Миниэлектростанция бензиновая: малые переносные электростанции, портативные передвижные дизельные электростанции на сайте Generatora.net

Содержание

Бензиновая электростанция Титан ПБГ2800Р (2,8 кВА)

Генератор бензиновый Титан ПБГ2800Р — это надежная проверенная техника мощностью 2,5 кВт, которая требуется для питания самых разных бытовых устройств, офисных приборов, электрического инструмента при монтаже, декорировании, строительстве и ремонте.

Данный высококачественный генератор электричества широко используется на дачах, в особняках и частных домах, различных хозяйствах и коммунальных службах.

 

Параметры генератора Титан ПБГ2800Р

Этот электрогенератор снабжен высококачественным двигателем бензинового типа. Установленный на оборудовании двигатель является четырехтактным. Запускается устройство простым в каждодневном применении ручным стартером. Данный стартер является инерционным.

МАХ мощность на выходе бензиновой мини электростанции равна 2,8 кВА, номинальная мощность равна 2,5 кВА. Установленный на устройстве двигатель имеет качественную воздушную охладительную систему. Так, вы можете запросто использовать оборудование продолжительное время без перебоев.

Объем имеющегося на электрогенераторе топливного бака — 15 л. Так, можно эксплуатировать электростанцию без перерывов и дополнительной заправки до 12 часов.

Панель генератора эргономична и удобна в использовании. На ней расположены 2 розетки по 220 В, высококачественный аналоговый вольтметр. Также на панели установлены клеммы на 12 В.

 

Конструкция генератора Титан

Эта модель электростанции оборудована специальным масляным датчиком, который нужен для слежения за уровнем соответствующей жидкости. Установленный датчик сам выключит мотор и не даст произвести его пуск, когда масла мало.

Генератор электроэнергии снабжен качественным стабилизатором напряжения. Также устройство имеет все нужные защитные системы, что позволяет ему работать очень долго без проведения технического осмотра.

Бензиновый генератор этой модели весьма удобно переносить и перевозить в нужное место, легко хранить. Устройство имеет прочную раму, которая упрощает его транспортировку, небольшие вес и размеры.

Гарантия на электрогенератор от Титан — 12 месяцев. Купить бензогенератор Титан ПБГ2800Р можно в телефонном режиме и через «Корзину».

 

Написать

Правила установки и подключения бензогенератора в Киеве, Харькове, Днепре, Одессе

 

Если бензиновая электростанция правильно установлена и подключена, то она является надёжным источником резервного энергоснабжения для объекта. Бензиновые генераторы, купить которые можно в Украине, имеют воздушную систему охлаждения. Благодаря использованию такой системы охлаждения однофазный или трехфазный генератор бензиновый отличается низкой стоимостью, компактностью и маленькой массой. Но, с другой стороны, портативный электрогенератор имеет свою специфику в монтаже, а также в работе с панелями автоматического включения резерва. Поэтому перед тем, как купить бензогенератор, в обязательном порядке изучите инструкцию по установке и эксплуатации, которая идёт в комплекте поставки оборудования.

Как показывает практика, мини-электростанции лучше монтировать в помещении, которое помимо существенного снижения шума обеспечит защиту от атмосферных осадков (дождь, снег), а также пыли и мелких частиц, которые могут быть в воздухе. В дополнение к этому, лучше, если помещение, где будет установлен бензиновый генератор, находится в отдельном строении подальше от жилого дома. Благодаря этому шум, издаваемый агрегатом во время работы, не будет слышен хозяевами дачи или коттеджа. К тому же, вибрации и выхлопные газы не будут ощущаться в жилой части дома. Автономный генератор бензиновый желательно устанавливать в сухом помещении, в котором отсутствуют легко воспламеняющиеся вещества и пыль.

Для того чтобы оборудование не перегревалось и обеспечивало заявленную выходную мощность, необходимо организовать систему вентиляции в помещении. Для этого нужно сделать отверстия для притока холодного воздуха и выброса горячего. Эти отверстия желательно закрыть решётками, а также установить вентилятор на отверстии для отвода горячего воздуха из помещения. В обязательном порядке необходимо реализовать систему выхлопа, которая позволит осуществить отвод выхлопных газов из помещения, где установлен бензогенератор. При этом рекомендуется отверстия для вентиляции и выхлопа размещать на максимально возможном расстоянии от окон и дверей. При установке агрегата в помещении, которое находится в жилом доме, размещайте бытовые электрогенераторы на специальные вибровставки или резиновые прокладки.

 

Как подключать бензиновый генератор?

Для того чтобы правильно включить агрегат в схему энергоснабжения дома необходимо точно определить режим эксплуатации оборудования. Автономные установки в Украине могут применяться разными способами. Нередки случаи, когда оборудование применятся как постоянный источник энергоснабжения. Но чаще всего бытовые генераторы бензиновые применяются для резервирования домов и коттеджей в случае исчезновения внешнего электропитания. Современная электростанция бензиновая оборудована средствами, которые позволяют запускать её вручную и автоматически.

Ознакомьтесь с принципом работы агрегата, прежде чем купить бензогенератор. Дело в том, что для такого оборудования наиболее оптимальным является режим запуска вручную. Это связано с несколькими причинами. Одной из них является то, что чаще всего бензиновый электрогенератор не рассчитан на полную мощность дома. В связи с этим подключение нагрузок должно осуществляться постепенно без учёта тех потребителей, которых не нужно резервировать. К тому же бензиновый генератор с автозапуском может периодически выходить из строя, так как в автоматическом режиме работы сложно обеспечить правильную регулировку открытия дроссельной заслонки. Эта заслонка регулирует подачу топлива в двигатель в зависимости от температуры. Реализовать данную регулировку должным образом на базе современных средств автоматики достаточно сложно.

Домашний генератор бензиновый нельзя подключать напрямую в сеть через автоматический выключатель в распределительном щите или бытовую розетку. Это может привести к встречному включению автономного агрегата и внешней сети, что станет причиной поломки оборудования. Предварительное отключение вводного автоматического выключателя также не является хорошим решением, так как не исключает вероятность ошибки вследствие человеческого фактора, когда пользователь может забыть выполнить необходимые действия, перед тем как включить бензогенератор для дома. Оптимальным вариантом является использование перекидного рубильника. Тот же перекидной рубильник, но уже с мотором-приводом, может применяться и для панели автоматического включения резерва, когда мини электростанция бензиновая запускается в автоматическом режиме. В этом случае панель АВР должна содержать реле контроля фаз и специальную автоматику, которая управляет открытием и закрытием дроссельной заслонки подачи топлива.

 

Как обслуживать бензиновый электрогенератор?

Техническое обслуживание электростанций должно в обязательном порядке включать в себя замену масла не реже одного раза в год, а также в случае наработки регламентного количества моточасов. Интервал между сервисными обслуживаниями нужно уточнять в инструкции по эксплуатации на бензиновый генератор, так как разные агрегаты собраны на разных двигателях, которые в свою очередь отличаются требованиями к периодичности проведения сервиса. Если по каким-либо причинам оборудование длительное время работало без замены масла в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации, то во избежание сокращения моторесурса двигателя рекомендуется осуществить промывку масляной системы. Эту промывку необходимо провести перед заменой масла с использованием промывательного средства, которое необходимо добавить в масло в пропорции 1 г промывательного средства на 20 мл масла. Первоначально нужно включить мини-генератор бензиновый и дать двигателю разогреться.

После этого выключить агрегат и залить промывательное средство в заливную горловину масла. Затем снова включите бензогенератор на 10-15 минут. После этого необходимо остановить оборудование, слить старое масло и залить новое. Перед выбором типа топлива и масла в обязательно порядке ознакомьтесь с требованиями завода-изготовителя установки. Чаще всего рекомендуется применять масло 10W-30, которое позволить эксплуатировать электрогенератор как летом, так и зимой.

Необходимо в обязательно порядке следовать рекомендациям инструкции по эксплуатации относительно периодичности смазки силовых контактов зажигания и крепежных частей, а также других подвижных частей оборудования. Помните, что портативная электростанция бензиновая может быть подвержена воздействию грызунов. Если не использовать специальные средства защиты, то грызуны могут повредить элементы проводки. В качестве средства защиты может применяться специальный спрей, который желательно разбрызгивать через каждые две-три недели, так как он со временем выветривается.

Длительное хранение топлива в баке может привести к его окислению, что станет причиной снижения октанового числа и невозможности воспламенения бензина от свечи зажигания. Если бензиновые генераторы длительное время не работали, и в них находилось топливо, то желательно добавить в бак специальные присадки в пропорции 1 мл присадки на 1 л бензина. Для размешивания присадки в топливной системе необходимо запустить портативный генератор бензиновый на 5 минут. После этого агрегат можно остановить и снова поставить в режим ожидания до момента, когда необходимо будет его эксплуатировать.

Бензиновая инверторноя мини-электростанция Elitech БИГ 2000

  • Электрическая мощность (номинальная/максимальная): 1,6/2,0 кВт
  • Напряжение: 230 В, 50 Гц (7 А) и постоянный ток 12 В (7,5 А)
  • Двигатель: бензиновый 1-цилиндровый 4-тактный воздушного охлаждения; 105,7 см3; 2,2 кВт
  • Генератор: инверторный
  • Габариты: 531x310x445 мм
  • Вес: 22 кг
  • Цена: 550$.

