р. Кунья, Воткинская ГЭС р. Кама, г Чиркейская ГЭС р. Сулак.

Вопрос 4. Какие электростанции разных типов влияют на окружающую среду?

Тепловые электростанции больше всего, наверное, влияют на окружающую среду. На них могут сжигать газ, мазут и уголь. При сжигании газа — почти никакого влияния, потому что он содержит мало серы и азота. А вот при сжигании угля и мазута — в атмосферу выбрасывается много соединений азота, серы, углерода. Углерод создает парниковый эффект. А оксиды и диоксиды азота и серы при соединении с водой образуют кислоты. Они выпадают в виде кислотных дождей. Гидроэлектростанции такого ущерба не несут. Однако, для их создания строятся огромные плотины и заливаются огромные территории, меняя тем самым существовавшую экосистему. Атомные электростанции, вопреки расхожему мнению не такие грязные и радиации вокруг них меньше, чем вокруг тех же угольных ТЭС. Потому, что на АЭС предусмотрен двойной контур защиты, а на угольных нет никакой защиты от радиации, хотя при добыче угля, попадаются радиоактивные элементы.

типы, принципы работы, преимущества и недостатки

Электростанция – комплекс оборудования и установок, которые преобразуют какой-либо вид природной энергии в электрическую. Станция передает энергию на большие расстояния, тем самым обеспечивая электричеством крупные районы.

Содержание

1. История появления и развития электростанций
2. Традиционные типы электростанций
3. Тепловые
4. Атомные
5. Гидроэлектростанции
6. Нетрадиционные способы производства электроэнергии

История появления и развития электростанций

Потребительский интерес к электричеству возник, когда появилась возможность генерировать электрический ток. Первым преобразователем такого рода стала паровая машина, улучшенная шотландским инженером-изобретателем Джеймсом Уаттом. В 1871 году Зеноб Грамм изобрел обмотки якорей, что позволяло вырабатывать ток в промышленном масштабе. В 1878 году появилась первая электростанция. Спроектирована и построена она была в частном порядке бароном Уильямом Армстронгом и обеспечивала отопление, освещение и работу некоторых машин в его поместье.

Затем электростанции стали использовать для освещения улиц. В 1881 в Годаминге, Англия, городские власти посчитали требования газовой компании по цене освещения улиц грабительскими. Мэрия отвергла контракт и договорилась с владельцем водяной мельницы об установке на ней электрической машины. Последняя обеспечивала электричеством 7 дуговых ламп и 40 ламп накаливания. Практически такая же история произошла и в Санкт-Петербурге, где с 1897 года Литейный мост освещала установка, созданная при участии Яблочкова.

Однако электростанции такого рода могли генерировать ток только по месту и не передавали его на большое расстояние. Установки обеспечивали работу 1 фабрики или даже части, отдельной осветительной сети. Тем не менее электростанции появились во всех крупных городах и предназначались в первую очередь для освещения улиц.

Проблему централизованного снабжения током решили другим способом. В Лондоне в 1884 году построили электростанцию, подающую переменный ток. Появление трансформатора позволило передать ток на большие расстояния. Такие же вскоре появились и в России. Одесская станция снабжала электричеством потребителей в радиусе 2,5 км, а Царскосельская ТЭС подавала ток на расстоянии в 64 км.

Первые станции переменного тока были однофазными и годились для обеспечения работы только сетей освещения. Но уже в 1889 году русский инженер Доливо-Добровольский запатентовал трехфазный трансформатор, работающий при напряжении выше 300 В. Он обеспечивал передачу тока на расстояние в 170 км.

Дальнейшее развитие электроснабжения упиралось в материал кабелей и относительную мощность оборудования. Благодаря усовершенствованиям стало возможным обеспечить электроснабжение удаленных объектов. Промышленность породила потребность в крупных централизованных станциях.

Тепловая

51.72%

Гидро

24.14%

Атомная

24.14%

Проголосовало: 58

Традиционные типы электростанций

Классификация комплексов по добыче энергии производится по самым разным признакам. Определяющим фактором выступают источники электроэнергии и принцип работы.

Различают следующие виды электростанций.

