Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / География / Другие методич. материалы / Исследовательская работа по теме "Альтернативные источники энергии"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • География

Исследовательская работа по теме "Альтернативные источники энергии"

библиотека
материалов



МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ШКОЛА № 24»

Петропавловск-Камчатского городского округа












ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА


«Альтернативные источники энергии

на Камчатке»







Работу выполнили:


Михайлов Илья,

Бугров Михаил,

Васильева Милена


Руководитель:


Михайлова В.С., учитель географии

Санкина Е.Ю., учитель

информатики


hello_html_2762bfd.jpg

2015 год

Аннотация

Исследовательская работа «Альтернативные источники энергии на Камчатке»

В данной работе даётся описание основных альтернативных источников энергии, которые применяются на Камчатке. Обобщаются и систематизируются материалы по данной теме. Анализируется влияние, которое могут оказать альтернативные источники энергии на развитие Камчатского края. Проведено исследование о гидролигическом потенциале Пенжинской губе Охотского моря средствами системы управления электронными таблицами MS Excel.

Данное исследование наглядно демонстрирует, что ученик может развивать практические умения в области сбережения электроэнергии.


hello_html_m12b17771.jpg


Оглавление





hello_html_30c05bd9.jpg

Альтернативные источники энергии — это ветер, солнце, приливы и отливы, биомасса, геотермальная энергия Земли.


Введение

Вопросы экономии ресурсов с каждым годом становятся все актуальнее. Их значимость связана, прежде всего, с экономическими и экологическими проблемами. Долгое время, экономические и экологические проблемы рассматривали в отдельности друг от друга. Однако, доказано, что обе группы проблем могут и должны решаться в комплексе.

С понятием энергии мы сталкиваемся всякий раз, когда хотим изучить какой-либо процесс, происходящий в природе. Световая, тепловая, звуковая, радиационная, химическая, магнитная, механическая, электрическая – это различные формы энергии, которые тесно связаны друг с другом. В чем же связь? Каждый раз, когда происходит какое-то изменение в окружающем нас мире, энергия меняет форму.

Зhello_html_737e5110.jpgаконы, описывающие все, что может происходить с энергией, получили в физике название «Законы термодинамики». В замкнутой системе количество энергии остается постоянным. Энергия не возникает ниоткуда и не исчезает бесследно, она может лишь переходить из одной формы в другую и передаваться от одного тела к другому. Описывая такой переход, обычно говорят о расходовании энергии.

Энергия – это не только очень важный помощник в повседневной жизни, но ещё и самый необходимый элемент выживания, поэтому мы должны к ней очень бережно относиться.

Рост потребления электроэнергии увеличивает нагрузку на природу, истощаются природные ресурсы, к экологическим проблемам добавляется угроза «энергетического голода».

При нерациональном использовании электричества расходуются уголь, газ и нефть и вода, запасы которых не безграничны, а выбросы в атмосферу вредных веществ огромны: жители больших городов задыхаются от смога. В результате сжигания топлива и сокращения лесов на земле в атмосфере увеличивается концентрация «парниковых газов», поэтому в атмосфере нарушается естественный баланс, что ведёт к потеплению и всеобщему изменению климата, к «парниковому эффекту».

Россия, несмотря на продолжительные трудности, осталась «энергетической сверхдержавой» - обладателем одним из самых больших в мире потенциалов топливно- энергетических ресурсов. На ее территории, составляющей примерно 10% суши Земли с населением всего 2,6% от мирового, сосредоточено свыше 32% разведанных запасов газа, 13% нефти и 25% угля. Но даже при таком изобилии, проблема ресурсосбережения – одна из ключевых для России.

Проблема ресурсосбережения имеет свой специфический российский аспект – это расточительное расходование энергоресурсов и энергоносителей ввиду чрезвычайной энергоемкости средств производства топливно-энергетического и промышленного комплексов.

Экономия энергии в школе, дома, важная с экологической точки зрения, может оказаться выгодной экономически.

Реализация проекта по энергосбережению позволит сэкономить бюджетные средства, а также станет полезным элементом воспитательной системы школы и внесет важный вклад в развитие экологического образования. Наш век информационный, и часто дети из средств массовой информации получают много негативных сообщений, которые заставляют их чувствовать свое бессилие в решении экологических проблем. У учащихся формируется свое мнение, что эта работа бесполезна. Складывается ошибочное мнение, что проблемы экологии происходят где-то и до нас это не дойдет. Где-то вырубаются леса, где-то отравляют атмосферу, где-то повышен уровень радиации. Это глобальный уровень проблемы, задача школы приблизить мышление учеников, учителей и родителей к локальным проблемам.

Для получения первичных данных о состоянии изучаемой проблемы мы использовали метод моделирования.

Поэтому мы решили поставить следующую ЦЕЛЬ:

  • Изучить возможности развития альтернативной электроэнергии на Камчатке, привлечь интерес общественности к данной проблеме.

Перед собой мы поставили следующие ЗАДАЧИ:

  • Проанализировать возможности строительства альтернативной электростанции на Камчатке.

