Гідроенергетика. (Лекція 2)

1.

Лекція 2
1

2. Гідроенергетика

Гідроенергетичні ресурси :
Запаси енергії річкових потоків та водойргім, які лежать вище
рівня моря
2

3.

3

4.

Гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС)
включаються в регіональну енергомережу з
іншими електростанціями і виконують роль
демпфера
–
самі
споживають
електроенергію, коли вона є в надлишку, і
повертають у мережу, коли її недостатньо.
Електричні
машини
гідроакумулюючих
станцій можуть працювати як насоси, коли
качають воду у верхнє водоймище, і як
гідротурбіни електрогенератора, коли вода з
верхнього водоймища перетікає в нижнє.
4

5.

Наслідки впливу гідротехнічного будівництва на водні
екосистеми
1.Морфометричні параметри: зміна окреслення та
протягу берегової лінії, перерозподіл глибин, зміна
площі водного дзеркала.
2.Гідрофізичні: збільшення та зменшення водності,
перерозподіл водного стоку в часі та просторі, зміна
водообміну, зміна термічного режиму.
3.Гідрохімічні: зміна загальної мінералізації та
іонового вмісту, зміна вмісту органічних речовин,
газового режиму
5

6.

4.Токсикоекологічні та радіоекологічні: збільшення
вмісту важких металів, пестицидів, радіонуклідів,
зміна міграції токсикантів в екосистемах.
5. Гідробіологічні та біопродуктивні: зміна складу
флори та фауни гідробіонтів, зміна складу біоценозів,
збільшення
біоллогічного
забруднення,
поява
“цвітіння” води
6. Параметри якості води – назвати.
6

7. Ядерна енергетика

Використовує енергію, що виділяється в результаті перетворення
атомних ядер.
Енергетично вигідні реакції синтезу легких ядер і ділення важких. У
реакції синтезу ядер гелію з дейтерію
2Н + 2Н = 4Не
виділяється 17,6 Мев на кожен акт синтезу, що дає енергію в 23,6
МВт/м згорілого дейтерію.
До важких ядер, що діляться, відносяться природні ізотопи
235U, 232Th і штучні 233U, 239Рu і 241Рu.
Єдиний природний ізотоп 235U, що ділиться під впливом
нейтронів будь-якої енергії, називається первинним
ядерним пальним, інші ізотопи - вторинне ядерне пальне.
Ділення ядер урану супроводжується виділенням близько 200
Мэв в результаті 1 реакції або 20 МВт/г пального.
7

8.

Через більш низький ККД циклів АЕС у
порівнянні з ТЕС (25-30%) теплові скиди
на них у системі охолодження вище, ніж
на ТЕС. Наприклад, для охолодження
ТЕС потрібно 70-90м3/сек, а для АЕС 180м3/сек води.
АЕС скидають в охолоджувальну систему
в 1,5-2 рази більше тепла, ніж ТЕС тієї ж
потужності М(Н2О) = (150-200)·W т води
в годину при різниці температур 10°.
8

9.

Існує 3 типи реакторів:
Одноконтурний. Вода охолоджує активну зону
і рухає турбіну генератора.
Двохконтурний. Він може бути двох типів:
а) уран-вода під тиском,
б) уран - газ.
Охолодження реактора провадиться або
водою, або СО2(Не) під тиском.
Трьохконтурний.
9

10.

10

11.

Основна частина ядерного реактора – активна зона,
в якій протікає ланцюгова реакція ділення ядерного
палива у вигляді тепловиділяючих елементів
(ТВЕЛів). Діаметр ТВЕЛа – 9,1 мм, діаметр
паливних таблеток (спечений порошок UO2) – 7,53
мм, маса завантаження двоокису урану у ТВЕЛі
становить 1565 г. ТВЕЛи об’єднуються в
тепловиділяючі касети, які містять 317 ТВЕЛів та
12 направляючих стрижнів керування. Кількість
касет в активній зоні – 163, з них з регулюючими
стрижнями – 61. Заміну касет, які вигоріли, роблять
на зупиненому реакторі. Щорічно роблять
вивантаження близько 33% робочих касет і
довантаження тієї ж кількості палива.
11

12.