Перед нами довольно редкий на нынешний момент представитель мини-электростанций: четырехтактный переносной «чемоданчик» с инверторной системой управления параметрами выходящего тока До недавних пор такая компоновка практически не попадалась в продаже: портативные генераторы чаще всего оснащались двухтактными моторами, синхронными альтернаторами и при собственном весе порядка 20 кг обеспечивали выходную мощность в пределах 1 кВт, что маловато для работы со многими видами бытового инструмента Если же требовалась большая мощность, приходилось выбирать «рамный» агрегат.

Четырехтактный двигатель обеспечивает более высокий ресурс по сравнению с двухтактным, а «инвертор» значительно легче традиционного генератора К тому же качество тока у инверторных моделей выше, что благоприятно сказывается на ресурсе подключаемого оборудования. Ну а закрытое исполнение корпуса гарантирует защиту от пыли и уменьшает шум при работе.

Для доступа к маслозаливной горловине, воздушному фильтру и свече в корпусе предусмотрены съемные сервисные крышки. На панели управления имеются индикаторы работы, перегрузки и низкого уровня масла. Допускается кратковременная перегрузка Например, при подключении оборудования с электродвигателями, у которых пусковой ток в несколько раз превышает номинальный, индикатор может загореться на несколько секунд. При постоянной перегрузке или коротком замыкании система защиты прекращает подачу тока.

Еще одна полезная особенность — возможность выбора режима работы. Обычный предназначен для «общения» с оборудованием, оснащенным электродвигателями, и для подзарядки аккумуляторов. При переключении на автоматический режим регулирования дроссельной заслонки генератор подстраивает обороты двигателя в зависимости от мощности подключенных потребителей, что экономит топливо в тех случаях, когда станция питает не слишком мощную технику.

Читайте также:

На примере этой модели мы фактически наблюдаем появление на рынке нового поколения переносных мини-электростанций. Стоимость «инверторов» хоть и выше, чем синхронных генераторов, но вполне приемлема, особенно если предполагается использовать их для питания сложной и недешевой электроники, к примеру, ноутбуков и офисного оборудования, которого в нашей жизни становится все больше.

Бензиновая электростанция. Топливо для бензогенератора. Достоинства и характеристики бензиновых электростанций



Собственный, независимый источник электроэнергии — это не только желательное дополнение к оборудованию частного дома или солидного предприятия. В нашей стране это необходимость и гарантия от возникновения ненужных финансовых и производственных проблем. Вместе с тем, для некоторых видов человеческой деятельности, таких, например, как добыча полезных ископаемых или проведение аварийно-спасательных работ, автономный источник питания просто жизненно необходим. Отличительными особенностями современных электростанций являются экономичность, компактные размеры, различные конструктивные решения шумоподавления, наличие интеллектуальных устройств мониторинга и управления процессом выработки электроэнергии, переключения нагрузки, синхронизации генераторов с сетью и между собой.

Бензиновая электростанция или бензогенератор

В качестве первичного двигателя используется карбюраторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием. Часть энергии, которая выделяется при сгорании топлива, в ДВС преобразуется в механическую работу, а оставшаяся часть в теплоту. Механическая работа на валу двигателя используется для выработки электроэнергии генератором электрического тока.

Существует два основных типа бензиновых электростанций: двухтактные и четырехтактные. Двухтактные модели в большинстве случаев маломощные и наиболее компактны. Наработка на отказ у них составляет не более 500 часов. Четырехтактные электростанции с более совершенным верхнеклапанным двигателем обладают гораздо большим ресурсом, и используются для более мощных установок.

Профессиональные бензоэлектростанции оснащены четырехтактными двигателями, обеспечивающими работу генераторов в течение продолжительного времени. Помимо четырехтактного двигателя в состав агрегата входит система автоматической остановки в случае понижения уровня масла. Снабженная этой современной системой электростанция бензиновая отличается от других моделей повышенной износостойкостью и надежностью. Для профессиональных генераторов также характерен большой объем топливного бака, что обеспечивает длительный ресурс работы данного оборудования.

Генераторы на бензине применяются как аварийный источник на небольшие промежутки времени, например, в период отключения подачи централизованной электроэнергии. Если же Вы преследуете цель использовать бензиновую электростанцию в качестве постоянного бесперебойного источника электроэнергии в течении длительного времени, то стоит обратить внимание на дизельные электростанции, невзирая на их более высокую первоначальную стоимость.

Почти каждый сталкивался с проблемой отсутствия энергообеспечения. В наше время это могли быть перебои в электросети города или сельской местности, отсутствие электричества на природе или необходимость электроприборов при постройке загородного дома. В таких ситуациях на помощь приходит бензиновый генератор — источники бытовой электроэнергии. Мощность генератора позволяет использовать его в небольших офисах и торговых точках, загородных дачах или на пикнике. Небольшие размеры не создают проблем при поиске места для их размещения.

Задуматься о покупке бензиновой электростанции стоит в том случае, когда:

  • вы хотите приготовить еду в полевых условиях;
  • на территории отсутствует освещение;
  • требуется источник электроэнергии для презентации проекта во время деловых переговоров на свежем воздухе;
  • в загородном домике проблемы с электроснабжением;
  • сел аккумулятор в машине, а помощи ждать неоткуда
  • и во многих других, кажущихся порой безвыходными, ситуациях.

Топливо для бензогенератора

Топливо для бензогенератора — высокооктановые сорта бензина. Применение антидетонационных присадок, смесей бензина со спиртами и пр. возможно только по согласованию с производителем. Конкретный состав и другие характеристики топлива, используемого для работы электростанции, определяет производитель двигателя.

Необходимо заметить, что бензиновый генератор — это источник электроэнергии относительно небольшой мощности. Она подойдет в том случае, если Вы планируете осуществлять резервное, сезонное или аварийное энергообеспечение Вашего объекта. Подобные агрегаты обычно имеют меньший ресурс и мощность по сравнению с дизельгенераторами, однако более удобны в эксплуатации за счет меньшего веса, габаритов и уровня шума при работе. Варианты использования и исполнения бензиновых электростанций: в качестве резервного источника электроснабжения малой мощности в стационарном исполнении, в качестве единственно возможного источника при проведении аварийно-спасательных и ремонтных работ, работ, выполняемых в полевых условиях и на удаленных объектах, для обеспечения электроэнергией различного рода передвижных объектов в носимом или мобильном исполнении. Проще говоря, бензиновая электростанция идеальный выбор для собственников малых предприятий (бензоколонка,магазин),владельцев загородных домов, туристов, строительных бригад, телекомпаний и пр. Компактная и надежная, экономичная и малошумная автономная бензостанция возьмет на себя решение проблем с энергообеспечением.

Основные средние характеристики бензоэлектроагрегата

Основные средние характеристики бензоэлектроагрегата:

  • Удельный расход топлива, кг/кВтч – 0,3-0,45
  • Удельный расход масла, г/кВтч – 0,4-0,45
  • КПД% — 0,18-0,24
  • Диапазон мощности бензоэлектроагрегатов кВт – 0,5-15,00
  • Напряжение, В – 240/400
  • Диапазон рабочих режимов, % от ном. Мощности – 15-100
  • Требуемое давление газа, кг/см2 – 0,02-15
  • Ресурс до текущего ремонта (не менее), тыс. ч – 1,5-2,0
  • Ресурс до капитального ремонта (не менее), тыс. ч – 6,0-8,0
  • Затраты на ремонт, % от стоимости –5-20
  • Вредные выбросы (СО),% 2,55
  • Уровень шума на расстоянии 1м (не более), дБ 80.

Основные достоинства бензиновых электростанций

Основные достоинства бензиновых электростанций:

  • относительно низкая стоимость оборудования по сравнению с дизельными и газовыми электростанциями;
  • компактность и хороший показатель соотношения массы оборудования к величине вырабатываемой энергии;
  • легкий пуск в условиях низких температур;
  • невысокий уровень шума электростанции;
  • простота эксплуатации.


мини-атомных электростанций могут обеспечить электроэнергией 20 000 домов (обновление)

Миниатюрные ядерные модули Hyperion&acutes можно было легко транспортировать и закапывать под землю, и они могли обеспечить энергией до 20 000 домов.

(PhysOrg.com) — Подземные атомные электростанции размером не больше джакузи вскоре могут обеспечить электричеством население по всему миру. Каждый мини-реактор диаметром около 1,5 метра может обеспечить электроэнергией около 20 000 домов.( См. ниже обновление )

Небольшие энергетические модули изначально были разработаны Отисом «Питом» Петерсоном и другими учеными из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. Сейчас технология находится в стадии коммерческой разработки компанией Hyperion Power Generation, которая недавно объявила о получении первых заказов и планах начать массовое производство в течение пяти лет.

«Наша цель — производить электроэнергию по цене 10 центов за ватт в любой точке мира, — сказал Джон Дил, генеральный директор Hyperion. «[Атомные станции] будут стоить примерно 25 миллионов долларов каждая. Для сообщества с 10 000 домохозяйств это очень доступные 2500 долларов на дом».

Из-за своих небольших размеров мини-электростанции можно относительно быстро собрать и транспортировать на грузовиках, по железной дороге или на корабле в отдаленные места, даже в места, где в настоящее время нет электричества. Электростанции представляют собой альтернативу нынешним атомным электростанциям, которые большие, дорогие, и на их строительство уходит около 10 лет.Кроме того, крупные электростанции не подходят для нужд небольшого населения или районов без свободной земли. Модули «Гипериона» могут быть соединены вместе, чтобы обеспечить энергией большее население.