• Атомные – система базируется на реакции деления и синтеза. Последние существуют только в проекте.
• Газовые – используют природное топливо. Разделяются на электростанции, работающие на газе из месторождений и на рудничном, болотном газе.
• Жидкотопливные – дизельные или бензиновые. Такие станции носят локальный характер.
• Твердотопливные – угольные и торфяные.
• Гидроэлектростанции – используют работу водяного потока в самых разных вариантах. Сегодня существуют комплексы, использующие силу прилива и отлива, эксплуатирующие морские течения, русловые и прочие варианты.

Выделяют станции нетрадиционные: ветровые, гелиостанции.

К классическим вариантам относят тепловые станции, которые используют тепло для получения энергии, гидроэлектростанции, эксплуатирующие водные потоки, и атомные.

Тепловые

Водяной пар является теплоносителем. В нагретом состоянии он сам становится источником энергии. По сути, это усовершенствованная паровая машина.

Различают ТЭЦ и ТЭС. ТЭС рассчитана на получение только электроэнергии. ТЭЦ, помимо генерирования тока, подает горячую воду. Принцип работы обоих комплексов почти одинаков.

В топку подают одновременно топливо и разогретый воздух в качестве окислителя. Чаще всего для теплоэлектростанций берут уголь. Однако торфяные могут работать и на брикетах. Топливо измельчено до состояния пыли, чтобы обеспечить максимально полное сгорание. Тепло от сгорания нагревает воду, превращая ее в пар. Последняя подается на паровую турбину. Водяной пар заставляет вращаться ротор генератора и преобразует энергию тепла в электричество.

Пар попадает к конденсатору, где вновь превращается в воду. Насосом воду перекачивают в реактивные нагреватели, затем в деаэратор. Здесь вода освобождается от газов, поскольку они провоцируют коррозию оборудования и вновь подается в котел.

Другой вариант сооружения – газовые электростанции. Здесь котел отсутствует, а всю работу выполняют газотурбинные установки. Выбросы продуктов сгорания в этом случае минимальны.

Простота конструкции

Дешевое топливо

Небольшая площадь

Низкая стоимость электроэнергии

Загрязнение атмосферы продуктами сгорания угля

Дорогое обслуживание

Невысокая производительность

Технологию ТЭЦ считают не экологичной, так как она приводит к выбросу в атмосферу углекислого газа.

Атомные

Опыты по использованию атомной энергии при работе генераторов проводились с 1948 года. Первая в мире АЭС была построена в СССР под руководством академика Курчатова.

Так же как тепловые, атомные делят на АЭС – вырабатывающие только электроэнергию, и АТЭЦ – подающие горячую воду. Схема работы не слишком отличается от тепловой станции, так как в конечном итоге двигающей силой здесь выступает пар. Но источником нагрева является ядерный реактор.

В результате протекания ядерной реакции в реакторе выделяется тепло. Оно передается теплоносителю первого контура. Жидкость уходит на теплообменник – парогенератор, где нагревает до кипения теплоноситель во втором контуре. Отсюда пар подается на турбину, при вращении которой и вырабатывается электрический ток. Затем пар охлаждается, в конденсаторе дегазируется и подается вновь во второй контур. Оба контуры замкнуты.

Независимость от источников топлива из-за небольшого объема материала, необходимого для работы

Отсутствуют вредные выбросы

Высокая производительность

Обеспечение электроэнергией крупных регионов

Нужен большой объем воды для охлаждения конденсаторов

Тяжелые и опасные последствия аварии

Сложность представляет и утилизация отработанного ядерного топлива.

Гидроэлектростанции

Такой комплекс использует в качестве движущей силы естественные природные явления: приливы и отливы, течение рек, силу падающего потока и прочее. Топливо для работы станций не нужно, что делает стоимость полученного таким образом электричества минимальной.

Создают или находят водяной поток нужной мощности – водопад, морское течение. Чаще перепад давлений создают искусственно, сооружая плотину. Сдерживаемая перед плотиной вода при выпуске вырывается с большим напором и приводит в действие лопасти гидротурбин. Они и превращают энергию движения воды в электричество.

Стоимость тока в 2 раза ниже, чем на ТЭС

Турбины могут работать на любой мощности

Набирает мощность от 30 секунд до 2 минут

Течение реки — возобновляемый ресурс

Крупные станции сильно удалены от пользователей

Постройка плотины и эксплуатация ГЭС нормализуют климат

Высокая стоимость строительства

Вредное влияние на водохозяйственные объекты

Необходимость затопления больших территорий при стройке

Мощность ГЭС зависит от напора воды. Малые станции вырабатывают до 5 МВт, крупные – от 25 МВт и больше.

