Для получения электроэнергии не обязательно сжигать углеводородное топливо на тепловых электростанциях. В концепции «зеленой энергетики» все большую популярность набирают электростанции на возобновляемых источниках энергии. В статье рассмотрим основные типы таких электростанций и принципы их работы.
Солнечные электростанции
Принцип действия
Солнечные элементы преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Фотоэлементы собираются в плоские панели, которые можно устанавливать на крышах зданий или в других солнечных местах. Они генерируют электроэнергию без движущихся частей, работают тихо, без вредных выбросов и требуют минимального обслуживания. Отдельный фотоэлектрический элемент производит небольшое количество электроэнергии. Для увеличения выработки энергии несколько элементов соединяются между собой, образуя модуль.
Применение фотоэлектрических элементов
Составными частями панели являются фотоэлектрические элементы. Они работают от солнечного света и нашли широкое применение в устройствах с низким энергопотреблением. Например, в качестве источников питания для калькуляторов и часов. Более крупные блоки используются для обеспечения энергией более мощных потребителей:
- водяных насосов,
- систем связи в отдаленных районах
- метеорологических спутников и спутников связи.
Для замены или дополнения традиционного электроснабжения, на крышах домов могут быть установлены классические солнечные панели или панели из кристаллического кремния. Эти панели состоят из тонкопленочных солнечных элементов.
Зеркальные солнечные электростанции
Кроме фотоэлектрических солнечных электростанций широко применяются зеркальные солнечные электростанции. Они используют фокусирующие коллекторы для концентрации солнечного света. Эти коллекторы собирают солнечный свет с большой площади и передают его на небольшой зачерненный приемник. Таким образом, энергия фокусируется в одной точке — парогенераторе.
Зеркала собираются в массивы и тщательно выравниваются. Сфокусированного солнечного света достаточно, чтобы нагреть приемник до температуры 2000 °C или выше. Затем это тепло можно использовать для получения перегретого пара в парогенераторе или котле. Используемая для этого вода предварительно должна быть очищена от кислорода и углекислого газа чтобы не допустить образование коррозии. Вырабатываемый пар направляется в паротурбинную установку. Расширяясь на лопатках турбины, пар приводит во вращение ротор электрогенератора электростанции. Для эффективности выработки пара, подвижные зеркала должны быть расположены так, чтобы концентрировать как можно больше солнечного излучения в одной точке.
Ветровые электростанции
Что такое ветровая электростанция
Ветровая электростанция (или ветряк) — представляет собой группу ветряных турбин, используемых для производства электроэнергии.
Прежде чем мы сможем понять плюсы и минусы ветроэлектростанций, мы должны сначала получить общее представление о том, как работают ветроэлектростанции. Поскольку ветроэлектростанция состоит из нескольких ветряных турбин, расположенных в одном месте, важно знать, как работает турбина и принципы использования энергии ветра.
Использование энергии ветра — это процесс использования ветра для выработки электрической энергии. На протяжении веков ветер использовался для простых задач, таких как парусный спорт и запуск воздушных змеев. Также с помощью ветра мелили муку в ветряных мельницах и перекачивали воду.
Принцип работы
Ветряная турбина преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения, когда ветер вращает две или три лопасти вокруг ротора. Затем ветроколесо вращает ротор генератора для выработки электроэнергии.
Ветряные турбины также бывают разных размеров, в зависимости от их назначения. Воздушные турбины, из которых состоит ветроэлектростанция, имеют самые большие лопасти и могут вырабатывать 5000-8000 киловатт электроэнергии. Небольшие турбины для домашнего использования вырабатывают 10 киловатт.
Типы турбин на ветряках
Существует 2 типа ветряных турбин:
- Турбины с горизонтальной осью
- Турбины с вертикальной осью
Большинству людей знакомы турбины с горизонтальной осью, которые имеют три лопасти, похожие на гигантский вентилятор.
Ветряные турбины с вертикальной осью по внешнему виду похожи на большие венчики для взбивания яиц. Они обычно используются для жилых целей и небольших ветроэнергетических проектов в отличие от эксплуатации ветроэлектростанций.
Волновые электростанции
Энергия волны
Энергия волн — это зеленая форма энергии, которая возникает в результате взаимодействия ветра и воды. Кинетическая энергия ветра передается морской воде в результате чего образуются волны. Волновая энергия отличается от приливной. Первая генерируется ветром. Приливная энергия характеризуется течениями под действием силы тяжести и вращения Земли.