Кроме того, модули Hyperion не имеют движущихся частей, которые могут изнашиваться, и их не нужно открывать на месте. Даже если его открыть, небольшое количество закрытого топлива сразу же остынет, что снизит проблемы с безопасностью. «Модуль не может перейти в сверхкритическое состояние, «расплавиться» или создать какую-либо аварийную ситуацию», — заявляет компания на своем веб-сайте.Поскольку заводы Hyperion будут закопаны под землю и охраняться службой безопасности, компания объясняет, что они будут скрыты от глаз и защищены от незаконного использования. Кроме того, материал внутри не подходит для целей распространения.

— Вам потребуются ресурсы национального государства, чтобы обогатить наш уран, — сказал Дил. «С точки зрения температуры это слишком жарко. Это все равно, что украсть барбекю голыми руками».

Реакторы необходимо заправлять примерно каждые семь-десять лет.Гиперион говорит, что после пяти лет выработки энергии модуль производит отходы размером примерно с мяч для софтбола, что может быть кандидатом на переработку топлива.

В настоящее время Hyperion имеет более 100 заказов на свои модули, в основном от нефтяной и электроэнергетической промышленности. Первый заказ поступил от чешской инфраструктурной компании TES, специализирующейся на водоочистных сооружениях и электростанциях.TES заказала шесть модулей и заказала еще 12, первый из которых планировалось разместить в Румынии.

Hyperion планирует построить три производственных завода с целью производства 4000 мини-ядерных модулей в период с 2013 по 2023 год. В следующем году компания подаст заявку на создание модулей в Комиссию по ядерному регулированию.

Признавая, что коммерческое развитие мини-атомных электростанций является благородной целью, Hyperion считает, что потенциальные преимущества технологии оправдывают усилия.Наряду с подачей электроэнергии в отдаленные районы модули Hyperion также могут быть использованы для обеспечения чистой водой 25% населения мира, которое в настоящее время не имеет доступа к чистой воде. Модули могут обеспечить питание для перекачки, очистки и обработки воды, что, в свою очередь, может помочь уменьшить болезни, бедность и социальные волнения.

Обновление (12 ноября 2008 г.): Комиссия по ядерному регулированию (NRC) связалась с PhysOrg.com , чтобы сообщить, что NRC не планирует рассматривать конструкцию Hyperion в ближайшем будущем, хотя NRC и Hyperion предварительно говорит.Поскольку конструкция Hyperion уникальна, NRC ожидает, что для обеспечения требований безопасности потребуется значительное время. В ответ на письмо от октября 2008 г. NRC заявил:

«Hyperion Power Generation находится на ранних стадиях разработки этой конструкции, и для этой концепции имеется очень мало информации об испытаниях. Hyperion Power Generation сообщила, что представит технические отчеты для проверки перед подачей заявки в конце 2009 финансового года. NRC не может вступать в какое-либо значимое формальное техническое взаимодействие с потенциальным заявителем до тех пор, пока мы не получим эти отчеты.Из-за очень ограниченного количества тестовых данных и отсутствия опыта эксплуатации уран-гидридного реактора персонал NRC ожидает, что проверка лицензирования будет связана со значительными техническими проблемами, вопросами безопасности и политики лицензирования».

Дополнительная информация: www.hyperionpowergeneration.com

через: Хранитель


Могут ли небольшие модульные реакторы смягчить изменение климата?

Цитата : Мини-атомные электростанции могут обеспечить электроэнергией 20 000 домов (обновление) (2008 г., 12 ноября) получено 11 января 2022 г. с https://физ.org/news/2008-11-mini-nuclear-power-homes.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Oklo планирует ядерные микрореакторы, работающие на ядерных отходах

Художественный рендеринг электростанции Oklo Aurora

Изображение предоставлено Gensler

Лицо атомной энергетики меняется, и одна из компаний работает над тем, чтобы переосмыслить то, как выглядит атомная энергия Окло.У стартапа из Силиконовой долины, состоящего из 22 человек, есть план по строительству мини-ядерных реакторов, работающих на отходах обычных ядерных реакторов и размещенных в эстетически привлекательных конструкциях с А-образной рамой.

«Микрореакторы — это захватывающая инновация, которая полностью переворачивает историю технологий для ядерной энергетики», — сказал CNBC Алекс Гилберт, руководитель проекта аналитического центра ядерной энергетики Альянса ядерных инноваций.

Исторически сложилось так, что производители ядерной энергии стремились быть конкурентоспособными за счет «эффекта масштаба», что означает экономию денег за счет масштабности, сказал Гилберт.Эта стратегия, однако, часто приводит к тому, что строительные проекты погрязают в задержках и перерасходе средств, как, например, атомная электростанция Vogtle в Джорджии, где смета проекта выросла с 14 миллиардов долларов до примерно 27 миллиардов долларов или более.

«Микрореакторы обещают перевернуть эту парадигму с ног на голову, приблизившись к конкурентоспособности затрат за счет технологического обучения», — сказал Гилберт.

Окло — детище пары соучредителей Джейкоба ДеВитта и Кэролайн Кокран, которые познакомились, когда в 2009 году работали ассистентами на курсе Массачусетского технологического института по технологии реакторов для руководителей коммунальных предприятий, работающих на атомных электростанциях. часть их сетки.

Команда Окло.

Фото: Эллиан Раффул; Предоставлено Oklo

Очень маленькие ядерные реакторы

Компания Билла Гейтса по расщеплению, TerraPower, уже продает идею о том, что она строит реакторы меньшего размера, чем те, которые обычно используются на обычных атомных электростанциях.

Но ДеВитте сказал, что Oklo будет строить реакторы «гораздо меньше», чем те, что строит TerraPower. Основной ядерный реактор TerraPower, Natrium, будет иметь мощность 345 мегаватт электрической энергии (МВт), а первый реактор Oklo под названием Aurora, как ожидается, будет иметь мощность 1 мегаватт.5 МВт, что делает его настоящим микрореактором. В отчете за 2019 год, подготовленном Институтом ядерной энергии, мощность микрореакторов определяется от одного до 10 МВт. Другие компании в этой области включают Elysium Industries, General Atomics, HolosGen, NuGen и X-energy, и это лишь некоторые из них.

Узнайте больше о чистой энергии от CNBC Pro

Oklo планирует владеть и эксплуатировать эти микрореакторы, сказал Кокран, и клиентами могут быть коммунальные предприятия, промышленные объекты, крупные компании, а также кампусы колледжей и университетов, сказал ДеВитт.

«Сегодняшние большие реакторы отвечают всем требованиям, чтобы удовлетворить потребности города в чистой электроэнергии», — сказал CNBC старший аналитик Всемирной ядерной ассоциации Джонатан Кобб. «Но реакторы меньшего размера смогут поставлять низкоуглеродную электроэнергию и тепло в отдаленные регионы и в другие ситуации, где гигаваттные мощности были бы слишком велики».

Из-за небольшого размера микрореакторы строятся быстрее, чем обычные реакторы. «Меньше года на строительство электростанции — это консервативная оценка», — сказал Кокран CNBC.

Использование отходов в качестве топлива

Oklo планирует построить особый тип ядерного генератора, называемый быстрым реактором, который должен быть более эффективным, чем традиционные генераторы, позволяя получать энергию из уже отработавшего делящегося топлива.

Художник рисует электростанцию ​​Окло «Аврора» ночью.

Изображение предоставлено Gensler.

«Реактор на быстрых нейтронах работает таким образом, что не замедляет нейтроны, по сравнению с тепловыми реакторами, которые содержат замедлитель, воду в современных реакторах, которые замедляют нейтроны», — Марк Никол, старший директор NEI. развертывания нового реактора и руководителя проекта для отчета за 2019 год, сообщил CNBC.

Поскольку быстрые реакторы не замедляют ядра после реакции деления, их «труднее поймать, поэтому вам нужно больше топлива» для питания быстрого реактора, сказал ДеВитт. Но быстрые реакторы также более эффективны с топливом, которое они используют, сказал он.

По данным Всемирной ядерной ассоциации, эта технология существует с 1950-х годов. В настоящее время в мире работает 20 реакторов на быстрых нейтронах, и в мире Россия лидирует в развитии технологии быстрых реакторов, говорится в сообщении ассоциации.

«Эти реакторы уже строились и эксплуатировались раньше. Так что они готовы к работе», — сказал ДеВитт. «В некотором смысле история о том, что было сделано с этими реакторами, очень неожиданна, и это действительно отличная возможность.

Одним из ключевых преимуществ этой технологии является то, что реакторы на быстрых нейтронах могут использовать отходы обычных ядерных реакторов. Они могут «разблокировать остальную энергию топлива», сказал ДеВитт. Лаборатория, входящая в систему национальных лабораторий Министерства энергетики США, которая занимается исследованиями и разработками в области ядерной энергетики, объявила, что собирается предоставить Oklo доступ к ядерным отходам, чтобы она могла разрабатывать и демонстрировать свою технологию быстрых реакторов.

«Oklo планирует использовать уран, извлеченный из ранее использовавшегося экспериментального реактора-размножителя II (EBR-II)», — сообщил CNBC Джесс Гехин, заместитель директора лаборатории Управления ядерной науки и технологий Национальной лаборатории Айдахо. По его словам, ядерный реактор EBR-II работал с 1964 по 1994 год. «В результате материалы, которые ранее предназначались для утилизации, могут быть использованы для производства большего количества энергии».