• При експлуатації АЕС утворюються газоподібні, рідкі і тверді відходи.
Газоподібні викиди через вентиляційну трубу дуже малі - не
перевищують декількох % від гранично припустимого рівня, тому що на
АЕС використовується високоефективне очищення газів. Рідкі відходи вода, забруднена низькоактивними речовинами очищається і
використовується вдруге, невеликі її кількості зливаються в побутову
каналізацію. Більш складна ситуація з високоактивними рідкими і
твердими відходами. Рідким високоактивним відходом може бути
теплоносій першого контуру у випадку протікання чи порушення
герметичності устаткування, вода басейнів витримки ТВЕЛів і т.д. За рік
роботи утворюється 0,5-1,5м3 середньоактивних рідких відходів на 1
МВт електричній потужності. Тверді високоактивні відходи - елементи
устаткування, інструменти, відпрацьовані фільтри очищення повітря,
спецодяг, сміття. Ці відходи не можуть бути штучно дезактивовані.
Єдиний спосіб - природний розпад. Рідкі відходи піддають
"затвердженню" шляхом нагрівання і випарювання і захоронюють у
спеціальних контейнерах. Тверді - спалюють, пресують, захоронюють у
металевих контейнерах.
• При роботі реактора концентрація ядер, що поділяються, у ТВЕЛах
поступове зменшується, тобто ТВЕЛи вигорають. Близько 1/3 ТВЕЛів
вимагає щорічної заміни. Витягнуті ТВЕЛи зберігають у воді в межах
реактора кілька тижнів (150днів) до розпаду радіоактивних елементів з
коротким періодом напіврозпаду.
12

13. АЕС - складова ядерного паливного циклу (ЯПЦ) чи повного ядерного циклу. Цей цикл складається з:

- видобутку і переробки уранової руди з одержанням хімічних
концентратів урану (рудовидобувні і рудопереробні заводи). Видобуток
уранової руди йде відкритим способом або вищолоченням. На цьому
етапі з надр йде виділення радіоактивного радону. Збагачення руди йде
від приблизно 0,7% до 3%. Для забезпечення паливом блоку АЕС
потужністю 1000МВт потрібно 50-80 тис.т руди на рік. У відвалах
залишається приблизно 70% природних радіоактивних речовин. Тверді
відходи складують на поверхні, тому вони забруднюють навколишнє
середовище через вимивання опадами U, Po,що містяться у відходах, і
через виділення радону. Утворюються рідкі відходи - шахтні, дренажні
води і пилогазоподібні - вентиляційні викиди з розробок. У рідких
відходах переробки містяться різні солі радіоактивних металів;
- одержання чистих сполук U з концентратів (афінажні заводи). При
одержанні 2кг U3O8 утвориться 3-3,5м3 рідких токсичних і радіоактивних
відходів;
- виробництво UF6 і поділ його ізотопів (заводи по одержанню UF6 і поділу
його ізотопів) На цій стадії в атмосферу виділяються F2, HF і низько
концентровані радіоактивні відходи;
13

14.

виготовлення ядерного палива і ТВЕЛів - тепловиділяючих
елементів (заводи по виготовленню ТВЕЛів). На цих заводах
збагачене паливо пресують у гранули розміром у наперсток.
Близько 200 гранул укладають у 3-х метровий стрижень діаметром
6-15мм із нержавіючої сталі для реакторів на швидких нейтронах
або сплавів цирконію для реакторів на повільних нейтронах. Блок
з 200 таких стрижнів, зібраних в оболонку, утворює ТВЕЛ, а від 100
до 600 таких ТВЕЛів утворюють активну зону реактора. На цій
стадії утворяться тверді відходи у виді хімічних сполук (ОН-, SO42, F-) і органічних речовин (іонообмінні смоли). Обсяг рідких
відходів невеликий, але вони висококонцентровані. Крім цього
утворюються промивні води з низьким вмістом компонентів;
- використання палива для одержання енергії на АЕС;
- переробка відпрацьованого на АЕС ядерного палива (радіохімічні
заводи чи заводи по регенерації палива). Після басейнів на
території станції ТВЕЛи розкривають, у HNO3, розчиняють
радіоактивні елементи. 235U і 99,5% 239Рu, кількість якого мала,
екстрагують і очищають. У HNO3 залишаються радіоактивні
відходи. Вони зберігаються 5 років у рідкому стані, а потім
переводяться у твердий. Відділеним 235U наповняють нові ТВЕЛи.
Продукти ділення, що залишилися, зберігають протягом 20
періодів їхнього напіврозпаду. Одним з найбільше довго живучих і
небезпечних продуктів ділення є 90Sr з періодом напіврозпаду
28,8років, тому вважається, що ядерні відходи повинні зберігатися
600 років.
14

15.

15

16. Відновлювані джерела енергії

16

17.

17

18.

Теплові насоси
18

19.

Picture courtesy of Erik Freudenthal, GlashusEtt/Hammarby Sjöstad, March 23, 2004
Photo: View of Hammarby Sjöstad. © Victoria Henriksson www.hammarbysjostad.se
19
10

20.

20

21.

21

22.

22

23.

23

24.

24

25.

25

26.