  • Привлечь внимание широкой общественности к проблеме экономного использования энергоресурсов.

  • Развивать практические умения в области сбережения электроэнергии.

И решили проверить следующую ГИПОТЕЗУ:

  • Если на Камчатке внедрить альтернативные источники энергии, то есть реальная возможность сберечь энергорессурсы.


2. Альтернативные источники энергии

2.1 Ветер

Ветряные мельницы давно используются человеком в качестве источника энергии. Однако они эффективны и пригодны только для мелкого пользователя. К сожалению, ветер пока еще не в состоянии давать электроэнергию в достаточных количествах. Солнечная и ветровая энергетика имеет серьезный недостаток — временную нестабильность именно в тот момент, когда она особенно нужна. В связи с этим необходимы системы хранения энергии, чтобы потребление ее могло быть возможно в любое время, но экономически зрелой технологии создания таких систем пока нет.

Пhello_html_7e8d4d0c.jpgервые ветряные электрогенераторы были разработаны еще в 90-х гг. XIX в. в Дании, а уже к 1910 г. в этой стране было построено несколько сот мелких установок. Еще через несколько лет датская промышленность получала от ветряных генераторов четверть необходимой ей электроэнергии. Их общая мощность составила 150-200 МВт.

В 1982 г. на китайском рынке было продано 1280 ветряных турбин, а в 1986 г. — 11 000, что позволило обеспечить электричеством те районы Китая, в которых раньше его никогда не было.

В начале XX в. в России насчитывалось 250 тыс. крестьянских ветряных мельниц мощностью до 1 млн кВт. Они перемалывали 2,5 млрд пудов зерна на месте, без дальних перевозок. К сожалению, в результате бездумного отношения к природным ресурсам в 40-х гг. прошлого века на территории бывшего СССР была разрушена основная часть ветряных и водяных двигателей, а к 50-м гг. они почти совсем исчезли как «отсталая техника».

По оценкам, стоимость электричества, генерируемого ветровыми системами, варьируется от 4,2 центов за кВт-час на острове Валаам и 4,52 цента за кВт-час в Калмыкии до 8,9 центов за кВт-час на Сахалине. Две 250-киловатные ветровые турбины, установленные в поселке Никольский (остров Беринга, Дальний Восток), эффективно дополнили существующий 800-киловатный дизельный генератор. В 2000 году эти турбины выработали 40 % электроэнергии и снизили стоимость электроэнергии втрое.

2.2 Солнечная энергия

Вhello_html_35a28c7e.jpg настоящее время солнечную энергию используют в некоторых странах в основном для отопления, а для производства энергии — в очень незначительных масштабах. Между тем мощность солнечного излучения, достигающего Земли, составляет 2 х 1017 Вт, что более чем в 30 тыс. раз превышает сегодняшний уровень энергопотребления человечества.

Проблема использования нетрадиционных источников энергии в последнее время особенно актуальна. Это, несомненно, выгодно, хотя подобные технологии требуют значительных затрат. Сооружение солнечной электростанции, способной обеспечить электроэнергией около 10 тыс. бытовых потребителей (мощность — около 10 мМВт), обойдется в 190 млн. дол. Это в четыре раза больше, нежели расходы на сооружение ТЭС, работающей на твердом топливе, и соответственно в три раза больше, чем строительство гидроэлектростанции и АЭС. Тем не менее специалисты по изучению солнечной энергии уверены, что с развитием технологии использования энергии Солнца цены на нее значительно снизятся.

Из чего еще можно получать энергию, не загрязняя окружающую среду?

2.3 Приливы – отливы

Для использования энергии приливов и отливов обычно строят приливные электростанции в устьях рек либо непосредственно на морском берегу. В обычном портовом волноломе оставляют отверстия, куда свободно поступает вода. Каждая волна повышает уровень воды, а следовательно, и давление остающегося в отверстиях воздуха. «Выдавливаемый» наружу через верхнее отверстие воздух приводит в движение турбину. С уходом волны возникает обратное движение воздуха, который стремится заполнить вакуум, и турбина получает новый импульс к вращению. Согласно оценкам специалистов, такие электростанции могут использовать до 45 % энергии приливов.

Вhello_html_m140bbbf8.jpgолновая энергия представляется довольно многообещающей формой из новых энергоисточников. Существенные потери при переработке и передаче этой энергии неизбежны, и, по-видимому, лишь третья ее часть может поступать в сеть. Тем не менее оставшегося объема достаточно для того, чтобы обеспечить электричеством на уровне существующей нормы потребления.

Пе́нжинская приливная электростанцию — проектируемая приливная электростанция в Пенжинской губе, располагающейся в северо-восточной части залива Шелихова Охотского моря. Территориально должна располагаться в Магаданской области и Камчатском крае России.