«Повторное использование материалов долгое время было вариантом более эффективного использования природных ресурсов, в данном случае урана, а также уменьшения количества использованного топлива, которое необходимо в конечном итоге утилизировать», — сказал Гехин. «Это обычная практика в некоторых странах, таких как Франция, но не в США, поскольку экономика не одобряет этот путь».

Недавнее положительное движение. В четверг Oklo объявила о партнерстве с Министерством энергетики США, чтобы помочь коммерциализировать технологию электрорафинирования, которую используют современные реакторы на быстрых нейтронах в Соединенных Штатах. Сама технология «уже была продемонстрирована в США», — сказал Кокран.

Извлечение большего количества энергии из топлива также сокращает время, необходимое для распада токсичного компонента радиоактивных отходов, сказал ДеВитт CNBC.

«Это меняет картину отходов в целом», — сказал ДеВитт. «То, что мы сейчас сделали, — это взяли отходы, о которых вы должны думать в течение 100 000 или миллионов лет… и теперь вы фактически изменили их в форму, в которой вы думаете об этом в течение нескольких сотен, а может быть, и тысяч лет. годы.»

То, что осталось, Окло может превратиться в стеклянные бревна в процессе, называемом витрификация, и закопать их в глубокие скважины под землей, сказал ДеВитт.

Быстрые реакторы Oklo будут размещены в А-образных конструкциях, которые «приятны с эстетической точки зрения», сказал Кокран.Architectural Digest называет здание «гладким». А-образная конструкция также хороша для защиты от снега и других осадков.

Окло говорит, что быстрые реакторы будут самоподдерживающимися и не потребуют участия человека.

Цель состоит в том, чтобы «к середине 2020-х годов запустить несколько заводов», — сказал Кокран CNBC.

Художник, визуализирующий электростанцию ​​Oklo Aurora

Изображение предоставлено: Gensler

Что стоит на пути

У Oklo большие планы, но компании все еще нужно преодолеть нормативные препятствия, и некоторые эксперты по безопасности оспаривают утверждение компании о том, что микро -реакторы могут работать без людей.

Oklo был запущен в 2013 году и начал переговоры с Комиссией по ядерному регулированию США в ноябре 2016 года. В июне 2020 года заявка Oklo на строительство усовершенствованного реактора была принята комиссией на рассмотрение.

Однако «принято для рассмотрения» не означает «одобрено» для строительства», — заявил CNBC представитель комиссии Дэвид Макинтайр. «Прежде чем Oklo будет разрешено построить и эксплуатировать реактор, она должна получить на это лицензию».

Оставлять микрореакторы без охраны небезопасно, по мнению Эдвина Лаймана, директора по безопасности ядерной энергетики Союза обеспокоенных ученых, который составил обширный отчет о безопасности передовых ядерных технологий.

«Самая большая проблема заключается в том, что, поскольку экономика настолько плоха — они действительно идут вразрез с экономикой масштаба — поставщики микрореакторов настаивают на сокращении (или даже полном устранении) персонала, такого как операторы и сотрудники службы безопасности», — сказал Лайман CNBC. Сделай это. «Но даже в очень маленьком реакторе содержится достаточно радиоактивного материала, чтобы вызвать большие проблемы в случае саботажа, и ни один из этих реакторов не продемонстрировал, что он настолько безопасен, чтобы работать без операторов.

Топливо, используемое в микрореакторах, «должно быть тщательно защищено от кражи», — сказал Лайман. небольшие реакторы. И он тоже беспокоится о затратах на то, что он считает необходимой безопасностью.

«Одним из вопросов может быть то, какие меры безопасности потребуются регулирующим органам в удаленном месте: многочисленные охранники, работающие круглосуточно, могут потреблять большую часть валовой доход», — сказал фон Хиппель CNBC.

В ответ на эти опасения Кокран сказал, что уже есть ядерные реакторы, работающие как в Соединенных Штатах, так и во всем мире, которые «работают без сил безопасности и имеют безупречную репутацию в области безопасности на протяжении многих десятилетий».

Также важно понимать, что эти заводы небольшие и поэтому «не могут достичь масштаба, необходимого для масштабной декарбонизации в одиночку», — сказал Гилберт. «Микрореакторы могут помочь обезуглероживать небольшие сети, но это только первый шаг, который нам нужен в ядерных инновациях для решения наших климатических проблем.

Но, по словам Кохрана, настоятельная необходимость перехода к экологически чистой энергии указывает на стратегию «давайте использовать все имеющиеся у нас инструменты».

Между энергетическим центром Хьюстона, штат Техас, и побережьем Мексиканского залива лежит обширный петрополис: море нефтеперерабатывающих заводов и резервуаров для хранения нефти, линий электропередач и дымовых труб, предназначенных для преобразования ископаемого топлива в доллары. Они являются причиной того, что район Хьюстона выбрасывает больше углекислого газа (CO 2 ), чем где-либо еще в Соединенных Штатах.

Но здесь, на восточной окраине этой горячей точки CO 2 , новая электростанция, работающая на ископаемом топливе, представляет собой потенциальное средство борьбы с огромным выбросом парниковых газов в Хьюстоне. Объект подозрительно похож на своих предшественников, комплекс размером с два футбольных поля в США, битком набитый извилистыми трубами и насосами. Он имеет турбину и камеру сгорания. Но есть одна вещь, которая ему не нужна: дымовые трубы.

Энергия на ископаемом топливе с нулевым уровнем выбросов звучит как оксюморон. Но когда эта 25-мегаваттная демонстрационная установка будет запущена в конце этого года, она будет сжигать природный газ в чистом кислороде.Результат: поток почти чистого CO 2 , который можно отводить по трубопроводу и хранить под землей или взорвать в истощенные нефтяные пласты, чтобы высвободить больше нефти. Этот процесс называется повышенным извлечением нефти (EOR). В любом случае CO 2 будет изолирован от атмосферы и климата.

Долгое время на это возлагалась надежда на улавливание и хранение углерода (CCS) — стратегию, которая, по словам климатических экспертов, будет необходима, если мир хочет добиться каких-либо успехов в ограничении изменения климата. Но системы CCS, прикрученные к обычным электростанциям, работающим на ископаемом топливе, с трудом заработали, потому что CO 2 составляет лишь небольшую часть их выхлопных газов. Его захват истощает до 30% энергии электростанции и увеличивает стоимость электроэнергии.

Напротив, NET Power, стартап, поддерживающий новую электростанцию, заявляет, что рассчитывает производить электроэнергию без выбросов по цене около 0,06 доллара за киловатт-час. Это примерно столько же, сколько электроэнергия от современной электростанции, работающей на природном газе, и дешевле, чем большинство возобновляемых источников энергии. Ключом к его эффективности является новый термодинамический цикл, в котором CO 2 заменяется паром, приводящим в действие турбины на обычных электростанциях.Схема, изобретенная необычным трио — британским инженером на пенсии и парой компьютерных фанатов, уставших от своей повседневной работы, — скоро может подвергнуться серьезному испытанию. По словам NET Power, если прототип оправдает надежды, он будет продвигаться вперед с полномасштабной электростанцией мощностью 300 мегаватт, достаточной для питания более 200 000 домов, которая может быть открыта в 2021 году и стоит около 300 миллионов долларов. И компания, и эксперты CCS надеются, что технология получит широкое распространение. «Это изменит правила игры, если они достигнут 100% своих целей», — говорит Джон Томпсон, эксперт по улавливанию углерода из Clean Air Task Force, экологической некоммерческой организации с офисом в Карбондейле, штат Иллинойс.

Инженер Родни Аллам задумал цикл двуокиси углерода в основе новой электростанции. Десять лет назад, работая юристом по заключению сделок в Нью-Йорке, он разработал финансовые торговые стратегии для Morgan Stanley. Но он был беспокойным. Поэтому он позвонил Майлзу Палмеру, приятелю со времен учебы в Массачусетском технологическом институте (MIT) в Кембридже. Палмер был химиком в Международной корпорации научных приложений (SAIC), оборонном подрядчике, который проектировал все, от рельсовых пушек до дронов.Браун предложил им «сделать что-нибудь хорошее для разнообразия». В 2008 году, когда экономика рушилась, они уволились с работы и основали 8 Rivers, технологический инкубатор в Дареме, Северная Каролина, где Браун также преподавал право в Университете Дьюка.

Им нужно было что-то для инкубации. Им нравилась мысль о том, чтобы сделать что-то в энергетическом секторе, известном своей нелюбовью к риску, но в которой прорывная технология может принести прибыль. Сначала была короткая, но бесплодная попытка сделать биотопливо из водорослей.Затем, в 2009 году, администрация Обамы предложила пакет стимулирующих мер на миллиарды долларов в виде грантов на проекты по «чистому углю» — способы сокращения выбросов CO 2 от угля. Палмер знал, что во всем мире уголь не исчезнет в ближайшее время, и понимал, насколько это угрожает климату. «Я хотел решить эту проблему, — говорит он.

Добывать уголь было непросто. Уголь не только выделяет в два раза больше углерода, чем природный газ, но и CO 2 также составляет всего 14% дымовых газов обычной электростанции.Тем не менее, угля много, и он дешев, и до недавнего времени мало кто заботился о CO 2 , который он высвобождает. Таким образом, угольные электростанции не сильно изменились с 1882 года, когда компания Томаса Эдисона построила первую в Лондоне. Большинство до сих пор сжигают уголь для кипячения воды. Пар приводит в движение турбину, вырабатывающую электричество. В задней части турбины градирни конденсируют пар в воду, чтобы пар высокого давления не приводил в движение турбину в обратном направлении. Эти башни выпускают большую часть энергии, используемой для кипячения воды.В целом, только 38% энергии угля дает электричество. «Вся эта энергия просто тратится впустую», — говорит Браун.