Поскольку энергия волн поступает от непрерывно поднимающейся и опускающейся воды, объекты, способные накапливать и преобразовывать эту возобновляемую энергию, должны подвергаться воздействию волн. В настоящее время нет доминирующей технологии для использования энергии волн. Это обусловлено различиями в потенциальной мощности волн по всему миру. Тем не менее, существуют три основные технологические парадигмы для получения энергии волн:
- колеблющееся тело,
- колеблющийся или осциллирующий водяной столб
- устройство для долива.
Технологии волновой энергетики классифицируются в соответствии с методом, используемым для улавливания волн, системой отбора мощности и местоположением (береговая линия, офшор или прибрежная зона). Крайне важно понимать, как работает каждая технология, чтобы проводить различие между ними.
Технология использования волновой энергии
Точечные буи-поглотители плавают на поверхности воды и удерживаются на месте с помощью тросов. Эти устройства используют подъем и спад океанских волн для приведения в действие гидравлических насосов. Насосы подают воду под давлением на гидрогенераторы. Гидрогенератор — это совокупность гидротурбины и электрического генератора. Однако, наличие буев может повлиять на морскую флору и фауну (кабели могут привести к запутыванию животных).
Поверхностный аттенюатор или гидроволновой преобразователь работает аналогично точечным буям-поглотителям. В составе этих устройств несколько плавающих сегментов, которые образуют гидроволновой преобразователь. Сегменты расположены перпендикулярно набегающим волнам и соединены друг с другом. Волны создают изгибающее движение, которое приводит в действие гидравлические насосы. Насосы подают воду под давлением на гидрогенераторы для выработки «зелёной» электроэнергии.
Геотермальные станции
Возобновляемая энергия за счет использования тепла Земли
Генерация электроэнергии из геотермальной энергии основана на использовании тепловой энергии недр земли для создания пара. Вырабатываемый пар приводит в действие паровую турбину и генератор для выработки электроэнергии.
Поток пара, используемый для извлечения геотермальной энергии из земли, образуется из дождевой воды, просачивающейся под землю и нагреваемой магмой. Количество тепла, которое производит магма практически безгранично. Осадки в виде дождя бесконечно повторяются в результате атмосферных явлений Земли. Таким образом, использование подземного пара является частью бесконечно повторяющихся циклов сбора энергии. Поэтому геотермальная энергия является возобновляемой.
Стабильная и устойчивая 100% внутренняя природная энергия
Геотермальная энергия имеет преимущества над солнечной энергией или энергией ветра. На последние влияют сезонные и погодные факторы. Геотермальная энергия, использующая стабильную тепловую энергию недр земли, независима от сезонных и погодных факторов. Это обеспечивает стабильное и устойчивое производство электроэнергии.
Пример. Япония – страна вулканического происхождения с обильной геотермальной энергией. Поэтому, с использованием геотермальной энергии эта страна стала свободна от влияния экономических изменений за рубежом и колебаний поставок, связанных с импортом топливных ресурсов, необходимых для энергетики. Геотермальная энергия обеспечивает независимую и стабильную выработку электроэнергии. На рисунке ниже фото геотермальной электростанции Мацукава
Бинарные геотермальные электростанции
Бинарные геотермальные электростанции являются одним из трех основных типов геотермальных электростанций, используемых в для производства «зелёной» электроэнергии. О двух других рекомендуем прочитать в статье.
Бинарные геотермальные электростанции могут производить электроэнергию из геотермальной воды при низкой температуре, всего 57°C. Количество доступных ресурсов с преобладающей температурой воды при менее 150°C намного больше, высокотемпературных. Это означает, что бинарные установки имеют гораздо больший потенциал для широкого применения, другие типы геотермальных электростанций. Капитальные затраты на установку бинарных геоэлектростанций ниже, поскольку нет необходимости бурить глубоки скважины, чтобы получить термальные воды подходящей температуры. Создание скважины обычно составляет 30-50% от общей стоимости строительства геотермальных электростанций.
Бинарные геотермальные электростанции выигрывают в связи с низкими затратами на техническое обслуживание турбины. Это объясняется тем, что рабочая жидкость не вызывает коррозии и не образует накипи на проточной части турбин. В схемах геотермальных электростанций, использующих метод получения сухого пара или мгновенного испарения, не возможно избежать образования накипи, коррозии и проблем, связанных с неконденсируемыми газами содержащимися в паре. В бинарных геотермальных электростанциях таких проблем нет.