Высота приливов в Пенжинской губе составляет 9 м, а в случае сизигийных приливов достигает 12,9 м, что является наивысшим для всего Тихого океана показателем. При площади бассейна 20 530 км² это соответствует ежесуточному проходу 360−530 км³ воды, что в 20−30 раз превышает расход воды в устье крупнейшей реки Земли Амазонки (через устье в сутки пройдет только ~19 км³). Для реализации гидропотенциала бухты разрабатывались два проекта приливных электростанций, каждый из них с различной установленной мощностью и годовой выработкой

В зависимости от выбранного проекта может стать крупнейшей в мире по установленной мощности и по выработке электричества в год гидравлической электростанцией.


Вариант

Море, макс.
прилив, м

Мощность,
ГВт

Среднегодовая
выработка, млрд кВт·ч

Разрабатывался
в период (гг)

Южный створ

11,0

87,1

190-205

1972—1996

Северный створ

13,4

21,4

50

1983—1996

В связи с недостатком местных потребителей и энергосистем, существуют предложения дискретной работы электростанции на энергоёмкий потребитель-регулятор, например, производство водорода, который затем транспортируется к возможным потребителям. Рассматриваются также варианты экспорта электроэнергии в страны южной Азии.

В Пенжинской губе Охотского моря наблюдаются наиболее высокие приливы в Тихом океане, двойная амплитуда которых достигает 13,4 м.

Полученные результаты дают значение мощности потока воды в бухте, равное 120 ГВт (Приложение 1). Эта мощность позволяет получить 1 054 млрд кВт•ч или 3,79·1018 Дж энергии за год. В зависимости от эффективности преобразования потенциальной энергии в электрическую, общее количество получаемой электроэнергии и электрическая мощность будут иметь несколько меньшие значения. Если считать КПД турбин равным 96%, то соответствующая электрическая мощность составит 115 ГВт, а количество электроэнергии — 1 012 млрд кВт•ч или 3,64·1018 Дж.

Стоимость строительства Пенжинской ПЭС-1 (Северный створ) – оценивается в 60 млрд. долларов США, ПЭС-2 (Южный створ) - в 200 млрд. долларов. Срок реализации первого проекта: 2020 - 2035 годы. Возврат инвестиций планируется за счет реализации энергоемкого продукта – например, водорода. Однако не исключается и строительство линий электропередач в Хабаровский и Приморский Край, в Японию и Китай.

2.4 Геотермальная энергия

Тепловую или электрическую энергию можно добывать за счет тепла земных глубин. Геотермальная энергетика экономически эффективна там, где горячие воды приближены к поверхности земной коры, — в районах активной вулканический деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курильские острова, острова Японского архипелага). В отличие от других первичных источников энергии, носители геотермальной энергии невозможно транспортировать на расстояние, превышающее несколько километров. Поэтому земное тепло — типично локальный источник энергии, и работы, связанные с его эксплуатацией (разведка, подготовка буровых площадок, бурение, испытание скважин, забор жидкости, получение и передача энергии, подпитка, создание инфраструктур и т.д.), ведутся, как правило, на относительно небольшом участке с учетом местных условий.

Вhello_html_m4818bf8e.jpg вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна 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, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Перспективными источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты в том числе Камчатка, Курильские, Японские острова, обширные территории Кордильер и Анд.

На 2006 г. в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. м³/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).

Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное тепло около вулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

Главная из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций на иных возобновимых источниках энергии. Однако направление получило развитие в силу высокой энергетической плотности в отдельных заселённых географических районах, в которых отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые, а также благодаря правительственным программам.

Установленная мощность геотермальных электростанций в мире на начало 1990-х составляла около 5 тысяч МВт, на начало 2000-х — около 6 тысяч МВт. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций во всём мире выросла до 10,5 тысяч МВт.

В 1997 году Европейский банк реконструкции и развития выделил кредит в размере 99,9 миллионов долларов на строительство Мутновской геотермальной электростанции мощностью 50 МВт. Полная стоимость проекта составляла 150 млн. долларов, остаток был профинансирован российскими инвесторами. Первый блок мощностью 25 МВт был пущен в 2001 году, а второй -- в октябре 2002. На Камчатке сегодня есть 73 МВт генерирующих мощностей, работающих на геотермальной энергии. Эти мощности производят четверть региональной электроэнергии и значительно уменьшают зависимость региона от дорогого привозного то плива. В конце 2002 года АО Камчатэнерго платило 5750 рублей (182 доллара) за тонну мазута, что было самой высокой ценой среди всех станций РАО ЕЭС.81 Обычно Камчатэнерго завозило для производства электроэнергии 480 000 тонн топлива в год. Пуск Мутновской геотермальной станции позволил в 2002 году сократить это количество до 390 000 тонн. Есть планы дальнейшего расширения геотермальных мощностей на Камчатке. Потенциальная мощность только одного Мутновского месторождения, расположенного в 120 км от Петропавловска-Камчатского, оценивается в 300 МВт.

Впервые в мире неводяные пары как тепловой носитель применены на Паратунской ГеоТЭС в 1967 году.