Эта неэффективность помогла коммунальным предприятиям перейти на природный газ. Мало того, что газ чище — и в Соединенных Штатах дешевле, чем уголь, — так еще и потому, что это газ с самого начала, инженеры могут использовать взрывное расширение, когда он сгорает, для привода газовой турбины. Тепло выхлопных газов турбины затем кипятит воду, чтобы получить пар, который приводит в действие дополнительные турбины. Лучшие установки с комбинированным циклом на природном газе достигают КПД почти 60%.

Тем не менее, Палмер сосредоточился на угле, более серьезной климатической проблеме. Он основывался на работе, которую он проделал в SAIC, над камерой сгорания высокого давления для сжигания угля в чистом кислороде. Он был более эффективным и меньшим, поэтому его строительство стоило меньше. Он также производил выброс концентрированного CO 2 , что позволило избежать затрат на сепарацию. «Я заставил его работать почти так же хорошо, как обычная угольная электростанция, но с нулевым уровнем выбросов», — говорит Палмер. «Но этого было недостаточно».

Палмеру и Брауну нужно было повысить эффективность.В 2009 году они связались с Родни Алламом, инженером-химиком, который руководил европейскими исследованиями и разработками для Air Products, промышленного гиганта в Соединенном Королевстве. Позже, в 2012 году, Аллам получил долю премии «Глобальная энергия» в размере 600 000 долларов США, спонсируемой российской энергетической отраслью, за свою работу в области промышленного производства газа. Но в то время он в основном был на пенсии, сосредоточившись на рыбалке, боулинге и садоводстве.

Палмер и Браун наняли Аллама в качестве консультанта. Вдохновленный некоторыми русскими исследованиями 1930-х годов, Аллам решил, что нашел способ радикально заново изобрести устойчивый паровой цикл.Забудь о котлах, подумал он. Самой СО 2 гонял бы все, сделав из врага союзника. «Единственный путь, по которому вы могли двигаться дальше, — это разработать совершенно новую систему питания», — говорит Аллам.

Аллам представил, как CO 2 циркулирует по петле, переключаясь между газом и так называемой сверхкритической жидкостью. При высоком давлении и температуре сверхкритический CO 2 расширяется, чтобы заполнить контейнер, как газ, но течет как жидкость.

На протяжении десятилетий инженеры работали над циклами Брайтона — термодинамическими петлями, в которых используются свойства сверхкритических флюидов, которыми могут быть воздух или CO 2 .Сверхкритические жидкости имеют преимущества: поскольку они представляют собой жидкости, насос может создавать в них давление, что требует гораздо меньше энергии, чем требуется компрессору для повышения давления газа. А из-за повышенной плотности жидкообразного газа он может эффективно набирать или отдавать тепло в теплообменниках.

В конкретном цикле Брайтона Аллама CO 2 сжимается до 300-кратного атмосферного давления, что эквивалентно глубине 3 км в океане. Затем топливо сжигается, чтобы нагреть CO 2 до 1150°C, что делает его сверхкритическим.После того, как CO 2 приводит в действие турбину, давление газа падает, и он снова превращается в обычный газ. Затем давление в CO 2 восстанавливается, и он возвращается в передний конец контура. Небольшое количество избыточного CO 2 — ровно столько же, сколько образовалось при сгорании топлива — направляется в трубопровод для утилизации.

Цикл Аллама, как его теперь называют, требует затрат. Гигантские криогенные холодильники должны охлаждать воздух, который в основном состоит из азота, чтобы извлекать чистый кислород, необходимый для горения.Сжатие CO 2 до сверхкритического состояния также требует энергии. Но оба этапа являются хорошо известными промышленными процессами. Аллам подсчитал, что отказ от парового цикла повысит эффективность угольной электростанции с 38% до 56%. Это поставило бы его в непосредственной близости от эффективности современной электростанции с комбинированным циклом. В качестве бонуса выхлоп представляет собой почти чистый CO 2 , который можно продать за EOR. Еще одним преимуществом является то, что цикл Аллама генерирует воду как побочный продукт сгорания, а не потребляет ее жадно, как это делают обычные паровые циклы, что может упростить размещение растений в засушливых частях мира.

На тот момент Браун и Палмер все еще планировали использовать уголь в качестве топлива. Но когда они отправили работу Аллама инженерной фирме Babcock & Wilcox, чтобы посмотреть, будет ли система работать в промышленных масштабах, «у них были хорошие новости и плохие новости», — говорит Браун. С другой стороны, цикл Аллама было бы сложно осуществить с углем, по крайней мере, на начальном этапе, потому что уголь сначала нужно было бы преобразовать в синтетический газ, что увеличивает стоимость. Кроме того, сера и ртуть в этом сингазе должны быть отфильтрованы из выхлопных газов.Но с другой стороны, инженеры не видели причин, по которым техника не работала бы на природном газе, который готов к сжиганию и не содержит лишних примесей.

Браун и Палмер отказались от государственного гранта на чистый уголь. Вместо этого они искали частные инвестиции для гораздо большего приза: революционного производства энергии с улавливанием углерода. К 2014 году 8 Rivers получила финансирование в размере 140 миллионов долларов от Exelon и Chicago Bridge & Iron, двух промышленных гигантов, которые теперь являются совладельцами демонстрационного завода NET Power.В марте 2016 года компания заложила основу для своего пилотного завода за пределами Хьюстона.

«Это самое главное в улавливании углерода», — говорит Ховард Херцог, инженер-химик и эксперт по улавливанию углерода из Массачусетского технологического института. «Это очень хорошо на бумаге. Скоро мы увидим, работает ли это в реальности. Есть только миллион вещей, которые могут пойти не так».

C. Bickel/ Science

Одним из них является новая турбина, которая должна работать при высоких температурах и давлениях. Некоторые паровые турбины доходят до таких пределов, но «никто никогда не проектировал турбину, работающую с CO 2 в качестве рабочего тела», — говорит представитель NET Power Уокер Диммиг.В 2012 году официальные лица NET Power подписали соглашение о переоборудовании одной из паровых турбин высокого давления японского конгломерата Toshiba для работы со сверхкритическим CO 2 , что потребовало изменения длины и угла наклона лопаток турбины. Toshiba также разработала новую камеру сгорания для смешивания и сжигания небольшого количества кислорода и природного газа посреди порыва горячего сверхкритического CO 2 — проблема мало чем отличается от попытки поддерживать огонь, тушая его огнетушителем.

Модернизированные камера сгорания и турбина были испытаны в 2013 году и доставлены на демонстрационную установку в ноябре 2016 года. Теперь они интегрируются с остальными компонентами объекта, и завод проходит предварительные испытания перед выходом на полную мощность этой осенью. «Я на 100% уверен, что это сработает, — говорит Аллам.

Если это произойдет, говорит Браун, NET Power будет иметь преимущества, которые могут способствовать широкому внедрению на рынке. Во-первых, CO 2 , выходящий из завода, уже находится под давлением и готов к закачке под землю для увеличения нефтеотдачи, в отличие от CO 2 , извлекаемого из скважин природного газа — обычного источника.

Еще одним преимуществом является размер установки. Мало того, что теплообменники намного меньше и дешевле в строительстве, чем массивные котлы, но и многие другие компоненты. Например, сверхкритическая турбина CO 2 мощностью 25 МВт примерно на 10% меньше эквивалентной паровой турбины. В целом ожидается, что электростанции NET Power будут в четыре раза меньше эквивалентной современной угольной электростанции с улавливанием углерода и примерно в два раза меньше, чем комбинированный цикл природного газа с улавливанием углерода. Это означает меньшее количество бетона и стали и более низкие капитальные затраты. «Для многих проектов CCS первоначальные затраты пугают», — говорит Хулио Фридманн, эксперт по улавливанию углерода из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе, Калифорния. «Избежать этих затрат действительно важно». Более того, в отличие от газовых установок без улавливания углерода, NET Power сможет продавать свой CO 2 для повышения нефтеотдачи.

Даже если технология NET Power будет работать так, как рекламируется, не все будут ее поклонниками. Лукас Росс, который руководит кампанией по климату и энергии в организации «Друзья Земли» в Вашингтоне, округ Колумбия.C., отмечает, что природный газ, питающий завод, поступает в результате гидроразрыва пласта или «фрекинга» и других потенциально разрушительных методов. А обеспечение стабильной подачи газа под высоким давлением для увеличения нефтеотдачи, добавляет он, только увековечит зависимость от ископаемого топлива. Росс утверждает, что деньги лучше потратить на поощрение широкого использования возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия.

Тем не менее, как ни странно, NET Power может способствовать расширению использования возобновляемых источников энергии. Стандарты портфеля возобновляемых источников энергии во многих странах и США.Штатам США требуются солнечные, ветряные и другие безуглеродные источники для производства все большей доли электроэнергии. Но эти источники непостоянны: сила приходит только тогда, когда светит солнце и дует ветер. Источники ядерного и ископаемого топлива обеспечивают мощность «базовой нагрузки», которая заполняет пробелы, когда возобновляемые источники энергии недоступны. Обычные электростанции, работающие на природном газе, в частности, рассматриваются как технология, дружественная к возобновляемым источникам, поскольку их можно быстро увеличивать и уменьшать в зависимости от поставок возобновляемой энергии.