Нетрадиционные способы производства электроэнергии

Производство электроэнергии возможно и другими методами. Большинство из них тоже являются вариантами природопользования, что решает вопрос с топливом. Однако они не так распространены из-за невысокой производительности.

• Ветроэнергетика – используют силу потока воздуха. Ветер крутит лопасти турбин, вырабатывается электричество. Существенный минус установки: полная зависимость от силы ветра. Плюс: даровая энергия и абсолютная экологичность. В Дании 48% электричества получают с помощью автономных ветровых установок.
• Биотопливо – модифицированная тепловая станция, использует в качестве топлива отходы: стружку, паллеты, лузгу, солому, синтез-газ и прочее.
• Гелиоэнергетика – производство электроэнергии обеспечивает излучение солнца. Принцип работы разный. Солнечный коллектор нагревает воду для отопления. При нагреве воды до пара можно использовать последний для получения электричества. В энергетической башне пары воздуха сильно нагреваются в очень большом парнике. Кинетическую энергию восходящего потока воздуха преобразователь превращает в электричество.
• Геотермальная станция – рациональный, пассивный вариант. Для нагрева воды для отопления и даже для получения тока используется разница между температурой почвы выше и ниже уровня замерзания.

Почему накопление тепловой энергии открывает большие перспективы для энергетики

Накопление тепловой энергии (TES) вызывает все больший интерес и становится все более популярным в качестве ключевого средства создания надежных, безопасных и гибких энергетических систем. Множество разрабатываемых перед счетчиком технологий TES подчеркивает потенциал смещения спроса, интеграции переменных поставок, интеграции секторов, управления сетью и сезонного хранения.

По мере того, как во всем мире разворачивается переход к энергетике, заинтересованные стороны в обширной энергосистеме изо всех сил пытаются найти решения, которые будут устойчиво поддерживать ее наиболее важные атрибуты: энергетическую безопасность, доступность и экологические преимущества. Движущей силой этого поиска является сложный набор факторов, главным из которых, возможно, является необходимость более плавного и экономичного включения растущей доли переменных возобновляемых источников энергии.

В то время как сектор накопления энергии расцвел как многообещающее решение, его ошеломляющий рост был сосредоточен в основном на хранении аккумуляторов — хранении с использованием химической энергии — учитывая универсальность его применения в энергетике, строительстве и транспорте. Тем не менее, заинтересованные стороны в целом признают, что аккумуляторные батареи сталкиваются с ограничениями стоимости, связанными с их более коротким сроком службы и трудностями в использовании эффекта масштаба при больших объемах в течение длительного периода времени. Безопасность и геополитика цепочки поставок также вызывают все большую озабоченность. Гидроаккумулирующие гидроэлектростанции, основанные на хранении с использованием потенциальной энергии воды, могут обеспечить большую производительность и изменчивость, но затраты зависят от рельефа местности, а подходящих мест осталось немного. И хотя в последнее время большое внимание уделяется системам хранения водородной энергии, крупномасштабные проекты остаются в стадии разработки, и их высокая стоимость остается проблемой.

По мере роста масштабов амбиций в области изменения климата — а перспективы обезуглероживания все больше охватывают и стремятся объединить несколько отраслей — заметный всплеск активности возникает вокруг систем хранения тепловой энергии (TES), набора технологий хранения энергии, которые используют временное хранение энергии. энергии за счет нагрева или охлаждения в качестве носителя. В то время как TES до сих пор развивались в основном за счетчиками для хранения низкотемпературного тепла, генерируемого либо тепловыми насосами с электрическим приводом, либо локальными солнечными тепловыми установками, демонстрации показывают растущий потенциал для их более широкого коммерческого использования в энергетическом секторе. К ним относятся гибридные установки на электростанциях, в том числе на ископаемых, атомных и возобновляемых источниках энергии, чтобы помочь смягчить провалы и всплески выработки и обеспечить повышение мощности, а также автономные установки в сети, где TES может обеспечить переключение нагрузки.