По данным института вулканологии Дальневосточного Отделения Российской Академии наук, геотермальные ресурсы Камчатки оцениваются в 5000 МВт. Российский потенциал реализован только в размере немногим более 80 МВт установленной мощности (2009) и около 450 млн. кВт·ч годовой выработки (2009):

Мутновское месторождение:

  • Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт·э (2011) и выработкой 69,5 млн кВт·ч/год (2010) (81,4 в 2004),

  • Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 50 МВт·э (2011) и выработкой 360,5 млн кВт·ч/год (2010) (на 2006 год ведётся строительство, увеличивающее мощность до 80 МВт·э и выработку до 577 млн кВт·ч)

  • Паужетское месторождение возле вулканов Кошелева и Камбального — Паужетская ГеоТЭС мощностью 14,5 МВт·э (2011) и выработкой 43,1 млн кВт·ч (на 2010 год проводится реконструкция с увеличением мощности до 18 МВт·э).

Мутновская ГеоЭС — геотермальная электростанция, использующая природное тепло Земли для производства электричества.

Расположена к северо-востоку от вулкана Мутновский в юго-восточной части полуострова Камчатка на отметке 780 метров от уровня моря в 116 км от Петропавловска-Камчатского.

Нhello_html_m3fc2b62f.jpgа том же Мутновском месторождении термальных вод 29 декабря 1999 года запущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС, установленная мощность которой на 2004 год составляет 12 МВт.

Первая очередь Мутновской ГеоЭС запущена в эксплуатацию 10 апреля 2003 года, установленная мощность на конец 2010 года — 50 МВт, планируемая мощность станции составляет 80 МВт. Станция полностью автоматизирована.

Геотермальные электростанции обеспечивают до 30 % энергопотребления центрального Камчатского энергоузла. Это позволяет значительно ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного топлива. Ведением дел на Мутновской ГеоЭС занимается ОАО «Геотерм».


Показатель

2003

2004

2005

2006

Установленная мощность на конец года, МВт

50

Выработка электроэнергии, млн кВт·ч

205,3

276,8

287,3

343,5

Полезный отпуск электроэнергии, млн кВт·ч

184,5

252,2

329,6

376,6


Пhello_html_5eb2b1c0.jpgаужетская геотермальная электростанция — геотермальная электростанция, располагающаяся на Паужетском геотермальном месторождении в юго-западной части Камчатского полуострова в поселке Паужетка около вулканов Кошелева и Камбального. Старейшая геотермальная электростанция на территории России, введена в эксплуатацию в 1966 году как экспериментальная электростанция.

В 2010 году началась реконструкция с целью увеличения мощности электростанции до 14,5 МВт (проект «Создание пилотного бинарного энергоблока мощностью 2,5 МВт»). В июле 2011 года были завершены основные работы по установке оборудования блока, по прокладке дополнительных труб от скважин Паужетского месторождения и прокладка водоводов для охлаждения (общая длина ≈3600 м).[1] Новый блок планировалось запустить в 2011 году.

1 января 2006 года электростанция была выделена из состава ОАО «Камчатскэнерго» и начала операционную деятельность как самостоятельное юридическое лицо — ОАО «Паужетская ГеоЭС».

На 2012 год мощность ГеоТЭС 12 МВт, станция осуществляет электроснабжение (в том числе на нужды отопления) населенных пунктов с социальной инфраструктурой и рыбопромышленных предприятий, расположенных в п.Озерновский, п. Паужетка, п. Шумный и селе Запорожье Усть-Большерецкого района Камчатского края.


Показатель

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Установленная мощность на конец года, МВт

8,5

14,5

14,5

14,5

12

12

Выработка электроэнергии, млн кВт·ч

37,7

42,557

46,771

43,155

42,669

42,544

Полезный отпуск электроэнергии, млн кВт·ч

30,631

35,4

37,6

33,258

34,066

35,025


Динамика товарного отпуска и реализации электроэнергии

Отпуск электроэнергии, вырабатываемой ВМГеоЭС и МГеоЭС-1, осуществляется в сети ОАО «Камчатскэнерго».

Продажа электроэнергии ОАО «Камчатскэнерго» производится на основании:

  • Договора о закупке электроэнергии от Верхне-Мутновской ГеоЭС б/н от 27.12.95 г., срок действия которого установлен в течение 30 лет с момента подписания;

  • Договора №1 купли-продажи электроэнергии от Мутновской ГеоЭС-1 от 14.04.04 г.;

  • подписанных доп. соглашений к вышеупомянутым договорам.

Динамика товарного отпуска и реализации электроэнергии по годам 


Год

Полезный отпуск э/э, млн кВт·ч

Товарный отпуск э/э, млн руб.

Реализация э/э, млн руб.

Уровень реализации, %

Задолженность на конец года, млн руб.