В качестве альтернативы без выбросов электростанции NET Power могут позволить сообществам использовать еще больше возобновляемых источников энергии без необходимости добавления грязных источников базовой нагрузки. «Безуглеродная энергия на ископаемом топливе позволяет еще более агрессивно использовать возобновляемые источники энергии», — говорит Джордж Перидас, аналитик экологической политики Совета по защите природных ресурсов в Сан-Франциско, Калифорния.

Это комбинация, которую Аллам хочет продвигать. «Я не отказываюсь от возобновляемых источников энергии, но они сами по себе не могут удовлетворить будущие потребности в энергии», — говорит он.Аллам, давний член Межправительственной группы экспертов по изменению климата, говорит, что времени для решения проблемы углеродного загрязнения остается мало — как для мира, так и для него самого. «Мне 76, — говорит он. «Я должен сделать это быстро».

Как работают газотурбинные электростанции

Турбины внутреннего сгорания (газовые), устанавливаемые на многих современных электростанциях, работающих на природном газе, представляют собой сложные машины, но в основном состоят из трех основных секций:

  • его и подает в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час.
  • Система сгорания , обычно состоящая из кольца топливных форсунок, которые впрыскивают постоянный поток топлива в камеры сгорания, где оно смешивается с воздухом. Смесь сгорает при температуре более 2000 градусов по Фаренгейту. В результате сгорания образуется высокотемпературный поток газа под высоким давлением, который входит и расширяется через секцию турбины.
  • Турбина представляет собой сложный набор чередующихся стационарных и вращающихся лопастей с аэродинамическим профилем. Когда горячий дымовой газ расширяется через турбину, он вращает вращающиеся лопасти.Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: они приводят в действие компрессор, чтобы накачать больше сжатого воздуха в секцию сгорания, и вращают генератор для производства электроэнергии.

Наземные газовые турбины бывают двух типов: (1) двигатели с тяжелой рамой и (2) авиационные двигатели. Двигатели с тяжелой рамой характеризуются более низким коэффициентом давления (обычно ниже 20) и, как правило, имеют большие физические размеры. Степень сжатия – это отношение давления нагнетания компрессора к давлению воздуха на входе.Авиационные двигатели произошли от реактивных двигателей, как следует из названия, и работают при очень высокой степени сжатия (обычно более 30). Авиационные двигатели, как правило, очень компактны и полезны там, где требуется меньшая выходная мощность. Поскольку турбины с большой рамой имеют более высокую выходную мощность, они могут производить большее количество выбросов и должны быть спроектированы для достижения низкого уровня выбросов загрязняющих веществ, таких как NOx.

Одним из ключевых факторов, определяющих топливно-энергетическую эффективность турбины, является температура, при которой она работает.Более высокие температуры обычно означают более высокую эффективность, что, в свою очередь, может привести к более экономичной работе. Газ, протекающий через турбину типичной электростанции, может иметь температуру до 2300 градусов по Фаренгейту, но некоторые из критических металлов в турбине могут выдерживать температуры только до 1500–1700 градусов по Фаренгейту. Следовательно, воздух из компрессора может использоваться для охлаждения. ключевые компоненты турбины, снижая предельную тепловую эффективность.

Одним из основных достижений программы Министерства энергетики США по созданию усовершенствованных турбин стало преодоление существовавших ранее ограничений по температуре турбины за счет сочетания инновационных технологий охлаждения и передовых материалов.Усовершенствованные турбины, появившиеся в результате исследовательской программы Департамента, смогли повысить температуру на входе в турбину до 2600 градусов по Фаренгейту, что почти на 300 градусов выше, чем в предыдущих турбинах, и достичь эффективности до 60 процентов.

Еще одним способом повышения эффективности является установка рекуператора или парогенератора-утилизатора (HRSG) для извлечения энергии из выхлопных газов турбины. Рекуператор улавливает отработанное тепло в выхлопной системе турбины для предварительного нагрева нагнетаемого компрессором воздуха перед его подачей в камеру сгорания. Котел-утилизатор вырабатывает пар, улавливая тепло выхлопных газов турбины. Эти котлы также известны как парогенераторы-утилизаторы. Пар высокого давления из этих котлов можно использовать для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровых турбин, конфигурация которых называется комбинированным циклом.

Газовая турбина простого цикла может достигать эффективности преобразования энергии в диапазоне от 20 до 35 процентов. Благодаря более высоким температурам, достигнутым в программе турбин Министерства энергетики, будущие электростанции с комбинированным циклом, работающие на водороде и сингазе, вероятно, достигнут эффективности 60 процентов или более.Когда отработанное тепло улавливается из этих систем для отопления или промышленных целей, общая эффективность энергетического цикла может достигать 80 процентов.

 

Электричество на ископаемом топливе без загрязнения окружающей среды: в Техасе есть новая электростанция

Еще в апреле 2016 года я писал о захватывающей новой технологии, строительство которой только начиналось: газовой электростанции Net Power. Он пообещал улавливать свои собственные выбросы углекислого газа не в отдельном, дорогом и энергоемком процессе, как обычные установки для улавливания углерода, а как часть цикла сжигания.Компания заявила, что технология в конечном итоге позволит ей производить электроэнергию по более низким ценам, чем обычные электростанции, работающие на ископаемом топливе, — со встроенным улавливанием углерода. Компания

Net Power только что начала работу над небольшой электростанцией мощностью 50 МВт в Ла-Порте, штат Техас, чтобы продемонстрировать, что технология может работать.

По состоянию на прошлый год строительство завода завершено. И на этой неделе он добился «первого выстрела» и проводит серию тестов, призванных убедиться, что все работает как надо.Если все пойдет хорошо, — сказал недавно ведущий дизайнер и инженер-химик Родни Аллам Nature , — «мы все еще улыбаемся», — завод начнет всерьез вырабатывать электроэнергию в конце этого года. Компания планирует построить еще одну электростанцию ​​мощностью 300 МВт где-то в 2020 году.

Это будет очень важно. Природный газ с нулевым выбросом углерода, не загрязняющий воздух (я упоминал об отсутствии загрязнения воздуха?), был бы отличным дополнением к возобновляемым источникам энергии и более чистым путем для стран, планирующих более широкое использование ископаемого топлива.Это превратит улавливание углерода из чего-то дорогого, обременительного и несущественного во что-то неотъемлемое для электростанций. Но ему все равно придется найти место, где можно захоронить весь этот CO2, или найти того, кому его продать.

Для получения дополнительной информации о том, как работает электростанция и ее (значительных) последствиях, я даю вам свое объяснение от 2016 года, которое подтверждает:

Я всегда скептически относился к улавливанию и секвестрации углерода на электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Дело не столько в технологических барьерах — они серьезные, хотя и не непреодолимые, — сколько в стоимости.

Электростанции, работающие на ископаемом топливе, постоянно становятся более эффективными, но проблема заключается в том, что независимо от того, насколько эффективна ваша станция, улавливание выбросов углекислого газа требует установки второго объекта для обработки и разделения отработанных газов. Этому второму объекту требуется электроэнергия (это «паразитная нагрузка», снижающая эффективность), и это увеличивает капитальные затраты.

Уголь и природный газ уже проигрывают ветру во многих областях без секвестрации. Как только вы добавите улавливание, несмотря на то, что ветер и солнечная энергия становятся все дешевле и дешевле, как ископаемое топливо с CCS может конкурировать?

Проект Kemper, завод по газификации угля с CCS, предпринятый в Миссисипи компанией Southern Company. Википедия

Но Net Power утверждает, что может улавливать углерод без отдельного оборудования, как часть самого процесса сгорания, без дополнительных затрат.

На самом деле, утверждается, что они могут генерировать электроэнергию более эффективно, чем обычные электростанции, занимая меньшую площадь, с нулевым загрязнением воздуха, и улавливают углерод — и все это с капитальными затратами ниже, чем у традиционных электростанций.

Это опрометчивый набор утверждений. Если они подтвердятся на практике, это может иметь огромное значение.Давайте посмотрим поближе.

Электроэнергия на природном газе без выбросов

Net Power сотрудничает с несколькими известными людьми на своей электростанции в Техасе. Exelon Generation будет эксплуатировать завод. CB&I, инфраструктурная фирма, будет предоставлять «инжиниринговые, закупочные и строительные услуги». Материнская компания Net Power, 8 Rivers Capital, будет обеспечивать постоянное развитие технологий. А Toshiba разработает ключевые компоненты (в основном турбину). Демонстрационная установка мощностью 50 МВт призвана убедить инвесторов в том, что технология работает.

(Полезная мощность)

Что за технология? Цикл Аллама назван в честь ведущего изобретателя Родни Аллама. Это — приготовьтесь — «высокое давление, высокая рекуперация, кислородный, сверхкритический цикл CO2».

Посмотрим, сможем ли мы понять это, хотя бы достаточно, чтобы понять, почему это важно. Вот схема:

(Полезная мощность)

Здесь есть техническое объяснение, а здесь более удобоваримая статья Аллама; мы просто ударим по основам.

В типичных электростанциях топливо смешивается с воздухом и сжигается. «Окситопливо» означает, что установка Net Power смешивает топливо (в данном случае природный газ) с чистым кислородом, производимым воздухоразделительной установкой (ВРУ).

Использование чистого кислорода вместо воздуха практически исключает NOx, один из самых сильных загрязнителей воздуха из-за природного газа.

В камере сгорания смесь примерно 5 процентов кислородного топлива и 95 процентов двуокиси углерода сгорает при «сверхкритических» температуре и давлении для приведения в действие турбины.

