Эрчим хүчний төрөл: уламжлалт ба өөр хувилбар. Ирээдүйн эрчим хүч

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Одоо байгаа бүх эрчим хүчний салбарыг төлөвшсөн, хөгжиж буй, онолын судалгааны шатанд байгаа гэж нөхцөлт байдлаар хувааж болно. Зарим технологийг хувийн эдийн засагт ч ашиглах боломжтой байдаг бол заримыг нь зөвхөн үйлдвэрлэлийн дэмжлэгийн хүрээнд ашиглах боломжтой. Орчин үеийн эрчим хүчний төрлүүдийг янз бүрийн байр сууринаас авч үзэж, үнэлэх боломжтой боловч эдийн засгийн үндэслэл, үйлдвэрлэлийн үр ашгийн бүх нийтийн шалгуур нь үндсэн ач холбогдолтой юм. Өнөөдөр уламжлалт болон өөр эрчим хүч үйлдвэрлэх технологийг ашиглах тухай ойлголт олон талаараа эдгээр параметрүүдээр ялгаатай байна.

Уламжлалт эрчим хүч

Энэ нь дэлхийн эрчим хүчний хэрэглэгчдийн 95 орчим хувийг хангадаг дулаан, эрчим хүчний үйлдвэрүүдийн өргөн давхарга юм. Нөөцийг бий болгох нь тусгай станцуудад явагддаг - эдгээр нь дулааны цахилгаан станцууд, усан цахилгаан станцууд, атомын цахилгаан станцууд гэх мэт объектууд юм. Тэд бэлэн түүхий эдийн баазтай ажилладаг бөгөөд боловсруулах явцад зорилтот эрчим хүчийг ашигладаг. үүсгэгддэг. Эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн дараах үе шатуудыг ялгадаг:

• Түүхий эдийг үйлдвэрлэх, бэлтгэх, хүргэхнэг буюу өөр төрлийн эрчим хүчийг үйлдвэрлэх объект. Эдгээр нь түлш олборлох, баяжуулах, нефтийн бүтээгдэхүүн шатаах гэх мэт үйл явц байж болно.
• Эрчим хүчийг шууд хувиргадаг нэгж, угсралт руу түүхий эдийг шилжүүлэх.
• Анхдагчаас хоёрдогч руу эрчим хүч хувиргах үйл явц. Эдгээр циклүүд нь бүх станцад байдаггүй, гэхдээ жишээлбэл, эрчим хүчийг түгээх, дараа нь хуваарилахад тохиромжтой байхын тулд түүний янз бүрийн хэлбэрийг голчлон дулаан, цахилгааныг ашиглаж болно.
• Дууссан хувиргасан эрчим хүчний засвар үйлчилгээ, түүнийг дамжуулах, түгээх.

Эцсийн шатанд нөөцийг эцсийн хэрэглэгчдэд илгээдэг бөгөөд энэ нь үндэсний эдийн засгийн салбар болон энгийн орон сууцны эзэд байж болно.

Дулааны эрчим хүчний үйлдвэр

Оросын хамгийн түгээмэл эрчим хүчний салбар. Тус улсын дулааны цахилгаан станцууд нүүрс, хий, нефтийн бүтээгдэхүүн, занарын орд, хүлэрт түүхий эд болгон ашиглаж 1000 гаруй МВт-ын хүчин чадалтай. Үүсгэсэн анхдагч эрчим хүчийг цаашид цахилгаан болгон хувиргадаг. Технологийн хувьд ийм станцууд нь тэдний алдар нэрийг тодорхойлдог олон давуу талтай байдаг. Эдгээрт үйл ажиллагааны шаардлагад нийцэхгүй байх, ажлын урсгалын техникийн зохион байгуулалтын хялбар байдал зэрэг багтана.

Хэрэглээний нөөцийг олборлож байгаа болон хэрэглэгчийн байрлаж байгаа газарт конденсацийн байгууламж болон дулааны цахилгаан станцын хосолсон хэлбэрээр дулааны цахилгаан станцыг шууд барьж болно. Улирлын хэлбэлзэл нь станцуудын тогтвортой байдалд нөлөөлдөггүй бөгөөд энэ нь ийм болгодогэрчим хүчний эх үүсвэрүүд найдвартай. Гэхдээ ДЦС-ууд нь шавхагдах түлшний нөөц ашиглах, хүрээлэн буй орчны бохирдол, их хэмжээний хөдөлмөрийн нөөцийг холбох хэрэгцээ гэх мэт сул талуудтай.