26

27.

27

28.

28

29.

29

30.

30

31.

31

32.

32

33.

33

34.

34

35.

ТН с копрессором
CTC 13 kW
35

36.

Тепловой
насос
36

37.

37

38.

Схема вертикального коллектора
38

39.

39

40.

Экономия энергии
Использование энергии до установки ТН = 78 000 kWh/год
Использование энергии после установки ТН = 38 000 kWh/год
Время окупаемости = 4 года
40

41.

ВІТРОВА ЕНЕРГЕТИКА
41

42.

Розрізняють три типи вітродвигунів:
•до першого типу відносять вітродвигуни, в яких
вітрове колесо розміщене у вертикальній площині,
тобто перпендикулярно напрямку вітру;
•до другого – вітродвигуни із горизонтальним
розміщенням вітрового колеса;
•до третього – барабанні, що працюють за
принципом водяного колеса млина, у яких вісь
обертання розміщена перпендикулярно напрямку
вітру.
42

43.

СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА
1
1
2
: 1 – ядра водню (протони); 2 – ядро гелію (2 протони + 2 нейтрони).
43

44.

44

45.

45

46.

Схема геліовітротеплової установки
46

47. БІОЕНЕРГЕТИКА

47

48. Рушійна сила розвитку біоенергетики в Україні

1. Непереривний ріст ціни на традиційні енергоносії.
2. Можливість зменшення енергетичної незалежності.
3. Можливість розвитку місцевої економіки (гроші за газ та
нафтопродукти ідуть не в експортуючи ці товари країну, а
залишаються в регіоні і працюють на її розвиток).
4. Зростаючі можливості для експорту біомаси, передусім в
країни ЄС.
5. Реалізація механізму спільного впровадження Кіотського
протоколу.
6. Можливість зменшення безробіття, особливо в сільських
районах.
48

49. Потенціал енергії з біомаси в Україні

Вид біомаси
Енергетичний
потенціал ,
млн. т. у.п./рік
Солома злакових культур
5.6
Стебла і початки кукурудзи на зерно
2.4
Стебла і лушпайки соняшника
2.3
Біогаз із відходів тваринництва
1.6
Біогаз станцій аерації і інших очисних споруд
0.2
Біогаз з полігонів ТПВ
0.3
Деревне паливо, деревні відходи
2.0
ТПВ в якості палива
1.9
Рідке паливо із БМ (біодизель, біоетанол…)
2.2
Енергетичні плантації (іва, тополя…)
5.1
Торф
0.6
ВСЬОГО
24.2
49

50. Енергетичний потенціал деревини в Україні

Області
Крим
Вінницька
Волинська
Дніпропетровська
Донецька
Житомирська
Закарпатська
Запорізька
Івано-Франківська
Київська
Кіровоградська
Луганська
Львівська
Миколаївська
Одеська
Полтавська
Рівненська
Сумська
Тернопільська
Харківська
Херсонська
Хмельницька
Черкаська
Чернівецька
Чернігівська
Заготівля
деревини, Загальна кількість
тис. щільних
деревини, тис. т
З
м
45,1
27,1
438,3
263,0
648,5
389,1
59,9
35,9
54,5
32,7
1315,7
789,4
638,5
383,1
11,5
6,9
488,2
292,9
806,4
483,8
89,3
53,6
218,7
131,2
663,6
398,2
28,2
16,9
59,8
35,9
197,6
118,6
847,0
508,2
604,1
362,5
219,5
131,7
390,6
234,4
59,4
35,6
498,9
299,3
383,6
230,2
576,0
345,6
898,7
539,2
Кількість деревини, Енергетичний потенціал
доступної для
деревини, доступної
отримання енергії,
для отримання
тис. т
енергії, млнту.п.
19,2
0,01
186,7
0,06
276,3
0,08
25,5
0,01
23,2
0,01
560,5
0,17
272,0
0,08
4,9
0,001
208,0
0,06
343,5
0,10
38,0
0,01
93,2
0,03
282,7
0,08
12,0
0,004
25,5
0,01
84,2
0,02
360,8
0,11
257,3
0,08
93,5
0,03
166,4
0,05
25,3
0,01
212,5
0,06
163,4
0,05
245,4
0,07
50
382,8
0,11

51.

Обсяги деревообробки в Україні
51

52.

Об’єми деревних відходів придатних для використання як
палива.
52

53. Потенціал відходів деревини в Україні

Тип відходів
деревини
Кількість, млн
щільних м3
Енергетичний
потенціал,
млнту.п.
Порубочні залишки,
55%
2.412
0.40
Відходи у лісгоспах,
45%
0.636
0.16
Відходи на
деревообробних
комбінатах, 30%
0.519
0.13
Дрова, що вивозяться з
лісосіки, 50%
3.85
0.62
ВСЬОГО
7.417
1.31
53

54.

