Всего за 209.9 руб. Купить полную версию
Рис. 43. Солнечная электростанция в пустыне Мохаве (США)
Каждая башня имеет свой центр управления, а также имеется общий центр управления, откуда контролируется работа всей системы. Каждое из зеркал может изменять угол наклона и направление наклона по команде из центра. Раз в две недели зеркала омываются. Вся система состоит из 22 миллионов отдельных деталей. Максимальная мощность станции составляет 392 МВт, а ее стоимость 2,2 млрд долларов, что в несколько раз превышает стоимость тепловых электростанций аналогичной мощности. Есть и другие серьезные проблемы: более 300 тысяч зеркал очень сильно нагревают воздух (температура коллекторов достигает 540 градусов Цельсия), что приводит к смерти птиц, которые пролетают мимо. Поэтому серьезно рассматривается вопрос влияния подобных электростанций на окружающую среду, и не исключено, что Ivanpah может стать последней электростанцией данного типа. Но главное – это огромные удельные капитальные вложения и сложность используемого оборудования, многократно превышающие данные показатели для других источников, необходимость огромных площадей для его размещения и непостоянство и непредсказуемость количества производимой энергии.
3.3.3. Энергия ветра
Ветровая электроэнергетика, появившаяся еще в конце XIX века, в течение последних 6 лет была наиболее быстро развивающимся видом возобновляемой энергетики, годовые темпы роста в которой достигали почти 30 % (рис. 44). К началу 2015 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 369 ГВ, а количество произведенной ими электрической энергии достигло 3 % всей произведенной человечеством электрической энергии. Более 30 % установленных мощностей приходится на Китай, около 18 % – на США и более 10 % – на Германию. За счет этого источника, в основном установок, размещенных в море вблизи побережья (рис. 48), Дания покрывает около 40 % своих потребностей в электроэнергии. Германия покрывает за счет ветроэнергетики 8,6 % потребности в электроэнергии, а Китай – 1,3 %. Существуют планы дальнейшего развития ветроэнергетики, согласно которым к 2020 г. мощность ветроэнергоустановок только в странах Евросоюза достигнет 180 ГВт.
Рис. 44. Ветроустановки на суше и у побережья
Однако столь высокие темпы, характерные для начального этапа освоения этого источника энергии, вряд ли удастся удержать. Наиболее продуктивные с географической и потребительской точки зрения места расположения ветроэнергоустановок уже освоены, что ведет к закономерному падению темпов развития ветровой энергетики (рис. 45).
Рис. 45. Ежегодные темпы прироста мощностей в мировой ветроэнергетике (Источник: BP Statistical Review of World Energy, 2015)
В ближайшие годы ожидается заметное технологическое продвижение, в частности, разработка турбин мощностью выше 5 МВт, хотя 80 % мировой ветроэнергетики приходится на турбины класса 1,5–2,5 МВт. Мощность ветрогенератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора, и его высоты над поверхностью. Например, турбины мощностью 3 МВт имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров. Ветрогенератор начинает вырабатывать электроэнергию при скорости ветра 3 м/с и отключается при скорости ветра более 25 м/с. Вырабатываемая энергия пропорциональна скорости ветра в третьей степени, а максимальная мощность достигается при скорости ветра ~15 м/с.
Наиболее перспективными местами для размещения ветрогенераторов считаются прибрежные зоны морских акваторий. Но при этом стоимость инвестиций по сравнению с сушей повышается в 1,5–2 раза. Офшорные ветровые электростанции (рис. 46) обычно строятся в море на расстоянии 10–12 км от берега. Их башни устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.
Хотя энергия ветра, в отличие от ископаемого топлива, практически неисчерпаема, доступна и более чистая с экологической точки зрения, сооружение ветровых электростанций сопряжено с определенными трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков создает проблемы надежности производства электроэнергии. Но главное, ветроэнергетика остается одним из наиболее дорогих источников электричества. Средняя стоимость современной крупной ветровой наземной станции составляет около 1 000 долларов/кВт установленной, т. е. максимально возможной (пиковой) мощности. Стоимость возведения морской станции может быть на 35-100 % выше. В эту стоимость не включены потенциальные затраты на интеграцию с энергосистемами и на создание мощностей по аккумуляции энергии. Себестоимость производимой электроэнергии на лучших береговых электростанциях сейчас снизились до 0,03-0,04 долл./кВтч. Снижение средней скорости ветра резко увеличивает себестоимость электроэнергии. Различия электростанций, разброс показателей капитальных затрат и средних показателей скорости ветра приводят к существенным колебаниям себестоимости ветровой энергии в различных странах и регионах: от 0,03 до 0,20 долл./кВтч. Пока на большинстве рынков ветровая энергия неконкурентоспособна, поэтому ситуация смягчается льготными тарифами для этого вида энергетики.
3.3.4. Геотермальная энергетика
Геотермальная энергетика использует для производства электрической энергии энергию, содержащуюся в недрах земли. В вулканических районах вода, циркулирующая в подземных горизонтах, на относительно небольших глубинах перегревается выше температуры кипения и по трещинам поднимается к поверхности, иногда выходя в виде гейзеров. Доступ к подземным теплым водам возможен при помощи бурения скважин.
Более распространены сухие высокотемпературные породы, энергия из которых может быть получена при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий. Геотермальные источники широко используются в энергетике и хозяйстве во многих странах: США, Исландии, Новой Зеландии, Италии, Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении и других.
Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика.
Рис. 46. Схема получения геотермальной энергии
Петротермальная энергетика связана с глубинными температурами Земли, средняя скорость повышения которых с глубиной – около 2,5 °C на каждые 100 метров. На глубине 5 км температура составляет примерно 125 °C, а на 10 км – около 250 °C. Добыча тепла производится посредством бурения двух скважин, в одну из которых закачивается вода, которая, нагреваясь, попадает в смежную скважину и выходит в виде пара (рис. 46). Главная проблема данного вида энергетики на сегодня – рентабельность.
Гидротермальная энергетика основана на использовании природных источников перегретых подземных вод, которыми обладают многие вулканические зоны планеты, в том числе Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд. Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для этих целей. Высокотемпературное тепло вулканических районов и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии, а непосредственное устройство станции зависит от используемого источника геотермальной энергии.
Большие объемы подземных термальных вод имеются в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России, а также в Казахстане. На 2006 г. в России было разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. м/сутки. На 20 месторождениях ведется промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкесия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край). Сейчас геотермальная энергетика обеспечивает 30 % выработки электроэнергии на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мутновская ГеоЭС) (рис. 47).