Усан цахилгаан станц

Эрчим хүчний дэд станц хэлбэрийн гидравлик байгууламжууд нь усны урсгалын энергийг хувиргасны үр дүнд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх зориулалттай. Өөрөөр хэлбэл, бий болох технологийн процесс нь хиймэл болон байгалийн үзэгдлийн хослолоор хангагдсан байдаг. Ашиглалтын явцад станц нь усны хангалттай даралтыг бий болгож, дараа нь турбины ир рүү чиглүүлж, цахилгаан генераторуудыг идэвхжүүлдэг. Гидрологийн эрчим хүчний төрлүүд нь ашигласан нэгжийн төрөл, байгалийн усны урсгалтай тоног төхөөрөмжийн харилцан үйлчлэлийн тохиргоо гэх мэт өөр өөр байдаг. Гүйцэтгэлийн үзүүлэлтээс хамааран дараахь төрлийн усан цахилгаан станцуудыг ялгаж болно:

• Жижиг - 5 МВт хүртэл хүчин чадалтай.
• Дунд - 25 МВт хүртэл.
• Хүчтэй - 25 МВт-аас их.

Усны даралтын хүчнээс хамааран ангилал мөн хамаарна:

• Нам даралтын станцууд - 25 м хүртэл.
• Дунд даралт - 25 м-ээс.
• Өндөр даралт - 60 м-ээс дээш.

Усан цахилгаан станцын давуу тал нь байгаль орчинд ээлтэй, эдийн засгийн хүртээмжтэй (үнэгүй эрчим хүч), шавхагдашгүй ажлын нөөц юм. Үүний зэрэгцээ, гидравлик байгууламж нь агуулахын дэд бүтцийн техникийн зохион байгуулалтад их хэмжээний анхны зардал шаарддаг бөгөөд хязгаарлалттай байдаг.станцуудын газарзүйн байршил - зөвхөн гол мөрөн хангалттай усны даралт өгдөг газар.

Цөмийн эрчим хүчний салбар

Нэг ёсондоо энэ нь дулааны эрчим хүчний дэд зүйл боловч бодит байдал дээр АЦС-ын гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүд нь дулааны цахилгаан станцаас хамаагүй өндөр эрэмбээр гардаг. Орос улс цөмийн эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн бүрэн мөчлөгийг ашигладаг бөгөөд энэ нь их хэмжээний эрчим хүчний нөөцийг бий болгох боломжийг олгодог боловч ураны хүдэр боловсруулах технологийг ашиглах нь асар их эрсдэлтэй байдаг. Аюулгүй байдлын асуудлыг хэлэлцэх, энэ салбарын зорилтуудыг сурталчлах ажлыг ОХУ-ын 17 бүс нутагт төлөөлөгчийн газартай "Цөмийн энергийн мэдээллийн төв" АНО гүйцэтгэдэг.

Реактор нь цөмийн эрчим хүч үйлдвэрлэх үйл явцыг гүйцэтгэхэд гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь атомын задралын урвалыг дэмжих зориулалттай нэгж бөгөөд энэ нь эргээд дулааны энерги ялгардаг. Ашигласан түлш, хөргөлтийн төрлөөс хамааран өөр өөр төрлийн реакторууд байдаг. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг тохиргоо нь энгийн усыг хөргөлтийн бодис болгон ашигладаг хөнгөн усан реактор юм. Ураны хүдэр нь цөмийн эрчим хүчний салбарын боловсруулах гол нөөц юм. Ийм учраас атомын цахилгаан станцууд нь ихэвчлэн ураны орд газруудын ойролцоо реакторуудыг байрлуулах зориулалттай байдаг. Өнөөдөр ОХУ-д 37 реактор ажиллаж байгаа бөгөөд нийт үйлдвэрлэх хүчин чадал нь жилдээ 190 тэрбум кВт.цаг орчим байна.

Алтернатив эрчим хүчний шинж чанар

Алтернатив эрчим хүчний бараг бүх эх үүсвэрийг харьцуулж үзвэл эерэг байдагсанхүүгийн боломж, байгаль орчинд ээлтэй байдал. Үнэн хэрэгтээ энэ тохиолдолд боловсруулсан нөөц (газрын тос, хий, нүүрс гэх мэт) нь байгалийн эрчим хүчээр солигддог. Энэ нь нарны гэрэл, салхины урсгал, дэлхийн дулаан болон бусад байгалийн эрчим хүчний эх үүсвэр байж болох бөгөөд одоо уламжлалт гэж тооцогддог ус судлалын нөөцийг эс тооцвол. Альтернатив эрчим хүчний тухай ойлголтууд эрт дээр үеэс бий болсон боловч өнөөг хүртэл дэлхийн эрчим хүчний хангамжид багахан хувийг эзэлж байна. Эдгээр салбаруудын хөгжил удаашралтай байгаа нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх үйл явцын технологийн зохион байгуулалттай холбоотой асуудлуудтай холбоотой юм.