Аккумулирование тепла: более широкий контекст

По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), «Технологиям TES предшествовало растущее экономическое обоснование». Хотя IRENA подтвердила, что 234 ГВт-ч ТЭС уже существовали в конце 2019 года, она прогнозирует, что инвестиции в размере от 12,8 до 27,2 млрд долларов США будут вложены в ТЭС в течение следующего десятилетия, потенциально увеличивая эту мощность в три раза, по крайней мере, до 800 ГВт-ч.

Самая большая привлекательность TES, по его словам, заключается в обеспечении гибкости, если рассматривать ее с точки зрения «целостной системы». «Технологии TES предлагают уникальные преимущества, такие как помощь в отделении потребности в отоплении и охлаждении от немедленной выработки электроэнергии и доступности энергоснабжения. Полученная в результате гибкость позволяет гораздо больше полагаться на переменные возобновляемые источники, такие как солнечная и ветровая энергия», — пояснила IRENA. «Таким образом, TES снижает потребность в дорогостоящем усилении сети, помогает сбалансировать сезонный спрос и поддерживает переход к преимущественно возобновляемой энергетической системе».

1. Рабочие температуры и диапазоны времени для некоторых технологий хранения тепловой энергии, включая cPCM (композитный материал с фазовым переходом), PCM (материал с фазовым переходом), WTTES (аккумулирование тепловой энергии в водяном резервуаре), UTES (подземный накопитель тепловой энергии), и LAES (жидковоздушный накопитель энергии). Предоставлено: Международное агентство по возобновляемым источникам энергии

Но, несмотря на хорошие позиции, уникальным возможностям TES не хватает общей осведомленности рынка о других формах хранения энергии, поскольку многие из ее различных технологий все еще находятся в стадии разработки. По мнению IRENA, для этого может потребоваться политическое вмешательство, чтобы разработка политики в области энергетики могла последовательно поддерживать рыночную конкуренцию ТЭС, а также исследования и инновации в области ТЭС. Технологии TES обычно делятся на четыре отдельные группы в зависимости от их основного принципа работы: аккумулирование явного тепла, аккумулирование скрытого тепла, термохимическое аккумулирование тепла и механически-термические связанные системы (рис. 1).

Аккумулирование явного тепла, наиболее часто используемый и коммерчески продвинутый тип ТЭС, в основном хранит тепловую энергию за счет нагрева или охлаждения среды хранения (жидкой или твердой) без изменения ее фазы. «Количество накопленной энергии пропорционально изменению температуры (повышению или понижению) при зарядке в пределах рабочего диапазона температур и теплоемкости материала», — говорит IRENA. Примеры включают резервуары для хранения тепловой энергии с использованием воды в качестве среды хранения; твердотельный накопитель тепла, например, с помощью керамического кирпича, камней, бетона и уплотненных слоев; жидкие (или расплавленные) соли; и подземные хранилища тепловой энергии. Аккумулирование скрытого тепла включает в себя материалы с фазовым переходом (PCM), которые, по существу, позволяют переходить в фазу материала (обычно из твердого состояния в жидкое) для накопления тепловой энергии. Ярким примером является ледотермальное хранилище.

Термохимическое накопление тепла, которое имеет более высокую плотность энергии, чем накопление явного и скрытого тепла, включает два семейства технологий: хранение энергии на основе обратимых реакций и накопление энергии на основе сорбции. «Термохимические системы без сорбции основаны на обратимой реакции двух отдельных химических веществ, где большое количество энергии вырабатывается в результате экзотермической реакции синтеза. В процессе сорбции тепло накапливается за счет нарушения силы связи между сорбентом и сорбатом с точки зрения химического потенциала», — поясняет IRENA. Примеры включают химическое образование петель, системы гидратации солей и адсорбционные системы.

Наконец, механические системы TES включают системы TES в сочетании с технологиями накопления механической энергии, такими как накопление энергии на сжатом воздухе (CAES) и хранение энергии на жидком воздухе (LAES).

Перспективные технологии TES для энергетического сектора

POWER анализ показывает, что широкий спектр технологий TES в настоящее время находится в стадии разработки или уже используется для интеграции электростанций и сетей. Вот лишь несколько ярких примеров.

Жидкие соли. Наиболее широко применяемая в коммерческих целях технология TES включает использование расплавленных солей на станциях высокотемпературной концентрированной солнечной энергии (CSP). В конце 2019 года расчетная мировая мощность производства электроэнергии из систем расплавленных солей CSP составляла 21 ГВтч (60 ГВтч, при средней продолжительности семь часов). Тем не менее, гибридные конфигурации с расплавленной солью также изучаются в солнечных фотоэлектрических и ветровых конфигурациях как часть интеграции со сжиганием природного газа и даже для повышения эффективности существующих угольных и современных атомных электростанций.