В отличие от большинства электрических турбин, работающих на паре, турбина на заводе Net Power специально сконструирована для работы на углекислом газе под давлением. Это гидротурбина, а не паровая турбина, с углекислым газом в качестве рабочего тела. (Более подробно о турбине вы можете прочитать в отличном материале «Мир газовых турбин».)

Уменьшенная версия новой CO2-турбины Toshiba. (Мир газовых турбин)

После вращения турбины и выработки электроэнергии отработанная жидкость (двуокись углерода и вода) пропускается через теплообменник, вода конденсируется и отделяется.

Остается чистый (90 с лишним процентов) углекислый газ, который затем подвергается повторному нагнетанию в компрессоре и подготавливается для подачи в трубопровод. Затем его можно использовать для повышения нефтеотдачи (МУН) или секвестрации. (Подробнее об этом через минуту.)

Но основная часть углекислого газа повторно нагревается в теплообменнике и снова используется в камере сгорания. Вот что означает «высокая рекуперация» — большая часть CO2 повторно используется снова и снова.

Итак, мы имеем: «высокое давление, высокая рекуперация, кислородный, сверхкритический цикл CO2.»

Почему это важно?

Всякие гады Net Power собираются, чтобы заложить основу для своего демонстрационного завода. (PR-новости)

Более эффективная мощность при меньшей занимаемой площади, дешевле

Сжигание топлива с использованием чистого кислорода при высоких температурах чрезвычайно эффективно, позволяя избежать большинства выбросов в атмосферу и извлекая больше энергии из того же количества топлива. Но самый большой скачок здесь заключается в использовании в качестве рабочего тела углекислого газа, а не пара.

Когда вода кипятится для получения пара, она расширяется и приводит в движение турбину. Но пар необходимо выводить за пределы системы для охлаждения, чтобы не потерять давление. Это означает, что отработанное тепло, выводимое из градирен, теряет от 30 до 40 процентов энергии, вырабатываемой при сгорании.

На заводе Net Power тепло отработанной жидкости рециркулируется в теплообменник, сохраняя эту энергию и существенно повышая эффективность.

Визуализация демонстрационной установки Net Power. (Полезная мощность)

В настоящее время наиболее эффективные установки на природном газе — передовые установки с комбинированным циклом — по прогнозам, достигнут эффективности около 62 процентов. Net Power и Toshiba ожидают 59-процентную эффективность в этой первой итерации.

И помните: эти 62 процента не улавливаются. Улавливание углерода означало бы установку еще одной установки, откачивание энергии, увеличение затрат и снижение эффективности установки, работающей на природном газе, до 48 процентов. Net Power ожидает 59-процентную эффективность при 100-процентном улавливании готового к трубопроводу углекислого газа.

Газовые турбины с комбинированным циклом (ПГУ) эффективны, поскольку они объединяют два цикла, отсюда и название. После цикла газовой турбины остается достаточно тепла для запуска (с более низким энергопотреблением) цикла паровой турбины:

(Полезная мощность) Завод

Net Power исключает этот второй цикл. А из-за высоких давлений его компоненты меньше, чем обычные турбины. Оба этих преимущества уменьшают занимаемую заводом площадь:

(Полезная мощность)

(IGCC означает интегрированный комбинированный цикл газификации, наиболее эффективный способ сжигания угля.NGCC означает комбинированный цикл природного газа.)

Так как заводы проще (всего один цикл) и меньше, Net Power полагает, что они будут иметь более низкие капитальные затраты, чем обычные заводы.

В качестве последнего бонуса, вода используется только для охлаждения. Завод может переключиться на воздушное охлаждение с небольшим (2,5 процента) снижением эффективности и, таким образом, стать чистым производителем воды . Это важно в эпоху, когда вода грозит стать ахиллесовой пятой тепловых электростанций США.

(Институт мировых ресурсов)

Итак: более эффективная мощность, нулевой уровень загрязнения воздуха, практически полное отсутствие потребления воды и встроенная система улавливания углекислого газа, готовая к работе в трубопроводе… дешевле, чем лучшие сегодняшние электростанции, работающие на ископаемом топливе. Довольно смелое обещание.

Другие приложения Net Power

Обратите внимание, что базовая технология — кислородное топливо + турбина на углекислом газе — не ограничивается природным газом.

8 Rivers также работает над заводом по переработке угля, который будет включать в себя установку установки газификации угля и дополнительную очистку на стадии водоотделения.

Лучшие угольные электростанции IGCC в настоящее время нацелены на эффективность около 44%; Ожидается, что завод Allam Cycle достигнет 51 процента (опять же, с улавливанием углерода).

Процесс цикла Аллама с газификацией угля. (столица 8 рек)

Технические заметки Аллама:

Другие разрабатываемые проекты включают гибридную систему, работающую на солнечном топливе и ископаемом топливе, установку, интегрированную с регазификацией сжиженного природного газа, и систему, интегрированную непосредственно с операциями по добыче нефти.

Цикл Аллама теоретически может очистить любое производство электроэнергии на ископаемом топливе, если он окажется столь же рентабельным, как и ожидается. Это, конечно, большое если.

И если технология работает, остаются проблемы.

Место Net Power в общей климатической картине

Самая большая проблема заключается в том, что делать со всем углекислым газом. Если электростанции Net Power смогут продавать свой углекислый газ для операций EOR, это повысит их конкурентоспособность.

Но это ограниченный выпуск; масштаб производства электроэнергии на ископаемом топливе намного превышает способность EOR поглощать углекислый газ. (И в любом случае несколько извращенно использовать предотвращенные выбросы углерода для извлечения большего количества углерода.)

Что произойдет, если эта технология расширится, и нам придется иметь дело с тоннами и тоннами углекислого газа? Часть секвестра CCS все еще вырисовывается там. Кто-то должен за это заплатить.

Если заводы сами будут платить за углерод при отсутствии цены на углерод, это может нанести ущерб их конкурентоспособности.Если за это платит общественность, трудно не рассматривать это как гигантскую субсидию на ископаемое топливо.

Активисты климатической кампании с нетерпением ждут перехода на возобновляемые источники энергии. Они вряд ли будут в восторге от более совершенных способов сжигания ископаемого топлива, которые, в конце концов, только продлевают работу угольных шахт и скважин для гидроразрыва пласта, не говоря уже о том, чтобы поддерживать на плаву сами компании, работающие на ископаемом топливе. Сгорание — это только часть вреда, наносимого ископаемым топливом.

Все еще не идеал. (Фото Роберта Никельсберга/Getty Images)

Но тут лучше не быть недальновидным. Даже при самых оптимистичных сценариях в ближайшие годы по всему миру будут построены сотни электростанций, работающих на ископаемом топливе. Это особенно верно для заводов, работающих на природном газе, которые играют важную роль в «закреплении» колебаний переменной возобновляемой энергии (и потенциально могут работать в будущем на возобновляемом биогазе).

Если бы мы могли прямо сейчас приступить к тому, чтобы все эти новые угольные и газовые электростанции не загрязняли воздух, это стало бы исторической победой общественного здравоохранения, не говоря уже о нормативных и гражданских баталиях, которых можно было бы избежать.

И улавливания всего этого углерода вместо того, чтобы выбрасывать его в атмосферу, может быть достаточно, чтобы дать борьбе с изменением климата столь необходимую передышку.

Что такое малые модульные реакторы (ММР)?

Многие из преимуществ ММР неотъемлемо связаны с характером их конструкции — компактность и модульность. Учитывая их меньшую занимаемую площадь, ММР можно размещать в местах, не подходящих для более крупных атомных электростанций. Сборные блоки ММР могут быть изготовлены, а затем отправлены и установлены на месте, что делает их строительство более доступным, чем большие энергетические реакторы, которые часто проектируются по индивидуальному заказу для конкретного места, что иногда приводит к задержкам строительства.МСМ обеспечивают экономию затрат и времени на строительство, и их можно развертывать постепенно, чтобы удовлетворить растущий спрос на энергию.

Одной из проблем, связанных с ускорением доступа к энергии, является инфраструктура – ​​ограниченное покрытие сети в сельской местности – и стоимость подключения к сети для электрификации сельской местности. На одну электростанцию ​​должно приходиться не более 10% от общей установленной мощности сети. В районах, где нет достаточных линий электропередачи и пропускной способности сети, ММР могут быть установлены в существующей сети или удаленно от сети, в зависимости от ее меньшей электрической мощности, обеспечивая низкоуглеродную электроэнергию для промышленности и населения.Это особенно актуально для микрореакторов, которые представляют собой подмножество ММР, предназначенных для выработки электроэнергии, как правило, до 10 МВт (эл.). Микрореакторы занимают меньше места, чем другие ММР, и лучше подходят для регионов, недоступных для чистой, надежной и доступной энергии. Кроме того, микрореакторы могут служить в качестве резервного источника питания в чрезвычайных ситуациях или заменить генераторы, которые часто работают на дизельном топливе, например, в сельских населенных пунктах или на удаленных предприятиях.

По сравнению с существующими реакторами предлагаемые конструкции ММР, как правило, проще, а концепция безопасности ММР часто в большей степени опирается на пассивные системы и присущие реактору характеристики безопасности, такие как малая мощность и рабочее давление. Это означает, что в таких случаях для отключения систем не требуется вмешательства человека или внешней силы или силы, поскольку пассивные системы основаны на физических явлениях, таких как естественная циркуляция, конвекция, гравитация и самонагнетание. Эти повышенные пределы безопасности в некоторых случаях устраняют или значительно снижают вероятность небезопасных выбросов радиоактивности в окружающую среду и население в случае аварии.

