Перспективы развития электроэнергии, электротехники и электроники

ГБОУ СПО «Волгоградский технический колледж»

 

 

 

 

 

 

 

 

Перспективы развития электроэнергии, электротехники и электроники

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр.  МХ-1-11

Проверила: Иванова Г. А.

 

 

Волгоград 2012г.

Возможность энергетики народного хозяйства упорно возрастает. Она возникает вследствие концентрации мощностей в линиях электропередачи  и на электростанциях, централизации  электроснабжения, экономному и комплексному применению энергетических ресурсов, использованию, а также разработке новейших источников энергии. 

Вопреки опережающему развитию энергетики формируется неплохое основание в прогрессе во всех сферах промышленности, транспорта, строительства, сельского хозяйства, и конечно же в области роста культурного уровня и достатка людей. Однако, растущая потребность в разных видах энергии призывает к реализации немалых мероприятий по увеличению эффективности работы энергетических установок и предприятий, а также поиску путей применения и образования новых источников энергии. 

Главы государств выказывают немалую заботу о своевременном  вводе в действие больших энергетических объектов, более результативного  использования наличествующих электростанций, ускорении сооружения линий электропередачи, а также бесперебойном обеспечении  энергией населения страны и народного  хозяйства. Для более рационального  применения энергетических ресурсов понижают долю нефти как топлива, заменяя  её углём и газом, невероятно стремительно развивается атомная энергетика, идёт поиск принципиально новейших источников энергии. 

В настоящее время  в нашей стране и странах ближнего зарубежья достигли высокого уровня развития все сферы энергетики –  ветроэнергетика, электроэнергетика, гидроэнергетика, теплоэнергетика, ядерная  и атомная энергетика. Техники, инженеры, ученые, а также передовые рабочие  ведут разработки и изучения новейших методов приобретения и применения энергии. На основе открытий в области  ядерной физики родилась атомная  энергетика. Появление новейшей, перспективной  области народного хозяйства  – ядерной энергетики – было ознаменовано в 1951 г. 27 июня запуском первой в мире атомной электростанции мощностью 5 тыс. кВт, возведенной в Обнинске. За истечением времени в разных странах  было включено в действие более ста  атомных электростанций совместной мощностью около 40 млн. кВт. Также  начали действовать среди них  Кольская и Ленинградская атомные  электростанции, и другие. Затем  велась постройка ещё ряда атомных  электростанций. 

Благодаря использованию  атомной энергии, по мнению ведущих  специалистов, в перспективе будет  работать половина всех электростанций. К формированию новых типов реакторов  на быстрых нейтронах привело  развитие техники применения ядерного деления. В этих реакторах кроме  производства электроэнергии, также  исполняется воспроизводство ядерного горючего. Атомные электростанции делает более экономичными строительство  реакторов на быстрых нейтронах. Ученых навели изучения свойств атомных  ядер на открытие технологии приобретения ядерной энергии, в образе которого присутствует синтез лёгких элементов. 

К примеру, в слиянии  ядер изотопов водорода (трития и дейтерия) создастся ядро атома гелия и  от этого выдается колоссальная энергия. Тем не менее, определенные трудности  лежат на пути промышленного применения энергии ядерного синтеза: надобна  высокая температура (до 100 млн. °С); необходимость реализовать управление процессом ядерного синтеза. Ученые разных стран занимаются этими проблемами. 

Ещё одно улучшение  процесса производства на тепловых электростанциях  электроэнергии определяется внесением  бинарных энергетических агрегатов. К  примеру, теплота, выделяющаяся на момент сгорания топлива, в ртутно-водяных  энергетических установках подаётся парам  ртути, которые в свою очередь  делают полезно-необходимую работу в ртутной турбине. Далее пары ртути определяются в конденсатор-испаритель и оставшуюся всю энергию дают пару, проводящему работу в пароводяной  турбине. 

Наша страна достигла гигантских успехов в развитии гидроэнергетики. Следующие улучшения гидроэнергетической  техники сориентировано на разработку конструкций так сказать ещё  более мощных гидротурбин, а также  увеличение их полезного действия, целесообразное применение энергии  воды и конечно уменьшение затрат на постройки гидротехнических сооружений. 

Немалая внимательность отводится комплексному применению гидроэнергетических ресурсов с  итогом получения электроэнергии, исполнения работ по ирригации земель, в создании условий эффективности рыбоводства, с его увеличением, с обязательным использованием мер в охране окружающей среды. 

Перспективна и  работа над новыми гидроресурсами –  энергии отливов и приливов. В  ходе преобразования теплоты в механическую энергию, а после механической энергии  в электрическую проходят немалые потери энергии. Вследствие чего более экономный перспективный путь получение электрической энергии производится путем прямого преобразования теплоты в электрическую энергию. Это воплощается в действительность в магнито-гидродинамических генераторах, термоэлектронных и термоэлектрических элементах. На момент высоких температур совершается ионизация газов, кое-какие газы в это время превращаются в плазму. Если же пропустить плазму при большой скорости в тесно-ограниченном канале внутри полюсов магнита, то на стенках противоположных каналу появится электрическое напряжение. Этим самым, получается магнито-гидродинамический генератор. Производятся мощные такие генераторы, но время их промышленного применения стоит рад решений проблем в создании не дорогих материалов, и выдачи сильных магнитных полей. Так же прогрессивны методы получения электроэнергии за счёт прямого преобразования энергии химических связей. Аккумуляторы и гальванические элементы, где осуществляется такое преобразование, используют давно. Тем не менее, их не применяют с целью энергетических установок, оттого, что они не обеспечивают необходимое непрерывное получение электроэнергии и располагают слишком ограниченным запасом хим-горючего. В этом отношении более прогрессивными являются топливные элементы как значимые части электрохимических генераторов. 

Электрическая энергия  в топливном элементе образуется за счёт окислителя в присутствии  катализатора и окислительно-восстановительной  реакции топлива. К примеру, в  качестве катализатора может быть серебро, платина, в качестве окислителя кислород, в качестве топлива водород; тогда  выходит кислородно-водородный топливный  элемент. Резерв химического горючего в кислородно-водородных топливных  элементах постоянно пополняется: металлические пластины помещены в  растворе электролита, пропускающие в  свою очередь водород и кислород; реакция соединения водорода с кислородом происходит в этом растворе, впоследствии чего на пластинах появляется электрическое  напряжение. 

Ученые продолжают работать над дальнейшим совершенствованием: сменой водорода природным газом, увеличением  мощности элементов. Применение полупроводниковых  материалов в термоэлектрической технологии получения электроэнергии является перспективным в энергетических целях, преобразование солнечной энергии  в электроэнергию. Поиск новых  источников энергии продолжают осуществлять инженеры и ученые, более предоставляющих  и эффективных методов её получения, употребления и передачи.

Ядерная энергетика в целом  имеет отличные показатели безопасности: в эксплуатации находится 433 реактора, работающих в среднем более чем  по 20 лет. Однако чернобыльская катастрофа показала, что весьма тяжелая ядерная  авария может привести к радиоактивному загрязнению в масштабах страны и региона. Хотя вопросы безопасности и экологии становятся важнейшими для  всех источников энергии, многие воспринимают ядерную энергетику как особенно и органически небезопасную. Обеспокоенность  по поводу безопасности в сочетании  с соответствующими регламентационными требованиями будет в ближайшее  время по-прежнему оказывать сильное  влияние на развитие ядерной энергетики. В целях снижения масштабов реальных и возможных аварий на установках будет осуществлен ряд подходов. Чрезвычайно эффективные барьеры (такие, как двойные защитные оболочки) снизят вероятность значительных радиологических  последствий аварий за пределами  площадок до крайне низкого уровня, устраняя необходимость в планах аварийных действий. Повышение характеристик  целостности корпуса реактора и  реакторных систем также позволит снизить  вероятность возникновения последствий  на площадке. Внутренняя безопасность конструкций и технологических  процессов на станциях может быть повышена скорее путем включения  пассивных функций безопасности, чем активных систем защиты. В качестве жизнеспособного варианта могут  появиться высокотемпературные  газоохлаждаемые реакторы, использующие керамическое графитное топливо с высокой теплостойкостью и целостностью, снижающее вероятность выброса радиоактивного материала.

Плюсы и минусы атомной энергетики

За 40 лет развития атомной  энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира с  суммарной энергетической модностью  около 300 млн. кВт. Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания (с этой точки зрения она может рассматриваться как экологически чистая), основными недостатками потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии (типа Чернобыльской или на американской станции Тримайл Айленд) и проблема переработки использованного ядерного топлива.

Остановимся сначала на преимуществах. Рентабельность атомной энергетики складывается из нескольких составляющих. Одна из них независимость от транспортировки  топлива. Если для электростанции мощностью 1 млн. кВт требуется в год около 2 млн. т.у.т. (или около 5 млн. низкосортного угля), то для блока ВВЭР-1000 понадобится доставить не более 30 т. обогащенного урана, что практически сводит к нулю расходы на перевозку топлива (на угольных станциях эти расходы составляют до 50% себестоимости). Использование ядерного топлива для производства энергии не требует кислорода и не сопровождается постоянным выбросом продуктов сгорания, что, соответственно, не потребует строительства сооружений для очистки выбросов в атмосферу. Города, находящиеся вблизи атомных станций, являются в основном экологически чистыми зелеными городами во всех странах мира, а если это не так, то это происходит из-за влияния других производств и объектов, расположенных на этой же территории. В этом отношении ТЭС дают совсем иную картину. Анализ экологической ситуации в России показывает, что на долю ТЭС приходится более 25% всех вредных выбросов в атмосферу. Около 60% выбросов ТЭС приходится на европейскую часть и Урал, где экологическая нагрузка существенно превышает предельную. Наиболее тяжелая экологическая ситуация сложилась в Уральском, Центральном и Поволжском районах, где нагрузки, создаваемые выпадением серы и азота, в некоторых местах превышают критические в 2-2,5 раза.

К недостаткам ядерной  энергетики следует отнести потенциальную  опасность радиоактивного заражения  окружающей среды при тяжелых  авариях типа Чернобыльской. Сейчас на АЭС, использующих реакторы типа Чернобыльского (РБМК), приняты меры дополнительной безопасности, которые, по заключению МАГАТЭ (Международного агентства по атомной энергии), полностью исключают  аварию подобной тяжести: по мере выработки  проектного ресурса такие реакторы должны быть заменены реакторами нового поколения повышенной безопасности. Тем не менее в общественном мнении перелом по отношению к безопасному использованию атомной энергии произойдет, по-видимому, не скоро. Проблема утилизации радиоактивных отходов стоит очень остро для всего мирового сообщества. Сейчас уже существуют методы остекловывания, битумирования и цементирования радиоактивных отходов АЭС, но требуются территории для сооружения могильников, куда будут помещаться эти отходы на вечное хранение. Страны с малой территорией и большой плотностью населения испытывают серьезные трудности при решении этой проблемы.

Ядерная топливно-энергетическая база России.

Пуск в 1954 году первой атомной  электростанции мощностью всего  лишь 5000 кВт стал событием мировой  важности. Он ознаменовал начало развития атомной энергетики, которая может  обеспечить человечество электрической  и тепловой энергией на длительный период. Ныне мировая доля электрической  энергии, вырабатываемой на АЭС, относительно невелика и составляет около 17 процентов, но в ряде стран она достигает 50-75 процентов. В Советском Союзе  была создана мощная ядерно-энергетическая промышленность, которая обеспечивала топливом не только свои АЭС, но и АЭС ряда других стран. В настоящее время на АЭС России, стран СНГ и Восточной Европы эксплуатируются 20 блоков с реакторами ВВЭР-1000, 26 блоков с реакторами ВВЭР-440, 15 блоков с реакторами РБМК и 2 блока с реакторами на быстрых нейтронах. Обеспечение ядерным топливом этих реакторов и определяет объем промышленного производства твэлов и ТВС в России. Они изготавливаются на двух заводах: в г.Электросталь - для реакторов ВВЭР-440, РБМК и реакторов на быстрых нейтронах; в г-Новосибирске - для реакторов ВВЭР-1000.Таблетки для твэлов ВВЭР-1000 и РБМК поставляет завод, находящийся в Казахстане (г.Усть-Каменогорск).

В настоящее время из 15 атомных электростанций , построенных в СССР, 9 находятся на территории России; установленная мощность их 29 энергоблоков составляет 21242 мегаватта. Среди действующих энергоблоков 13 имеют корпусные реакторы ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор, активная зона которого размещается в металлическом или из предварительно напряженного бетона корпусе, рассчитанном на полное давление теплоносителя), 11 блоков- канальные реакторы РМБК-1000(РМБК - графито-водяной реактор без прочного корпуса. Теплоноситель в этом реакторе протекает через трубы, внутри которых находятся тепловыделяющие элементы), 4 блока- ЭГП (водо-графитовый канальный реактор с кипящим теплоносителем) по 12 мегаватт каждый установлены на Билибинской АТЭС и еще один энергоблок снабжен реактором БН-600 на быстрых нейтронах. Следует заметить, что основной парк корпусных реакторов последнего поколения был размещен на Украине (10 блоков ВВЭР-1000 и 2 блока ВВЭР-440).