2008

381,23

645,45

489,04

75,76%

471,82

2009

372,63

773,88

1172,25

151,48%

73,4

2010

382,53

804,82

803,94

99,89%

74,3

2011

375,88

872,17

869,25

99,67%

77,22

2012

357,73

739,28

738,72

99,92%

82,81

2013

359,48

784,00

665,14

84,84%

201,67

2014

381,51

879,07

985,00

112,05%

95,74


На Камчатке и Курильских островах геотермальная энергия уже сегодня может конкурировать с традиционными источниками даже без правительственной поддержки . В 2001 году средняя стоимость генерации составляла на Камчатке 3 руб./кВт-час. Тариф для населения был около 2 руб./кВт-час и косвенно субсидировался промышленным тарифом в 4,2 руб./кВт-час. В феврале 2003 года тариф для населения был увеличен до 2,3 руб./кВт- час ($0,076 за кВт-час), что было все еще ниже издержек. По оценкам Всемирного банка, средняя цена электричества, произведенного с помощью геотермальной энергии, составляет $0.05 за кВт-час. Проведенные исследования показывают, что геотермальная энергия может быть коммерчески привлекательна.

2.5 Гидроэлектростанции

Мhello_html_m1c1dbf73.jpgалые гидроэлектростанции - это одно из многообещающих направлений возобновляемой энергетики в России. Малые станции вызывают меньше социальных и экологических проблем, чем крупные. Такие системы способны решать вопросы дефицита электроэнергии на местном уровне, особенно в гористой или холмистой местности с большими перепадами высот и слабыми сезонными колебаниями речного стока. Малые гидроэнергетические системы могут быть построены не только на малых, но и на больших реках, используя часть их потока и действующие каналы. Они могут быть так же установлены на судовых каналах и водохранилищах, построенных для не энергетических целей.

В среднесрочной перспективе строительство новых малых гидроэлектростанций может стать экономически оправданным на большей части России, особенно на Северном Кавказе, Дальнем Востоке, на Алтае, в Туве, Якутии, Тюмени. Малая станция может быть построена за 15-18 месяцев с периодом окупаемости от трех с полов иной до пяти лет.100 Использование возобновляемых источников энергии для выработки и поставки электроэнергии в существующие сетевые энергосистемы может быть экономически оправданным в энергодефицитных районах России. В настоящее время стоимость генерации составляет в России около 50% среднего розничного тарифа на электроэнергию.

В изолированных деревнях и посёлках, расположенных на реках, малые гидроэлектростанции могут быть конкурентоспособны по сравнению с генераторами, использующими дорогое привозное топливо. Микро-гидроэлектростанции (мощностью до 100 кВт) могут быть установлены в России практически везде, где есть малые или большие реки.

Тhello_html_md25c7ce.jpgолмачёвские гидроэлектростанции — каскад ГЭС на реке Толмачёва в Камчатском крае, в Усть-Большерецком районе. Каскад включает в себя Толмачёвскую ГЭС-1, Толмачёвскую ГЭС-2, Толмачёвскую ГЭС-3. Существуют предварительные проектные проработки по Толмачёвским ГЭС-4 и ГЭС-5. В ходе строительства были уничтожены Толмачёвские водопады.

Состав сооружений ГЭС:

  • земляная насыпная плотина, максимальной высотой 20 м, длиной 185 м;

  • глубинный водосброс с водобойным колодцем длиной 30 м;

  • водоприёмник ГЭС с двумя железобетонными водоводами;

  • приплотинное здание ГЭС.

Толмачёвская ГЭС-1. Мощность ГЭС — 2 МВт, среднегодовая выработка — 8,1 млн кВт·ч. В здании ГЭС установлено 2 пропеллерных гидроагрегата мощностью по 1 МВт, работающих при расчётном напоре 18 м производитель турбин — ОАО «Силовые машины».

Напорные сооружения ГЭС образуют Толмачёвское водохранилище многолетнего регулирования площадью 44,3 км² (включившее в себя озеро Толмачёва площадью, по разным данным, 11 — 22 км²), полезным объёмом 160 млн м³.

Толмачёвская ГЭС-2. ГЭС пущена в 2010 году. Построена по деривационной схеме. Состав сооружений ГЭС:

  • каменно-земляная плотина максимальной высотой 9 м, длиной 54 м;

  • поверхностный саморегулирующийся водосброс;

  • открытый деривационный канал длиной 2560 м;

  • водоприёмник с напорным открытым металлическим трубопроводом длиной 1300 м на железобетонных опорах;

  • здание ГЭС.

Планируемые мощность ГЭС — 24,8 МВт, среднегодовая выработка — 87,6 млн кВт·ч. В здании ГЭС должны быть установлены 2 радиально-осевых гидроагрегата РО 170\662-ВМ 95 мощностью по 12,4 МВт, работающих при расчётном напоре 163 м. Производитель турбин — ОАО «Уралэлектротяжмаш-Уралгидромаш».

Толмачёвская ГЭС-3. ГЭС построена по деривационной схеме.

Состав сооружений ГЭС:

  • каменно-земляная плотина максимальной высотой 18 м, длиной 85 м;

  • пhello_html_4fa6dad0.jpgоверхностный саморегулирующийся водосброс;

  • открытый деривационный канал длиной 1000 м;

  • водоприёмник с напорным открытым металлическим трубопроводом длиной 2700 м на железобетонных опорах;

  • здание ГЭС.

Мощность ГЭС — 18,4 МВт, среднегодовая выработка — 65,4 млн кВт·ч. В здании ГЭС установлено 2 радиально-осевых гидроагрегата мощностью по 9,2 МВт, работающих при расчётном напоре 122 м.