Немецкие предприятия RWE и RWTH Aachen University, например, в 2019 году начали работу по интеграции системы расплавленной соли, нагретой (до 600°C) с избыточной возобновляемой энергией для создания пара, который затем подается в турбину на существующей угольной электростанции. завод в рейнском буроугольном районе. Natrium компании TerraPower, который должен продемонстрировать натриевый реактор на быстрых нейтронах мощностью 345 МВт рядом с электростанцией Pacificorp в Нотоне в Вайоминге в рамках программы демонстрации усовершенствованных реакторов Министерства энергетики США (DOE) в течение семи лет, в частности, будет использовать нитратно-солевой расплав солевой системы, его разработчики заявляют, что он может «увеличить мощность системы до 500 МВт в течение более пяти с половиной часов, когда это необходимо». Система основана на технологии системы аналогичного масштаба, которая используется на электростанции Solana CSP мощностью 280 МВт в Аризоне. Также предложены конструкции систем хранения нитратов и солей для фторидно-солевых высокотемпературных реакторов с твердотопливным и жидкосолевым теплоносителями и жидкосолевых реакторов с топливом, растворенным в соли.

Мальта, разработчик технологии аккумулирования тепловой энергии, тем временем работает с канадской компанией NB Power в Нью-Брансуике над поставкой к 2024 году объекта мощностью 1000 МВтч на основе интегрированной системы хранения расплавленной соли. один из крупнейших в своем роде в мире. Мальта, в частности, также объединилась с гигантом индустрии проектирования, строительства и управления проектами Bechtel для исследования, разработки и развертывания мальтийской технологии накопления энергии на 10-150 с лишним часов в различных приложениях масштаба сети.

Несколько других многообещающих систем также находятся в стадии разработки. Одной из самых популярных технологий является технология комбинированного цикла с жидкой солью от Pintail Power, которая синергетически объединяет расплавленную соль — эвтектическую соль — с теплом выхлопных газов турбины сгорания. Эта технология открывает новые перспективы для гибридных энергетических конфигураций, в том числе для хранения и уменьшения сокращения возобновляемых источников энергии или использования водорода, произведенного на атомной энергии, в качестве топлива для системы.

Масла-теплоносители. Еще одна инновационная среда, полученная в секторе CSP, в частности, на установках CSP с параболическим желобом, включает использование масел-теплоносителей, таких как Therminol-66 компании Eastman. Одним из примеров является проект CSP мощностью 16,6 МВт, который является частью гибридной солнечной биомассовой установки Brønderslev в Дании. Therminol-66 (вместе с этиленгликолем и гранулами оксида алюминия) планируется испытать в экспериментальной системе распределения тепловой энергии Национальной лаборатории Айдахо — проекте, в рамках которого в декабре 2020 года началась оценка функциональной совместимости ядерных реакторов, накопителей энергии и вспомогательных процессов в реальных условиях. настройка мира.

2. Система хранения электрической и тепловой энергии (ETES) Siemens Gamesa Renewable Energy (SGRE) в Гамбурге, Германия, начала работу в июне 2019 года. Система содержит около 1000 тонн вулканической породы в качестве носителя энергии. В него подается электрическая энергия, преобразуемая в горячий воздух с помощью резистивного нагревателя и воздуходувки, которая нагревает породу до 750°С. Когда спрос достигает пика, ETES использует паровую турбину для повторной электрификации накопленной энергии. «Таким образом, пилотная установка ETES может хранить до 130 МВтч тепловой энергии в течение недели», — сказали в SGRE. Предоставлено: СГРЭ

Теплоаккумулятор щебня. Системы TES, в которых используется щебень, завоевывают все большую популярность в энергетическом пространстве, главным образом, благодаря своей недорогой способности обеспечивать крупномасштабное накопление тепла. Компания Siemens Gamesa Renewable Energy (SGRE) утверждает, что с момента запуска в 2019 году пилотного проекта накопителя электрической тепловой энергии (ETES) мощностью 30 МВт/130 МВтч (с резистивным нагревателем мощностью 5,4 МВт) в Гамбурге (рис. 2) (рис. 2) компания Siemens Gamesa Renewable Energy (SGRE) вызвал интерес к системе, работающей в диапазоне температур от 180°C до 750°C. SGRE заявляет, что ее технология, которая, по сути, использует электроэнергию из сети для нагревания вулканических камней, может быть преобразована обратно в электроэнергию с помощью паротурбинного генератора мощностью 1,4 МВт и может производить электроэнергию в течение 24 часов. По его словам, такой подход может дать тепловым электростанциям вторую жизнь.