Гэхдээ өнөөдөр альтернатив эрчим хүч идэвхтэй хөгжиж байгаагийн шалтгаан юу вэ? Байгаль орчны бохирдол, байгаль орчны асуудлыг ерөнхийд нь бууруулах шаардлагатай байна. Мөн ойрын ирээдүйд хүн төрөлхтөн эрчим хүчний үйлдвэрлэлд ашигладаг уламжлалт нөөц хомсдолтой тулгарч магадгүй юм. Тиймээс зохион байгуулалт, эдийн засгийн саад бэрхшээлийг үл харгалзан эрчим хүчний өөр хэлбэрийг хөгжүүлэх төслүүдэд улам их анхаарал хандуулж байна.

Газрын дулааны энерги

Гэртээ эрчим хүч авах хамгийн түгээмэл аргуудын нэг. Газрын дулааны энерги нь дэлхийн дотоод дулааныг хуримтлуулах, дамжуулах, хувиргах явцад үүсдэг. Аж үйлдвэрийн хэмжээнд газар доорхи чулуулгийг 2-3 км хүртэл гүнд, температур нь 100 хэмээс хэтрэх боломжтой байдаг. Газрын гүний дулааны системийг бие даасан хэрэглээний хувьд гадаргын аккумляторыг ихэвчлэн гүнд худагт биш, харин гүнд байрладаг.хэвтээ. Альтернатив эрчим хүчийг бий болгох бусад аргуудаас ялгаатай нь үйлдвэрлэлийн мөчлөгт бараг бүх газрын гүний дулааны эх үүсвэрүүд хувиргах алхамгүйгээр хийдэг. Өөрөөр хэлбэл, анхдагч дулааны эрчим хүчийг эцсийн хэрэглэгчдэд ижил хэлбэрээр нийлүүлдэг. Тиймээс газрын гүний дулааны систем гэх мэт ойлголтыг ашигладаг.

Нарны энерги

Хадгалах төхөөрөмж болгон фотоволтайк болон термодинамик системийг ашигладаг хамгийн эртний өөр эрчим хүчний үзэл баримтлалын нэг. Фотоэлектрик үүсгэх аргыг хэрэгжүүлэхийн тулд гэрлийн фотонуудын энергийг (квант) цахилгаан болгон хувиргагчийг ашигладаг. Термодинамик суурилуулалт нь илүү ажиллагаатай бөгөөд нарны урсгалын улмаас цахилгаан болон механик эрчим хүчээр дулааныг хоёуланг нь үүсгэж хөдөлгөгч хүчийг бий болгодог.

Схемүүд нь маш энгийн боловч ийм тоног төхөөрөмжийг ажиллуулахад олон асуудал гардаг. Энэ нь нарны эрчим хүч нь зарчмын хувьд хэд хэдэн онцлог шинж чанартай байдагтай холбоотой юм: өдөр тутмын болон улирлын хэлбэлзлээс тогтворгүй байдал, цаг агаарын байдлаас хамаарах, гэрлийн урсгалын нягтрал бага. Иймээс нарны хавтан, батерейны зураг төслийн шатанд цаг уурын хүчин зүйлсийг судлахад ихээхэн анхаарал хандуулдаг.

Долгионы энерги

Давалгаанаас цахилгаан үүсгэх үйл явц нь далайн түрлэгийн энерги өөрчлөгдсөний үр дүнд үүсдэг. Энэ төрлийн ихэнх цахилгаан станцуудын гол цөм нь усан сан,Энэ нь голын амыг тусгаарлах, эсвэл буланг далангаар хаах замаар зохион байгуулагддаг. Гидравлик турбин бүхий ус дамжуулах хоолойнуудыг үүссэн хаалтанд байрлуулна. Өндөр түрлэгийн үед усны түвшин өөрчлөгдөхөд турбины ир нь эргэлддэг бөгөөд энэ нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд хувь нэмэр оруулдаг. Энэ төрлийн эрчим хүч нь зарим талаараа усан цахилгаан станцуудын үйл ажиллагааны зарчимтай төстэй боловч усны нөөцтэй харилцах механик нь өөрөө ихээхэн ялгаатай байдаг. Далайн болон далайн эрэг дээрх долгионы станцуудыг усны түвшин 4 м хүртэл нэмэгддэг эрэгт ашиглах боломжтой тул 80 кВт/м хүртэл эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой. Ийм байгууламж байхгүй байгаа нь ус дамжуулах хоолой нь цэнгэг болон далайн усны солилцоог тасалдуулж, далайн организмын амьдралд сөргөөр нөлөөлдөгтэй холбоотой.

