¨ генераторы тепла (ГГ);
¨ генераторы электрической энергии (ЭГ);
¨ генераторы механической энергии, двигатели (Д).
- Генераторы тепла по виду получаемой энергии делятся на:
¨ химические – топки, камеры сгорания и т. п.;
¨ ядерные и термоядерные – реакторы и ядерные батареи;
¨ солнечные световые нагреватели;
¨ электрические – электрические нагреватели;
¨ механические (МТГ) – сварка трением, механические тормоза;
¨ тепловые – теплообменники, тепловые насосы.
- Генераторы электрической энергии (ЭГ) делятся:
¨ химические – гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы;
¨ ядерные и термоядерные;
¨ световые – фотоэлементы;
¨ электрические – трансформаторы, преобразователи (по частоте, постоянного тока в переменный и обратно);
¨ тепловые – термоэлектрические и термоэмиссионные преобразователи;
¨ механические – обычные (машинные) и необычные (безмашинные).
- Генераторы механической энергии различают:
¨ химические – мышцы живых организмов;
¨ ядерные и термоядерные – реакторы, дающие тягу без промежуточного превращения ядерной энергии в тепло;
¨ тепловые;
¨ электрические;
¨ световые – солнечные паруса;
¨ механические – ветро и гидроустановки, приливные;
¨ термоэлектромагнитные – плазменные, ионные, электроракетные (электрореактивные) двигатели.
1.3 Область использования основных видов НИЭ.
Область и перспектива применения НИЭ определяется видом энергии (излучение, тепловая пара и воды, механическая, химически связанная и др.),характером её поступления (изменение интенсивности поступления в течение суток, года, зависимость её от климатических и географических условий),технико-экономическими характеристиками и технологией её использования (уровнем развития техники).
Технические группы НИЭ делятся по целевому использованию на четыре группы:
- Системы для выработки тепловой энергии:
¨ Солнечные коллекторы (в основном с плоскими гелиоприёмниками) для получения низкотемпературной теплоты (отопление помещений, воды в бассейнах и т. п.);
¨ Системы для опреснения воды и получения соли;
¨ Тепловые насосы и холодильники для теплоснабжения потребителей;
¨ Система оптических преобразователей (солнечные печи);
¨ Системы теплоснабжения на базе геотермальной энергии;
¨ Системы получения высокотемпературной тепловой энергии для термохимического разложения воды и получения водорода;
- Системы получения электрической энергии:
¨ Солнечные электростанции на основе термодинамического цикла;
¨ Солнечные электростанции на основе прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэнергетики;
¨ Ветроэнергетические установки;
¨ Гидроэлектростанции небольшой мощности (до 200 кВт);
¨ Приливные электростанции;
¨ Электростанции на основе использования температурного градиента океана, энергии волн;
- Системы получения искусственного топлива:
¨ Производство органического топлива путем ферментации отходов сельскохозяйственной и городской деятельности (биотопливо);
¨ Каталическое разложение воды при низкой и высокой температуре для получения водорода;
¨ Производство спиртов из биомассы с использованием в качестве добавок к традиционному жидкому топливу (в основном для нужд транспорта);
¨ Производство синтечиского топлива из угля;
- Установки для получения механической энергии (ветроустановки и т.п.);
В современной экономике 80% всей энергии используется в виде теплоты.
Для получения промышленными потребителями высокотемпературных энергоносителей (свыше 600оС), способных заменить органическое топливо, могут быть использованы водород и синтетическое топлива из биомассы или угля. В области средних (200-400 оС) и низких температур (20-200оС) для потребителей коммунально-бытового назначения (отопление, вентиляция, конденционирование воздуха, горячее водоснабжение, бани, прачечные, бассейны, парники, выпарные установки), сушильни химической промышленности, пищевой промышленности могут быть использованы солнечная и геотермальная энергия. В современном энергоснабжении имеем примерно следующую структуру распределения топлива и энергии по секторам экономики:
- промышленность и сельское хозяйство – 30-50%;
- транспорт – 20-25%;
- непроизводственная сфера – 25-50%;
Например, в 1996 году структура распределения электроэнергии в мире была следующая:
1. Промышленность – 43% (в 1972 году – 52.2%);
2. Транспорт – 2.1%;
3. Сельское хозяйство, жилой, коммерческий сектор, сфера услуг – 54.9%.