3. В высокотемпературном накопителе тепловой энергии bGen компании Brenmiller Energy в качестве материала для хранения используется дробленая горная порода, но он также включает теплообменники и парогенератор. Предоставлено: Brenmiller Energy

На ядерном фронте Westinghouse исследует систему для новых реакторов с водой под давлением, в которой пар используется для нагревания масла, которое, в свою очередь, переносит его в бетон в сборных коробках. В решении используются «тонкие пластины с узкими зазорами» для создания «огромной площади поверхности по отношению к объему и минимизации доли масла». В Южной Корее исследователи разработали систему хранения и рекуперации ядерного тепла, сопряженную с реакторной установкой APR1400. Система представляет собой уплотненный слой породы Hornfels с теплом, подаваемым нефтью Therminol-66. Технологический цикл по существу включает отвод пара из парового цикла APR1400 перед турбиной высокого давления, его конденсацию и охлаждение в теплообменниках, а затем транспортировку горячего масла за пределы площадки в конфигурацию с уплотненным слоем для хранения.

Другим ярким примером является проект, начатый в июне этого года Управлением по энергетике Нью-Йорка и Исследовательским институтом электроэнергетики (EPRI) по исследованию системы TES израильской фирмы Brenmiller Energy для высокотемпературной дробленой породы (рис. 3) в ряде активов по производству ископаемого топлива. . Система Brenmiller мощностью 4 МВт/23 МВтч была также установлена ​​на газотурбинной установке Enel с комбинированным циклом в Италии между газовой и паровой турбинами. «bGen заряжается остаточным малоценным паром и сбрасывает перегретый пар в часы пиковых тарифов, чтобы обеспечить переключение энергии, более быстрый выход на проектную мощность и другие потоки доходов», — сказал Бренмиллер.

Бетонное хранилище тепловой энергии. EPRI и Storworks Power со штаб-квартирой в Колорадо (компания, ранее известная как Bright Energy Storage) изучают технологию, которая использует бетон для хранения энергии, вырабатываемой тепловыми энергетическими объектами, включая электростанции, работающие на ископаемом топливе, атомные электростанции и CSP. Недавние лабораторные испытания подтвердили конструкцию, в которой, по сути, используются большие бетонные блоки, сложенные рядом с электростанцией, и они нагреваются через трубы, встроенные в блоки, перенаправленным паром, произведенным заводом, когда мощность завода не требуется для сети.

«Когда необходимо снова увеличить выработку электроэнергии, нагретая питательная вода из станции закачивается в трубы и преобразуется в перегретый пар для выработки электроэнергии на отдельной паровой турбине. В то же время пар, вырабатываемый электростанцией, направляется обратно на главную турбину электростанции для получения дополнительной мощности», — говорится в сообщении EPRI. «Этот подход может увеличить время работы завода при полной нагрузке, повысить эффективность и уменьшить ущерб, который может возникнуть в результате циклического включения и выключения и других динамических режимов».

4. Storworks Power и Исследовательский институт электроэнергетики продемонстрируют бетонную систему хранения тепловой энергии номинальной мощностью 10 МВтч-эл на угольной электростанции Гастон компании Alabama Power. Система будет состоять из 60 блоков, каждый весом 18 тонн с емкостью хранения около 200 кВтч. Хотя система находится в пилотном масштабе, более крупные системы коммерческого масштаба могут быть развернуты простым добавлением блоков. Предоставлено: Storworks Power