Основні різновиди деревної сировини для виробництва
палива
-Відходи лісозаготівки по рубці
головного проміжного користування;
- Низькосортна неділова деревина;
- Відходи цехів лісопилень і
деревообробних цехів.
54

55.

Заготівля тирси із відходів лісозаготівлі
55

56.

Кількість відходів м3
Динаміка збільшення річної кількості відходів деревини
на лісопильнях Львівщини
25000
21510
20000
15000
9491
10383
10000
5000
0
2004
2005
Роки
2006
56

57.

Утворення лісових відходів на Львівщині ДЛГО “Львівліс”
2004
2005
2006
52798,5
54319,0
68515,0
3656,0
3805,0
8713,0
5604,0
5989,0
13103,0
41851,0
51557,0
73845,6
11861,7
12185,1
15645,0
9491,0
10383,0
21510,9
Найменування
відходів
Лісові відходи:
утворилися м3;
використано як
паливо м3;
знищено або
вивезено на
звалище м3
Відходи
лісопилень:
утворилися м3;
використано як
паливо м3;
знищено або
вивезено на
звалище м3
57

58. Способи виробництва гранул

ГРАНУЛИ, ВИГОТОВЛЕНІ ЗА
ДОПОМОГОЮ ПРЕС-ГРАНУЛЯТОРА
ГРАНУЛИ, ВИГОТОВЛЕНІ ЗА
ДОПОМОГОЮ ВЯЖУЧОЇ РЕЧОВИНИ
58

59.

ГРАНУЛИ, ВИГОТОВЛЕНІ
ЗА ДОПОМОГОЮ ПРЕС-ГРАНУЛЯТОРА
Переваги
Гарантія від внесення в гранули сторонніх матеріалів
Недоліки
Складна конструкція
Великі енергозатрати;
Велика вартість;
Неможливість використання як сировини низькосортних
відходів;
59

60.

ГРАНУЛИ, ВИГОТОВЛЕНІ
ЗА ДОПОМОГОЮ ВЯЖУЧОЇ РІДИНИ
Переваги
Простіша конструкція
Невеликі енергозатрати;
Невелика вартість;
Можливість використання як сировини низькосортних
відходів;
Недоліки
Можливість внесення в гранули сторонніх матеріалів
60

61.

ХАРАКТЕРИСТИКА
ВЯЖУЧОГО ДЛЯ ГРАНУЛ
Сульфатне мило – побічний продукт при виробництві деревної целюлози за
сульфатним методом (виділяється при відстоюванні сульфатного лугу).
Відносна густина при температурі 20°С - 0,6 – 1;
Розчинність у воді помірна;
Температура самозаймання 400°С;
В´язкість при 20°С - 0,1-1,0 Па·с, при 80°С - 0,09-0,45 Па·с;
Хімічний склад - складна органічна суміш з вмістом 50-55% Na-солі
вищих жирних кислот, переважно алеінової, линоленової та смоляних
кислот;
Вихід на 1 т целюлози: 100 – 120 кг з сосни, 40 – 60 з ялини, 20 – 40
кг з листяних порід.
61

62. Варіанти застосуван- ня вяжучого у вироб- ництві біопалива

Варіанти застосування вяжучого у виробництві біопалива
1 ВАРІАНТ
Створення нового виду гранул на основі нового обладнання
2 ВАРІАНТ
Реконструкція існуючого обладнання із добавленням в склад
маси зв’язуючого і зменшення робочого тиску
62

63. Обов’язкові операції 1 варіанту

Попереднє підсушування деревних відходів
Змішування компонентів
Формування гранули
Підсушування гранули
63

64.

СХЕМА УСТАНОВКИ ДЛЯ
ФОРМУВАННЯ ПАЛИВНИХ ГРАНУЛ
6
5
7
1
2
3
P5
P4
P6
P3
P2
P1
64
11
8
9
10
4
P7

65.

ЗАГАЛЬНИЙ ВИГЛЯД
ВИГОТОВЛЕНИХ ГРАНУЛ
65

66. Обов’язкові операції 2 варіанту

Попереднє підсушування деревних відходів
Пресування гранули чи брекету
Електрогартування брекету
66

67.

Щорічні темпи приросту
енергії від різних джерел
Джерело енергії
Річний приріст, %
Вітрова енергія
22
Сонячна енергія
16
Геотермальна енергія
4
Гідроенергія
2
Нафта
2
Природний газ
2
Ядерна енергія
1
Вугілля
0
67

68.

Дякую за увагу
68