Толмачевские ГЭС спроектированы институтом «Ленгидропроект».

Толмачёвские ГЭС полностью обеспечивают энергоснабжение Усть-Большерецкого района, что позволило отказаться от эксплуатации дизельных электростанций, использующих дорогостоящий привозной мазут, и уменьшить загрязнение окружающей среды. После окончания строительства ГЭС-2 и ЛЭП до Центрального энергоузла Камчатской области, Толмачёвские ГЭС будут использоваться как пиковые, для сглаживания суточных и недельных колебаний графика нагрузки.

Толмачёвские ГЭС управляются ОАО «Камчатский газоэнергетический комплекс», более 90% акций которого находится в собственности ОАО «РусГидро».

Проект строительства каскада ГЭС на р. Толмачёва был включен в федеральную целевую программу «Топливо и энергия», подпрограмму «Развитие Единой электроэнергетической системы России» на 1996—2000. Программа утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 6 марта 1996 № 263. Строительство ГЭС началось с 1997. 25 сентября 1999 была пущена ГЭС-1, в 2001 — ГЭС-3. Заполнение водохранилища началось в 1999 и шло медленными темпами, поскольку фильтрационные свойства грунта оказались выше запроектированных. Также имелись проблемы с фильтрацией воды из деривационного канала ГЭС-3. Строительство ГЭС до 2001 финансировалось за счёт средств областных источников, главным образом рыбодобывающих компаний (до 90 %), а также средств федерального бюджета и реализации размещаемых Обществом акций. С 2001 в связи с введением Правительством Российской Федерации аукционов на морские биоресурсы, инвестиции от рыбодобывающих компаний резко сократились. Темпы строительных работ по ГЭС-2 резко замедлились. Строительство каскада не завершено до настоящего времени из-за недостаточного финансирования (вызванного в том числе спорами между ОАО «Камчатский газоэнергетический комплекс» и ОАО «Камчатскэнерго» по поводу тарифов на производимую электроэнергию). Финансирование строительства ГЭС осуществляется главным образом за счет федерального бюджета, поскольку строительство ГЭС было включено в ряд федеральных программ, в частности, на 2008 год строительство Каскада ГЭС включено в Федеральную целевую программу «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья на период до 2013 года». На начало 2008 года техническая готовность ГЭС-2 составляла 66 %, были закончены работы по зданию ГЭС, водоприемнику, напорному трубопроводу, уложено около половины деривационного трубопровода, заказано гидросиловое оборудование (в частности, в 2008 году была поставлена система регулирования гидротурбины [1]). На конец 2008 года готовность ГЭС оценивалась в 77,6 %, за год на проведение строительных работ было освоено 239,8 млн руб. (в 2007 году — 169,9 млн руб.), работы по основным сооружениям станции — водоприёмнику, деривационному трубопроводу, напорному трубопроводу, зданию ГЭС практически завершены, велся монтаж гидросилового и иного оборудования[2]. Толмачёвская ГЭС-2 была пущена в эксплуатацию 1 декабря 2010 года[3].

Строительство Толмачёвской ГЭС-4 (мощность — 10 МВт и выработкой 40 млн кВт·ч.) включено в проект программы развития гидроэнергетики России до 2020 г., а также в ФЦП «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья на период до 2013 года», ввод ориентировочно в 2012 году.

Быстри́нская мГЭС (мГЭС-4) — малая гидроэлектростанция на реке Быстрой в Камчатском крае. Установленная мощность станции — 1,71 МВт. Среднегодовая выработка электроэнергии — 6,42 млн кВтч.

Оhello_html_3b39c87a.jpgтносится к малым электростанциям. В состав гидроузла в настоящее время входят:

  • водозабор

  • подводящий канал

  • гидроэлектростанция

  • водосборная плотина

  • рыбозащитные сооружения.

Водозабор — круглогодичный, по проекту без регулирования стока (нерегулируемый канал), а фактически — с зимним искусственным регулированием стока. По способа подачи воды гидроузел относится к самотёчному типу. Деривационный тип ГЭС предусматривает использование естественного уклона местности для её возведения вне основного русла реки, оставляя его свободным для прохода производителей лососей на нерестилища и покатной миграции молоди.

Постановлением администрации Быстринского района № 177 от 4 августа 1992 г. было согласовано строительство Быстринской ГЭС с установленной мощностью 1500 кВт в трёх агрегатах, при зимней гарантированной мощности 480 кВт. Проект утверждён ОАО «Камчатскэнерго». При строительстве РЗУ на подводящем канале мГЭС использован проект «Рыбозащитные мероприятия на мГЭС-4 на р. Быстрой», выполненный в 1997 году НПЦ «Ранд» (г. Санкт-Петербург). В 1995 году введена в эксплуатацию. ГЭС не имеет плотины — в связи с рыбохозяйственным значением реки Быстрая, и её работа зависит от горизонтов и расходов воды в реке Быстрая. Поэтому летом ГЭС даёт 1500 кВт, а зимой только 500 кВт. Недостаток в мощности в зимний период перекрывается дизельной станцией.