EPRI и Storworks Power в настоящее время работают с Southern Co. и инжиниринговой компанией United E&C, чтобы продемонстрировать оптимизированную конструкцию на заводе Alabama Power в Гастоне (рис. 4) в рамках проекта, поддержанного Министерством энергетики США. Строительство началось в сентябре 2021 года, и ожидается, что демонстрация 10 МВтч-эл завершится к концу 2022 года. стоимость менее 100 долларов за кВтч, что значительно ниже капитальных затрат на литий-ионные батареи. «При цене около 65 долларов за тонну бетон составляет менее 10% от стоимости расплавленных солей, которые в настоящее время используются для хранения тепла», — сказал главный технический руководитель EPRI Скотт Хьюм. «При потерях тепла около 1% в день бетонные системы потенциально могут обеспечить хранение в течение нескольких дней, что необходимо на рынках энергии, где преобладают ветровая и солнечная энергия. Это намного больше четырех часов хранения, возможных для современных систем хранения аккумуляторов в масштабе сети. В будущем потребуется несколько дней хранения, чтобы перевести солнечную и ветровую энергию с периодов избыточного производства на периоды ограниченного производства».

Нагретый песок. Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в конце августа объявили, что они находятся на «поздней стадии» испытаний прототипа ТЭС, в которой используется недорогой кварцевый песок. Проект «ENDURING», для которого Babcock & Wilcox имеет эксклюзивное опционное соглашение об интеллектуальной собственности, по сути, подает частицы песка через массив электрических резистивных нагревательных элементов, чтобы нагреть их до 1200 ° C — «представьте, что песок проливается через гигантский тостер», — сказал NREL. POWER — и самотеком подает их в изолированные бункеры для хранения тепловой энергии. По его словам, базовая система может хранить 26 000 МВтч. В периоды высокого спроса на электроэнергию горячие частицы подаются самотеком через теплообменник, нагревая и повышая давление рабочего газа внутри, чтобы приводить в действие турбомашины и генераторы вращения, которые вырабатывают электричество для сети.

Технология фазового перехода. Peregrine Turbine Technologies (PTT) из штата Мэн, австралийская MGA Thermal и Cianbro Corp. из штата Мэн работают над первой в своем роде системой TES мощностью 1 МВт/16,5 МВтч на существующей солнечной фотоэлектрической установке в штате Мэн, которая будет интегрировать технологию фазового перехода сплава с зазором смешиваемости и турбомашину сверхкритического диоксида углерода PTT. Как сказал Роберт Брукс, директор по развитию бизнеса и соучредитель PTT, МОЩНОСТЬ в ноябре, TES не предназначен для конкуренции с батареями по быстродействию, даже если он может быть дешевле, чем батареи, когда продолжительность отправки составляет четыре часа или более при номинальной мощности. «Из-за стоимости емкости всегда будет некоторое время, когда TES предлагает более низкую стоимость, чем батареи. Если требуется быстроразрядная емкость, то самым дешевым решением будет гибридное решение [литий]-ион/TES, в котором батареи используются для мгновенной поддержки и поддержки частоты, а TES обеспечивает емкость», — пояснил он. Движущей силой внедрения технологии TES, скорее всего, будет ее стоимость в долларах за МВтч, «скорее ее операционная гибкость для глубокого циклирования для получения дохода, ее увеличенное время работы и потенциал для захвата мощности, которая плохо используется», Брукс предложенный.

Предлагая другой подход к PCM, австралийская фирма 1414 Degrees разрабатывает SiBox, TES на основе расплавленного кремния, который нагревается за счет избыточной энергии (хранится при температуре 1414°C — отсюда и название компании). «Ключевым прорывом SiBox является сочетание уникального PCM и конструкции защитной оболочки, которая использует свойства скрытой теплоты кремния для хранения тепловой энергии, решая при этом ключевые задачи, такие как предотвращение окисления, управление изменением объема во время плавления и затвердевания, а также управление интерференцией. -реакция с защитными материалами», — заявила компания в октябре. Недавно компания получила от Woodside инвестиции в размере 2 млн австралийских долларов для запланированной демонстрации демонстрационного модуля мощностью 1 МВтч. Если демонстрация, которую планируется ввести в эксплуатацию в 2023 году, подтвердит технологию, 1414 Degrees планирует построить многомодульный проект мощностью 75 МВтч.