Салхины энерги

Технологийн энгийн, эдийн засгийн хувьд боломжийн байдгаараа онцлогтой, хувийн өрхөд ашиглах боломжтой цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх өөр нэг арга. Агаарын массын кинетик энерги нь боловсруулсан нөөцийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд эргэдэг иртэй хөдөлгүүр нь зайны үүрэг гүйцэтгэдэг. Ихэвчлэн салхины эрчим хүч нь сэнстэй босоо болон хэвтээ роторыг эргүүлсний үр дүнд идэвхждэг цахилгаан гүйдлийн генераторуудыг ашигладаг. Ийм төрлийн дотоодын дундаж станц нь 2-3 кВт-ын хүчин чадалтай.

Ирээдүйн эрчим хүчний технологи

Мэргэжилтнүүдийн үзэж байгаагаар 2100 он гэхэд дэлхийн баланс дахь нүүрс, газрын тосны нийлбэр 3% орчим байх бөгөөд энэ нь дулааны цөмийн эрчим хүчийг түлхэх ёстой.эрчим хүчний нөөцийн хоёрдогч эх үүсвэр болгон. Утасгүй дамжуулах суваг дээр суурилсан сансрын энергийг хувиргах шинэ үзэл баримтлалаас гадна нарны станцууд эхний байрыг эзлэх ёстой. Ирээдүйн эрчим хүч болох үйл явц нь нүүрсустөрөгчийн түлшний эх үүсвэрээс татгалзаж, "цэвэр", сэргээгдэх эх үүсвэрт шилжих үе ирэх 2030 оноос эхлэх ёстой.

Оросын эрчим хүчний хэтийн төлөв

Дотоодын эрчим хүчний ирээдүй нь байгалийн баялгийг өөрчлөх уламжлалт аргуудыг хөгжүүлэхтэй голчлон холбоотой. Аж үйлдвэрийн гол байрыг цөмийн эрчим хүч эзлэх ёстой, гэхдээ хосолсон хувилбараар. Атомын цахилгаан станцуудын дэд бүтцийг гидравлик инженерийн элементүүд болон байгаль орчинд ээлтэй био түлш боловсруулах хэрэгслээр баяжуулах шаардлагатай болно. Боломжит хөгжлийн хэтийн төлөвийн хамгийн сүүлийн байрыг нарны батерейнд өгдөггүй. Орос улсад өнөөдөр ч гэсэн энэ сегмент нь олон сонирхолтой санаануудыг санал болгодог - ялангуяа өвлийн улиралд ч ажиллах боломжтой хавтангууд. Батерей нь дулааны ачаалалгүйгээр ч гэсэн гэрлийн энергийг хувиргадаг.

Дүгнэлт

Эрчим хүчний хангамжийн орчин үеийн асуудлууд нь хамгийн том мужуудыг эрчим хүч, хүрээлэн буй орчны цэвэр байдал, дулаан, цахилгаан үйлдвэрлэх хоёрын аль нэгийг сонгохын өмнө тавьж байна. Боловсруулсан бусад эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн ихэнх нь бүх давуу талтай нь уламжлалт нөөцийг бүрэн орлуулах боломжгүй байдаг бөгөөд энэ нь эргээд хэдэн арван жилийн турш ашиглагдах боломжтой юм. Тиймээс ирээдүйн эрч хүч их байнаМэргэжилтнүүд үүнийг эрчим хүч үйлдвэрлэх янз бүрийн ойлголтуудын нэг төрлийн симбиоз гэж танилцуулж байна. Түүгээр ч зогсохгүй аж үйлдвэрийн түвшинд төдийгүй айл өрхүүдэд шинэ технологи бий болох төлөвтэй байна. Үүнтэй холбогдуулан эрчим хүч үйлдвэрлэх градиент-температур ба биомассын зарчмуудыг тэмдэглэж болно.