В декабре 2006 во время ледостава станция останавливалась для проведения планового ремонта. С января по март 2007 года мГЭС работала на 30 % мощности, что обусловлено необходимыми технологическими процессами. С середины мая 2007 года мГЭС вышла на 100 % мощность и полностью обеспечивает электроэнергией сёла Эссо, Анавгай, Атласово и Лазо. Это даёт значительную экономию топлива и делает производство электроэнергии более экологичным.


Заключение

Пhello_html_m7d4abf60.jpgреимущества безтопливной генерации на Камчатке очевидны и бесспорны. Прежде всего, производство альтернативной энергии экологически чистое и полностью исключает выброс в атмосферу углерода и других вредных газов, ответственных за парниковый эффект. Геотермальным электростанциям для производства электроэнергии, в отличие от традиционных, не требуется органическое топливо, на которое тратятся огромные деньги (80% затрат тепловых станций приходится на стоимость топлива). Теплоноситель (паро-водяная смесь высокой температуры) для работы геотермальных электростанций добывается из-под земли. Следовательно, им не нужен котельный цех, в котором сжигается органическое топливо. Вместо него - большое геополе со скважинами и трубопроводами. Паро-водяная смесь собирается из скважин, по трубопроводной системе транспортируется на сепараторную станцию, где разделяется на пар и воду. Пар используется для производства электроэнергии, а вода снова закачивается в скважины.

По уровню оснащённости, автоматизации и компьютеризации гидроэлектростанций, подобных Мутновской, в России всего три. Когда создавался проект Мутновки, он был первым в нашей стране, но и на сегодняшний день наша гидроэлектростанция стоит в одном ряду с мировыми аналогами: как многие из них она управляется автоматизированной системой управления при минимальном вмешательстве человека.

Соотношение стоимости одного киловатт-часа электроэнергии, реально производимой на мутновских ГеоЭС и тепловых электростанциях, обеспечивающих город электричеством достаточно ощутимое, отпускная цена на электроэнергию ниже топливной составляющей тепловых станций ОАО «Камчатскэнерго», работающих на органическом топливе. 80% затрат у тепловых электростанций составляет стоимость топлива. Если в ОАО «Камачтскэнерго» закончится топливо, то станция остановится, а Мутновка будет работать, если, конечно, не закончится пар под землёй или не произойдёт какое-то катастрофическое землетрясение и не порушит скважины, которые находятся на глубине до 2,5 километра. Что касается затрат, то они идут за счёт того, что станции обслуживаются вахтовым методом: завозят персонал на 15 дней. А в связи с тем, что геотермальные станции находятся очень далеко и добраться до них на обычном транспорте невозможно, приходится содержать высокопроходимую гусеничную технику, а то и вовсе заказывать вертолёт. К тому там имеются гостиница, общежитие, столовая, трудится обслуживающий персонал. Но даже с учётом всех этих затрат себестоимость геотермальной электроэнергии равняется 1 руб.67 коп., а на ТЭЦ-2 только топливная составляющая равна 2 руб.24 коп., а себестоимость - 2 руб.97 коп. Если говорить о тарифе, то градация здесь сложнее. Например, на этот год региональная энергетическая комиссия установила тариф 1 руб.76 коп., а сколько платят горожане, вы сами хорошо знаете. На сегодняшний день доля мутновских геотермальных электростанций в общем электропотреблении ЦКЭУ составляет около 34 %, что позволяет в значительной степени ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного мазута, а заодно - улучшить экологическую обстановку в крае.

Высокая экономическая эффективность и экологическая чистота являются достаточными стимулами для дальнейшего развития геотермальной энергетики на полуострове. Каковы же перспективы? Увы, на сегодняшний день они пока неясные. В Камчатском крае существует стратегия развития, состоящая из нескольких позиций. Но если в прошлом году не было и тени сомнения в том, что будет развиваться инвестиционная деятельность, расширяя геотермальный бизнес, то сейчас (наверняка из-за мирового экономического кризиса) почти все инвестиционные проекты приостановлены. Кроме одного: в этом году начнётся проектирование блока, работающего на вторичном паре. Его мощность приблизительно будет равна 12 МВт. Более конкретно пока сказать трудно, но теоретические выкладки говорят о том, что можно будет получить такую мощность, дополнительно не разбуривая геополе. Если сепарат, закаченный под землю, пустить через расширитель и получить с него дополнительный пар, который, в свою очередь, сработает на блоках, работающих на паре с низкими параметрами (таких, как на Паужетской ГеоЭС), то теоретически из этого количества пара можно получить мощность в 12 МВт.

Проведя аналитическую работу о различных альтернативных способах выработки электроэнергии мы можем предложить начать с малого: начать экономить, выключая не нужный свет. Пусть пока мы не можем построить станции, мы можем бережно относится к тому, что имеем.