1.4. Принципы производства и использования НИЭ.
| Источник энергии | Вид энергии | Использование энергии |
| 1. Солнце | Солнечная энергия – прямая форма | - Производство тепловой энергии термодинамическим методом. Производство электрической энергии термодинамическим и фотоэлектрическим метолом.- Производство водорода для аккумулирования солнечной энергии при помощи электролиза, фотосинтеза.- Производство тепловой энергии термодинамическим методом в сопряжении с тепловыми насосами. |
| Косвенные формы солнечной энергии | ||
| 2. Ветер | Кинетическая энергия ветра | Системы механического привода насосов, электрогенераторов, вентиляторов и т. п. |
| 3. Вода | Кинетическая энергия падения воды, морских волн, приливов и отливов | Производство электроэнергии, гидропривод используется в теплонасосных установках для преобразования в тепловую энергию более высокого потенциала. |
| 4. Биомасса | Преобразованная энергия солнечного излучения за счет явления фотосинтеза | В качестве органического топлива для производства теплоты и электроэнергии, производство водорода.Производство топлива (этанола, метана) из сельскохозяйственных структур и отходов. |
| 5. Гео-термальная энергия | 1) Тепловая энергия глубинных зон земли.2) Тепловая низкопо-тенциальная энергия приповерхносных зон земли | 1) Получение тепла и холода, производство электрознергии.2) Используется для регазификации сжиженных газов. |
| 6. Ядерная энергия | Кинетическая энергия нейтронного излучения в процессе деления или синтеза атомных ядер | - Производство тепловой и электрической энергии реакторами – размножителями и термоядерными установками.- Производство водорода (тепло-химических способом с использованием высокотемпературных реакторов) электролизом.- Производство синтетического топлива из угля с использованием низкотемпературных реакторов. |
1.5 Технико-экономические показатели НИЭ.
В настоящее время, очевидно, что органические (традиционные, невозобновляемые) топлива будут играть преобладающую роль, по крайней мере, до 2020 года. Сопоставление потребностей человека в энергии и ресурсов показывает, что возможность их удовлетворения с помощью традиционных и нетрадиционных источников энергии не вызывает сомнения практически для любого планируемого перспективного срока.
Пример: 1989 году мировое потребление энергии приблизительно составляло – 9.067×109 т. н. э. (1 т. н. э.= 44 ГДж = 10.5 Гкал);
- Извлекаемые запасы свободной нефти, т. – около (250-350)×109;
- Достоверные промышленные запасы природного газа, м3 – (50-70)×1012;
- Допустимые для промышленной выробатки запасы угля, т. – около 10×1012.
Постепенное истощение легкодоступных дешевых энергетических топлив и ухудшение экологичесикх условий жизни требуют разработки новых энергетических систем, технологических решений и организационных приёмов, основанных как на более эффективном использовании традиционных энергоресурсов (энергосбережении), так и на широком развитии нетрадиционных экологическиболее чистых возобновляемых источников энергии.
Решающим фактором в развитии энергетических систем остаётся стоимость энергии. Содержание этого понятия расширяется вследствие более полного учета затрат в сопряженных отраслях (добывающие отрасли, транспорт, утилизация отходов, предотвращение вредных выбрасов, изъятия земель, металлоёмкость источников энергии и оборудования и т. п.). В связи с этим необходимо учитывать социальные затраты при производстве энергии.
По некоторым оценкам “социальные” затраты, внешние по отношению к процессу непосредственного производства энергии при выработке электроэнергии с использованием угля, газа, нефти, ядерного топлива с учетом требований к охране окружающей среды составляют примерно 200% технологических.
Приведём данные по сопоставлению НИЭ с учетом последних достижений в технологии их использования:
Стоимость 1кВт установленной мощности электростанций.
Таблица 1.2.
| Наименование станции | USD/кВт |
| КЭС газ, мазут | 850 – 1000 |
| КЭС уголь | 1150 – 1300 |
| АЭС | 1500 – 2500 |
| ПГУ (парогазотурбинные установки) | 660 – 890 |
| ВЭС (ветроэлектростанция) | 1000 – 2850 |
| МиниГЭС (до 200 кВт) | 500 – 700 |
| Станция на биогазе из отходов животноводства | 1200 – 1400 |
| Дизель-генератор | 400 – 500 |
На примере США (северо-западный регион) имеем следующую себестоимость энергии различных энергоисточников:
Таблица 1.3.
| Источник энергии | Себестоимость кВт×ч в USD | Источник энергии | Себестоимость кВт×ч в USD |
| Уголь | 0.052 – 0.063 | Улучшение эффективности ТЭЦ | 0.003 – 0.005 |
| Атомная | 0.036 – 0.045 | Солнце | 0.086 |
| Геотермальная | 0.051 | Биомасса | 0.075 |
| Гидро | 0.021 – 0.06 | Ветер | 0.047 – 0.72 |
| Тепло-электро (совместная) энергия | 0.038 – 0.059 | Энергосбережение | 0.017 – 0.045 |
Отдавая предпочтение тому или иному источнику энергии, следует учитывать сроки строительства станций и сроки их окупаемости. Именно последние сегодня сдерживает капиталовложения в энергетику.