CAES и LAES. Системы, использующие механические и тепловые сопряженные системы, также заметно продвинулись на демонстрационном этапе. Канадская фирма Hydrostor, разработчик передовой технологии CAES (A-CAES), в этом году представила два гигантских проекта, которые могут быть запущены к 2026 году, чтобы поддержать стремление Калифорнии к надежности, особенно после закрытия атомной электростанции Diablo Canyon. В ноябре он подал заявку на государственную сертификацию 400-мегаватного энергоаккумулятора Печо с продолжительным режимом работы 8 часов. Тем временем Hydrostor все еще разрабатывает еще более крупный проект Gem A-CAES мощностью 500 МВт/4000 МВтч в округе Керн, штат Калифорния. Он также разрабатывает проект мощностью 200 МВт совместно с австралийской энергетической компанией Energy Estate для обеспечения надежности в Новом Южном Уэльсе.

Тем временем, после нескольких лет испытаний и демонстраций, компания Highview Power, разработчик криогенной системы хранения энергии LAES, строит свой первый коммерческий объект. Планируется, что объект CRYOBattery мощностью 50 МВт/250 МВтч в Кэррингтон-Виллидж, недалеко от Манчестера в Великобритании, начнет работу в 2022 году. универсальность системы. «Наша технология имеет большие массы вращающегося оборудования — от компрессоров до воздушной турбины и генератора — которые обеспечивают инерцию, синхронизированную с сетью, обеспечивая реактивную мощность и обеспечивая возможности балансировки сети», — сказал он.

— Сонал Патель — старший помощник редактора POWER ( @sonalcpatel , @POWERmagazine ).

Хранение тепловой энергии • Резервуары DN

Уже более 30 лет компания DN Tanks проектирует и изготавливает резервуары из предварительно напряженного бетона для стратификации и хранения охлажденной воды для процесса хранения тепловой энергии (TES). Каждый из этих резервуаров водонепроницаем и работает по сей день.

КАК РАБОТАЕТ ТЕС?

Хранение тепловой энергии является проверенной технологией уже более трех десятилетий. Резервуары TES — это резервуары, используемые для хранения энергии в системах централизованного холодоснабжения с охлажденной водой. Эти специальные резервуары изолированы и имеют специальные внутренние «диффузорные» системы. Это позволяет двум частям воды находиться в баке во время зарядки и слива охлажденной воды.

Узнать больше

Снижение затрат

Снижает затраты на электроэнергию и эксплуатационные расходы:

• Снижает затраты на электроэнергию за счет постоянного снижения пикового потребления электроэнергии с помощью резервуара TES.

Резервуары

• TES позволяют владельцам участвовать в программах Demand Response, сокращая их счета за коммунальные услуги.
• Переключение потребления электроэнергии системой централизованного холодоснабжения с дневного на ночное время снижает потребление электроэнергии.

Резервуары

• TES позволяют владельцам участвовать в программах ценообразования в пиковые и внепиковые периоды, что снижает затраты на электроэнергию.

Повышенная мощность

Повышает эффективность и выходную мощность электрогенераторов, работающих на природном газе:

• Резервуары TES в сочетании с охлаждением на входе в турбину максимизируют выходную мощность электростанций, работающих на природном газе.

Резервуары

• TES минимизируют паразитную нагрузку на систему охлаждения на входе в турбину во время пиковых событий на спотовом рынке.

Резервуары

• TES могут помочь увеличить выходную мощность неохлаждаемых турбин внутреннего сгорания на природном газе до 20%.

Резервуары

• TES могут быть добавлены к существующим установкам охлаждения на входе в турбину.

Увеличение мощности

Увеличение мощности охлаждения существующего кампуса:

• Использование бетонного резервуара для хранения тепловой энергии для удовлетворения возросших нагрузок по охлаждению и предотвращения капитальных затрат на установку нового чиллера, градирни и насосов .
• Используйте резервуар TES, чтобы увеличить время безотказной работы предприятия и обеспечить более регулярное техническое обслуживание оборудования, тем самым увеличивая срок службы и эффективность системы охлаждения.
• Избыточная холодопроизводительность центральной станции в ночное время может быть использована для зарядки резервуара ТЭС, после чего накопленная мощность ТЭС может обеспечить охлаждение в дневное время.

Критически важная безопасность

Обеспечивает владельцам бесперебойную работу критически важных операций:

• Резервуар TES похож на виртуальную батарею охлажденной воды, которую можно использовать в качестве формы бесперебойного охлаждения для центра обработки данных. .

Резервуары

• TES обеспечивают избыточную холодопроизводительность на случай неожиданного отключения холодильного оборудования или преднамеренного отключения для технического обслуживания или «тестирования отключения».