Так или иначе, правительство Камчатки видит будущее энергетики полуострова в возобновляемых источниках энергии, и об этом чётко прописано в стратегии развития Камчатского края, рассчитанной до 2025 года. А это значит, что гидро-, гео- и ветроэнергетика будет развиваться. Да и руководство страны придаёт этому вопросу большое значение, и в январском постановлении правительства сказано, что к 2010 году в России должно быть выработано возобновляемой электроэнергии полтора процента от общего потребления. А это, как вы понимаете, очень большая цифра для нашей страны.

Библиография

  1. Сайт Википедия. Свободная энциклопедия https://ru.wikipedia.org/

  2. Сайт Акционерного общества «Геотерм» http://www.rushydro.ru/

  3. Сайт АО «Южные электрические сети» http://ueskam.ru/

  4. Сайт «Росэнегосервис» http://rosenergoservis.ru/

hello_html_m7596a271.jpg

Приложение

Была построена математическая модель гидролигического потенциала Пенжинской губе Охотского моря средствами системы управления электронными таблицами MS Excel.

Была рассчитана потенциальная энергия потока воды.

В Пенжинской губе Охотского моря наблюдаются наиболее высокие приливы в Тихом океане, двойная амплитуда которых достигает 13,4 м. Приливы в заливе Шелихова являются суточными, площадь бассейна Пенжинской губы составляет 20 530 км². Таким образом, если считать усредненной высотой прилива значение 10 м, то в среднем в бухте за сутки проходит 410,6 км³ воды, что соответствует среднесуточному расходу 4,75·106 м3·сек−1. Проходящий поток воды имеет потенциальную энергию, которая в поле тяготения Земли не равна нулю при наличии ненулевого перепада высот и может быть выражена формулой:

hello_html_55f680d4.png,

Где hello_html_m2ed9903b.png обозначает потенциальную энергию; hello_html_fa7c683.png — плотность морской воды, равную 1 027 кг/м³; hello_html_m481c8802.png — площадь бассейна; hello_html_m51032d2d.png — высоту приливной волны и hello_html_mf87268f.pngускорение свободного падения, равное 9,81 м/с². Часть выражения, ограниченная квадратными скобками, указывает на множители, которые определяют массу проходящей воды за сутки.

Как видно из формулы, потенциальная энергия обращается в ноль при нулевом напоре и при напоре, равном высоте приливной волны. Если рассматривать данную формулу как функцию от hello_html_61758b.png, то она является параболической функцией с максимумом при hello_html_m51032d2d.png = 2•hello_html_61758b.png, что соответствует использованию перепада высот, равного 5 м. В данном случае изменение уровня воды в бухте и количество пропускаемой воды имеют в два раза меньшую величину — соответственно, 5 м и 2,38·106 м3·сек−1 (205,3 км³/сут).


Модель гидрологического потенциала бухты

ПЛОТНОСТЬ МОРСКОЙ ВОДЫ

1027

кг/м³

ПЛОЩАДЬ БАССЕЙНА ПЕНЖИНСКОЙ ГУБЫ

2,053E+11

м2

УСКОРЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ

9,81

м/с²

ПЕРЕПАД ВЫСОТ ВОЛНЫ

5

м

 

 

 

Гидрологический потенциал бухты

119,6973849

ГВт

КПД турбин

96%

 

электрическая мощность

114,9094895

ГВт


Расчеты в MS Excel

ПЛОТНОСТЬ МОРСКОЙ ВОДЫ

1027

кг/м³

ПЛОЩАДЬ БАССЕЙНА ПЕНЖИНСКОЙ ГУБЫ

2,053E+11

м2

УСКОРЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ

9,81

м/с²

ПЕРЕПАД ВЫСОТ ВОЛНЫ

5

м

 

 

 

Гидрологический потенциал бухты

=B1*B2*B3*B4/(24*60*60)/1000000000

ГВт

КПД турбин

96%

 

электрическая мощность

=B6*B7

ГВт


Подстановка полученных параметров и последующее деление на число секунд в сутках дает значение мощности, равное 120 ГВт (Приложение 1). Эта мощность позволяет получить 1 054 млрд кВт•ч или 3,79·1018 Дж энергии за год. В зависимости от эффективности преобразования потенциальной энергии в электрическую, общее количество получаемой электроэнергии и электрическая мощность будут иметь несколько меньшие значения. Если считать КПД турбин равным 96%, то соответствующая электрическая мощность составит 115 ГВт, а количество электроэнергии — 1 012 млрд кВт•ч или 3,64·1018 Дж.

hello_html_e5b91c5.jpg


Автор
Дата добавления 15.01.2016
Раздел География
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров667
Номер материала ДВ-340897
Получить свидетельство о публикации

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ


Идёт приём заявок на международный конкурс по математике "Весенний марафон" для учеников 1-11 классов и дошкольников

Уникальность конкурса в преимуществах для учителей и учеников:

1. Задания подходят для учеников с любым уровнем знаний;
2. Бесплатные наградные документы для учителей;
3. Невероятно низкий орг.взнос - всего 38 рублей;
4. Публикация рейтинга классов по итогам конкурса;
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://urokimatematiki.ru

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх