Физика возобновляемой энергии
Как благодаря возобновляемым ресурсам появляется электроэнергия?
Процесс получения энергии:
Ветроэнергетика
В основе принципа работы ветрогенератора лежит преобразование кинетической энергии ветра в электрическую. В установке присутствует флюгер для определения направления ветра и анемометр для измерения скорости ветра. При прохождении ветра через турбину, лопасти за счет кинетической энергии ветра начинают вращаться, что приводит к вращению низкоскоростной вал, который в свою очередь соединен с редуктором. Редуктор увеличивает скорость вращения вала, он соединен с генератором. Также к нему подключен высокоскоростной вал, который преобразовывает кинетическую энергию в электрическую. Для отлаженной работы ветрогенератора необходим контроллер. Он выступает в роли выпрямителя тока, а также поддерживает оптимальный заряд на аккумуляторе. В случае полного заряда аккумуляторов он либо останавливает ветрогенератор, либо переводит энергию ветрогенератора в тепловую энергию от трубчатого энергонагревателя (ТЭНа). Далее выработанная электроэнергия поступает в сеть.
Основные типы ветряных электростанций (ВЭС):
1) Наземные. Монтируются на высотах и специально подготовленных площадках. Для строительства требуется дорогостоящая подъемная техника. Устройства объединяются в общую систему при помощи электрических кабелей.
2) Прибрежные. Их устанавливают около берегов морей и океанов. Работа системы зависит от морского бриза, создающего воздушные потоки. Днем движение воздуха осуществляется в направлении с воды на сушу, а ночью наоборот. Электроэнергия вырабатывается круглосуточно, без перерывов.
3) Шельфовые ветряные электростанции. Они устанавливаются непосредственно в море, на расстоянии 10-12 км от берега и используют энергию морских ветров. Для передачи электроэнергии используются подводные кабели.
В основе принципа работы ветрогенератора лежит преобразование кинетической энергии ветра в электрическую. В установке присутствует флюгер для определения направления ветра и анемометр для измерения скорости ветра. При прохождении ветра через турбину, лопасти за счет кинетической энергии ветра начинают вращаться, что приводит к вращению низкоскоростной вал, который в свою очередь соединен с редуктором. Редуктор увеличивает скорость вращения вала, он соединен с генератором. Также к нему подключен высокоскоростной вал, который преобразовывает кинетическую энергию в электрическую. Для отлаженной работы ветрогенератора необходим контроллер. Он выступает в роли выпрямителя тока, а также поддерживает оптимальный заряд на аккумуляторе. В случае полного заряда аккумуляторов он либо останавливает ветрогенератор, либо переводит энергию ветрогенератора в тепловую энергию от трубчатого энергонагревателя (ТЭНа). Далее выработанная электроэнергия поступает в сеть.
Основные типы ветряных электростанций (ВЭС):
1) Наземные. Монтируются на высотах и специально подготовленных площадках. Для строительства требуется дорогостоящая подъемная техника. Устройства объединяются в общую систему при помощи электрических кабелей.
2) Прибрежные. Их устанавливают около берегов морей и океанов. Работа системы зависит от морского бриза, создающего воздушные потоки. Днем движение воздуха осуществляется в направлении с воды на сушу, а ночью наоборот. Электроэнергия вырабатывается круглосуточно, без перерывов.
3) Шельфовые ветряные электростанции. Они устанавливаются непосредственно в море, на расстоянии 10-12 км от берега и используют энергию морских ветров. Для передачи электроэнергии используются подводные кабели.
Строение ветрогенератора
Гелиоэнергетика
Солнечные электростанции состоят из нескольких элементов: Солнечная панель, изготовленная из фотоэлементов, аккумуляторная батарея, которая накапливает и хранит полученную энергию, инвертор или же преобразователь преобразовывает прямой ток в переменный и стабилизатор, защищающий установку от скачков напряжения. Принцип работы сэс основан на фотоэффекте. Солнечное излучение попадает на панели (чаще всего кремниевые), далее происходит явление фотоэффекта в ходе которого появляется напряжение. Это приводит в работу аккумулятор, который хранит заряд. При помощи контроллера на нем регулируется количество заряда (при переизбытке заряда контроллер отключает солнечную панель). Далее инвертор преобразовывает ток, и он идет в сеть.
Основные виды солнечных электростанций (СЭС):
1) Башенные. Электростанции, в которых излучение от оптической контактирующей системы направляется на установленный на башне преемник энергии солнца. В их основе лежал принцип испарения воды при помощи солнечного излучения. Башня, расположенная в середине такой станции на вершине, имеет черный резервуар с водой. Вокруг неё устанавливают гелиостаты (элемент оптической концентрирующей системы, имеющий устройство для направления отраженной энергии солнца на преемник) для направления отражённого солнечного излучения на ёмкость с водой. Пар вращает турбогенератор, который находится на станции.
2) Тарельчатые. Этот вид электростанций схож с предыдущим, о здесь используются отдельные модули (включающие преемник и отражатель) каждые, из которых генерируют электричество
3) Параболоцилиндрические концентраторные. Принцип их действия основан на нагреве теплоносителя сконцентрированным отражённым излучением.
4) Фотоэлектрические. Станции на базе солнечных батарей (модули на базе кремниевых элементов) используются для обеспечения энергией небольших зданий. Промышленные фотоэлектрические станции могут снабжать электроэнергией небольшие города.
Солнечные электростанции состоят из нескольких элементов: Солнечная панель, изготовленная из фотоэлементов, аккумуляторная батарея, которая накапливает и хранит полученную энергию, инвертор или же преобразователь преобразовывает прямой ток в переменный и стабилизатор, защищающий установку от скачков напряжения. Принцип работы сэс основан на фотоэффекте. Солнечное излучение попадает на панели (чаще всего кремниевые), далее происходит явление фотоэффекта в ходе которого появляется напряжение. Это приводит в работу аккумулятор, который хранит заряд. При помощи контроллера на нем регулируется количество заряда (при переизбытке заряда контроллер отключает солнечную панель). Далее инвертор преобразовывает ток, и он идет в сеть.
Основные виды солнечных электростанций (СЭС):
1) Башенные. Электростанции, в которых излучение от оптической контактирующей системы направляется на установленный на башне преемник энергии солнца. В их основе лежал принцип испарения воды при помощи солнечного излучения. Башня, расположенная в середине такой станции на вершине, имеет черный резервуар с водой. Вокруг неё устанавливают гелиостаты (элемент оптической концентрирующей системы, имеющий устройство для направления отраженной энергии солнца на преемник) для направления отражённого солнечного излучения на ёмкость с водой. Пар вращает турбогенератор, который находится на станции.
2) Тарельчатые. Этот вид электростанций схож с предыдущим, о здесь используются отдельные модули (включающие преемник и отражатель) каждые, из которых генерируют электричество
3) Параболоцилиндрические концентраторные. Принцип их действия основан на нагреве теплоносителя сконцентрированным отражённым излучением.
4) Фотоэлектрические. Станции на базе солнечных батарей (модули на базе кремниевых элементов) используются для обеспечения энергией небольших зданий. Промышленные фотоэлектрические станции могут снабжать электроэнергией небольшие города.
Гидроэнергетика
Напор воды, направленный на лопасти турбины гидроустановки, приводит ее в движение, соединенная с генератором, турбина вращает генератор. Генератор вырабатывает электроэнергию. Далее ток преобразовывается и поступает в сеть.
По принципу работы существует множество видов ГЭС:
1) Русловые: гидроузел расположен в пределах речного течения и на незначительную часть выходят на берега реки. Напор создаётся при помощи плотины, водосборного сооружения и здания станции.
2) Плотинные: напор воды создаётся посредством установки плотины, которая полностью перегораживает реку или которая поднимает уровень воды в ней на необходимую отметку. Это самый распространённый вид ГЭС
3) Приплотинные: напор создаётся при помощи плотины, а машинный зал и здание вынесены за её пределы(внизу). Могут быть как средненапорными, так и высоко напорными в большинстве своём, располагаются на крупных реках, где напор воды высок, возводятся наскальных грунтах. Большинство крупных гидроузлов приплотинные, например, Илимская и Саяно-Шушенская ГЭС.
4) Деривационные: используются при помощи обходных сооружений на горных реках, направляющих воду в обход естественного русла реки, плотиной чаще всего пренебрегают ввиду её бесполезности. Размещаются там, где уклон реки очень большой, Такие ГЭС не задерживают поток воды. В основном они высоконапорные (до 2000метров)
5) Гидроаккумулирующие электростанция (ГАЭС)-насосно-аккумулирующая ГЭС, которая сама вырабатывает энергию, а также накапливает энергию, которую вырабатывают другие электростанции, когда спрос на энергию мал (в часы не пиковых нагрузок) и преобразовывает её, путём перекачивания воды из нижнего бассейна в верхний и наоборот. При всём этом насосы работают от внешних источников энергии.
Напор воды, направленный на лопасти турбины гидроустановки, приводит ее в движение, соединенная с генератором, турбина вращает генератор. Генератор вырабатывает электроэнергию. Далее ток преобразовывается и поступает в сеть.
По принципу работы существует множество видов ГЭС:
1) Русловые: гидроузел расположен в пределах речного течения и на незначительную часть выходят на берега реки. Напор создаётся при помощи плотины, водосборного сооружения и здания станции.
2) Плотинные: напор воды создаётся посредством установки плотины, которая полностью перегораживает реку или которая поднимает уровень воды в ней на необходимую отметку. Это самый распространённый вид ГЭС
3) Приплотинные: напор создаётся при помощи плотины, а машинный зал и здание вынесены за её пределы(внизу). Могут быть как средненапорными, так и высоко напорными в большинстве своём, располагаются на крупных реках, где напор воды высок, возводятся наскальных грунтах. Большинство крупных гидроузлов приплотинные, например, Илимская и Саяно-Шушенская ГЭС.
4) Деривационные: используются при помощи обходных сооружений на горных реках, направляющих воду в обход естественного русла реки, плотиной чаще всего пренебрегают ввиду её бесполезности. Размещаются там, где уклон реки очень большой, Такие ГЭС не задерживают поток воды. В основном они высоконапорные (до 2000метров)
5) Гидроаккумулирующие электростанция (ГАЭС)-насосно-аккумулирующая ГЭС, которая сама вырабатывает энергию, а также накапливает энергию, которую вырабатывают другие электростанции, когда спрос на энергию мал (в часы не пиковых нагрузок) и преобразовывает её, путём перекачивания воды из нижнего бассейна в верхний и наоборот. При всём этом насосы работают от внешних источников энергии.
Приливная энергетика
Принцип работы приливной электростанции схож с работой ГЭС. Во время прилива вода проходит через гидротурбогенератор, заставляя его вращаться. Таким образом образуется энергия, а «использованная» вода попадает в специальный бассейн, где находится до отлива.
Принцип работы приливной электростанции схож с работой ГЭС. Во время прилива вода проходит через гидротурбогенератор, заставляя его вращаться. Таким образом образуется энергия, а «использованная» вода попадает в специальный бассейн, где находится до отлива.
Строение ПЭС
Волновая энергетика
Энергия волн, совершающих колебательные движения вверх-вниз, преобразуется в электрическую энергию.
Виды устройств станций:
1) «Осциллирующий водяной столб».
В таком устройстве волны заполняют специальные камеры. Воздух сжимается и создает избыточное давление. Под воздействием этого воздух поступает на турбину. Лопасти турбины начинают вращаться, благодаря чему генератор вырабатывает электроэнергию.
2) «Колеблющееся тело».
В конструкции имеется несколько секций. На платформах между ними смонтированы поршни. Платформы являются подвижными. К поршню подсоединяется двигатель, имеющий гидравлический характер, приводящий во вращение электрический генератор.
3) Установка с «искусственным атоллом». На корпусе бетонного сооружения размещается площадка, на которую происходит накат волн. Они накапливаются в специальном резервуаре. Из него вода попадает на гидротурбину.
Энергия волн, совершающих колебательные движения вверх-вниз, преобразуется в электрическую энергию.
Виды устройств станций:
1) «Осциллирующий водяной столб».
В таком устройстве волны заполняют специальные камеры. Воздух сжимается и создает избыточное давление. Под воздействием этого воздух поступает на турбину. Лопасти турбины начинают вращаться, благодаря чему генератор вырабатывает электроэнергию.
2) «Колеблющееся тело».
В конструкции имеется несколько секций. На платформах между ними смонтированы поршни. Платформы являются подвижными. К поршню подсоединяется двигатель, имеющий гидравлический характер, приводящий во вращение электрический генератор.
3) Установка с «искусственным атоллом». На корпусе бетонного сооружения размещается площадка, на которую происходит накат волн. Они накапливаются в специальном резервуаре. Из него вода попадает на гидротурбину.
Геотермальная энергетика
ГеоЭС работает за счет энергии тепла Земли (в виде горячего пара или воды), которую получает по специальным скважинам.
Чаще всего вода или пар подается по специальной скважине в те слои земной коры, где достаточно большая температура. Далее нагретый пар или вода поступают на поверхность по второй трубе.
Существует несколько способов получения геотермальной энергии:
1)Прямой. Пар, поступающий из глубоких слоев земной коры, попадает на турбину, за счет чего она приходит в движение. Турбина соединена с генератором. Таким образом происходит выработка энергии.
2)Не прямой. Из земли закачивается раствор, который в дальнейшем выпаривают. Полученный пар попадает на турбину. Далее происходит генерация энергии как в прямом методе.
3)Бинарный. В качестве инструмента получения тепла вместо воды используется жидкость с более низкой температурой кипения, которая, проходит через теплообменник. Там она превращается в пар и также как и в других случаях подается на турбину.
ГеоЭС работает за счет энергии тепла Земли (в виде горячего пара или воды), которую получает по специальным скважинам.
Чаще всего вода или пар подается по специальной скважине в те слои земной коры, где достаточно большая температура. Далее нагретый пар или вода поступают на поверхность по второй трубе.
Существует несколько способов получения геотермальной энергии:
1)Прямой. Пар, поступающий из глубоких слоев земной коры, попадает на турбину, за счет чего она приходит в движение. Турбина соединена с генератором. Таким образом происходит выработка энергии.
2)Не прямой. Из земли закачивается раствор, который в дальнейшем выпаривают. Полученный пар попадает на турбину. Далее происходит генерация энергии как в прямом методе.
3)Бинарный. В качестве инструмента получения тепла вместо воды используется жидкость с более низкой температурой кипения, которая, проходит через теплообменник. Там она превращается в пар и также как и в других случаях подается на турбину.
Биоэнергетика
В качестве топлива для биогазовой установки используют органические вещества, твердое топливо (пеллеты, опилки и тд). В нагретом до 40 °C ферментере топливо разлагается без доступа света и кислорода. Конечным продуктом этого брожения является биогаз, в основе которого лежит метан. После сбраживания он попадает в резервуар, оттуда он поступает в ТЭЦ, где сжигается, после чего полученная энергия поступает в сеть. Остатки от производства биогаза можно использовать в качестве удобрений.
В качестве топлива для биогазовой установки используют органические вещества, твердое топливо (пеллеты, опилки и тд). В нагретом до 40 °C ферментере топливо разлагается без доступа света и кислорода. Конечным продуктом этого брожения является биогаз, в основе которого лежит метан. После сбраживания он попадает в резервуар, оттуда он поступает в ТЭЦ, где сжигается, после чего полученная энергия поступает в сеть. Остатки от производства биогаза можно использовать в качестве удобрений.