SMR имеют сниженный расход топлива. Электростанции на базе ММР могут требовать менее частых дозаправок, каждые 3-7 лет, по сравнению с 1-2 годами для обычных установок.Некоторые ММР рассчитаны на работу до 30 лет без дозаправки.

Как работают электростанции?

Не так давно алхимики мечтали стать дешевыми и уродливыми металлы в ценные, такие как золото. Силовые установки (также называемые электростанции) проворачивают аналогичный трюк, превращая куски угля и капли масла в электрический ток, которым можно приготовить обед или зарядить телефон.Если если бы не электростанции я бы не писал эти слова сейчас — и вы бы их не читали. На самом деле, большинство вещей мы делаем каждый день, и многое из того, что мы используем, имеет скрытый долг благодарность этим гигантским энергетическим фабрикам, которые превращают «ископаемое топливо» (уголь, природный газ и нефть) в электроэнергию.

Эта энергетическая алхимия — довольно удивительный трюк — и совсем недавно тоже, так как самая первая действующая электростанция была построена в только 1882 г. (Томас Эдисон). Однако изумление часто бывает последним, что мы чувствуем, когда подумайте о производстве электроэнергии в начале 21 века.В эпоху, когда забота об окружающей среде (совершенно справедливо) важнее, чем когда-нибудь модно насмехаться над электростанциями, как над злыми, грязными местами закачка загрязнений в наш воздух, землю и воду. Однажды мы могли бы быть в состоянии сделать все наше электричество абсолютно чистым и зеленым способом. До тех пор электростанции жизненно важны для поддержания наших школ, больницы, дома и офисы светлые, теплые и кипят жизнью; современная жизнь была бы невозможна без них. Как они работают? Давайте посмотри внимательнее!

Фото: Типичная электростанция, работающая на ископаемом топливе, в Дидкоте, Англия.Первоначально это были две отдельные электростанции: старая работала на угле и нефти, а новая работала на природном газе. Работает только газовая установка. Обратите внимание на градирни справа и опоры и линии электропередач слева.

Волшебная наука о силовых установках

Одна крупная электростанция может производить достаточно электроэнергии (около 2 гигаватт, 2 000 мегаватт или 2 000 000 000 ватт) для обеспечения пара сотен тысяч домов, и это столько же энергии вы могли бы сделать около 1000 больших ветряных турбин работает на износ.Но великолепная наука, стоящая за этим удивительным трюком, имеет меньшее отношение к силовой установке. чем с топливом горит . Настоящая магия не в этом электростанции превращают топливо в электричество: дело в том, что даже небольшое количество ископаемого топлива содержат большое количество энергии. Килограмм угля или литр масла содержит около 30 МДж энергии — огромное количество, эквивалентно нескольким тысячам 1,5-вольтовых батарей! Работа электростанции состоит в том, чтобы высвободить эту химическую энергию в виде тепла, использовать тепло для приведения в действие вращающаяся машина, называемая турбиной, а затем используйте турбину для питания генератор (машина для производства электричества).Электростанции могут сделать так много энергии, потому что они сжигают огромное количество топлива, и каждый немного этого топлива наполнено силой.

К сожалению, большинство электростанций не очень эффективны: на типичной старой электростанции, работающей на угле, только около трети энергии, заключенной в топливе, преобразуется в электричество, а остальная часть тратится впустую. Более новые конструкции, такие как электростанции с комбинированным циклом (которые мы рассмотрим через минуту), могут иметь КПД до 50 процентов. Как показывает приведенная здесь диаграмма, на пути от электростанции до вашего дома тратится еще больше электроэнергии.Если сложить все потери вместе, то только пятая часть энергии топлива будет доступна в качестве полезной энергии в вашем доме.

Диаграмма: Крупные централизованные электростанции, работающие на ископаемом топливе, очень неэффективны, тратя впустую около двух третей энергии топлива. Вот типичный сценарий: около 62 процентов тепла теряется на самой станции в виде отработанного тепла. Еще 4 процента исчезают в линиях электропередач и трансформаторах, которые передают электричество от электростанции к вашему дому. Как только электричество подается, ваша бытовая техника тратит впустую еще 13 процентов.В целом, только 22 процента исходной энергии топлива (зеленый фрагмент) превращается в энергию, которую вы действительно можете использовать. Источник: Цифры из «Децентрализация власти: энергетическая революция 21 века», Гринпис, 2005 г.

Типы силовых установок

Паровая турбина

Большинство традиционных электростанций вырабатывают энергию, сжигая топливо до выпуск тепло . По этой причине они называются термальными . (тепловые) электростанции. Угольные и масляные заводы работают так же, как я показано на рисунке выше, сжигание топлива с кислородом для выделения тепла энергия, которая кипятит воду и приводит в действие паровую турбину.Этот базовую конструкцию иногда называют простым циклом .

Фото: Отличная модель паровой турбины и электрогенератора в разрезе. Пар поступает в турбину через огромные серые трубы наверху, вращая турбину, похожую на ветряную мельницу, посередине. Когда турбина вращается, она вращает подключенный к ней генератор электроэнергии (синий цилиндр, который вы можете видеть справа). Эта модель живет в Think Tank, музее науки и техники в Бирмингеме, Англия.

Газовая турбина

Заводы, работающие на природном газе, работают немного по-другому. похоже на то, как работает реактивный двигатель. Вместо того, чтобы производить пар, они горят постоянный поток газа и использовать его для привода турбины немного другой конструкции (называемой газовой турбиной ) вместо.

Фото: The Электростанция McNeil в Берлингтоне, штат Вермонт, сжигает древесное топливо (коричневое, слева) в газовой турбине, вырабатывая скромные 50 мегаватт энергии, которых достаточно для местного города.Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Комбинированные конструкции

Каждая когда-либо построенная электростанция преследовала одну главную цель: как можно больше полезной электроэнергии из своего топлива, другими словами, быть максимально эффективным. Когда реактивные двигатели кричат ​​через небо стреляет горячими газами, как ракетные струи, они тратят впустую энергия. Мы мало что можем сказать об этом в самолете, но мы можем сделать что-то об этом на электростанции.Мы можем взять горячий выхлоп газы, поступающие из газовой турбины, и использовать их для питания паровой турбины. а также в так называемом комбинированном цикле . Это позволяет нам производить на 50 процентов больше электроэнергии из топлива по сравнению с на обычную, простую циклическую установку. В качестве альтернативы мы можем улучшить КПД электростанции за счет пропускания отработанных газов через теплообменник теплообменник, поэтому вместо этого они нагревают воду. Эта конструкция называется комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ) или когенерация, и она быстро становится одной из самых популярных конструкций (она также может быть используется для очень мелкосерийного производства электроэнергии в единицах примерно одинаковых размер как автомобильный двигатель).

Ядерный

Атомные электростанции работают аналогично угольным или масляные растения, но вместо того, чтобы сжигать топливо, они разбивают атомы на выделять тепловую энергию. Он используется для кипячения воды, производства пара и питание паровой турбины и генератора обычным способом. Для большего подробности читайте в нашей основной статье о том, как работают атомные электростанции.

Гидро

Хотя все эти типы электростанций по сути являются тепловыми (выработка и выделение тепла для привода паровой или газовой турбины), два другие очень распространенные типы вообще не используют никакого тепла.гидроэлектростанция гидроаккумулирующие установки предназначены для перекачки огромного количества вода мимо огромных водяных турбин (думайте о них как об очень эффективных водяные колеса), которые напрямую приводят в действие генераторы. В гидроэлектростанции завод , реку заставляют отступать за огромной бетонной дамбой. То вода может выходить через относительно небольшое отверстие в плотине, называемое затвор , и при этом он заставляет вращаться одну или несколько турбин вокруг. Пока течет река, крутятся турбины и плотина вырабатывает гидроэлектроэнергию. Хотя они не производят загрязнения или выбросы, гидроэлектростанции очень вредны в других отношениях: они ухудшают реки, блокируя их течение, и они затапливают огромные территории, вынуждая многих людей из своих домов (плотина «Три ущелья» в Китае привела к перемещению примерно 1,2 миллиона человек).

Гидроаккумулятор вырабатывает электроэнергию аналогично гидроэлектростанции, но перекачивает одну и ту же воду туда и обратно между озером, расположенным выше, и озером, расположенным ниже. Во времена пиковый спрос, вода может стекать из высокогорного озера в нижний, генерирующий электроэнергию по высокой цене.Когда спрос ниже, посреди ночи, вода снова закачивается обратно от низкого озера к высокому с использованием низкотарифной электроэнергии. Так накачан хранение на самом деле способ воспользоваться преимуществами электричества в некоторые моменты стоит больше, чем в другие.

Фото: ГЭС МакНэри в Орегоне вырабатывает 980 мегаватт электроэнергии, когда через нее проносится вода его турбины. Фото Дэвида Хикса предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Как электричество попадает в ваш дом

Одна из замечательных особенностей электричества заключается в том, что мы можем сделать его практически в любом месте и передавать его на огромные расстояния по линиям электропередач в наши дома. Это позволяет нам снабжать энергией огромные города без строительство огромных грязных электростанций прямо посреди них или размещать электростанции там, где есть удобные залежи угля или реки с быстрым течением, чтобы питать их. Теперь требуется энергия, чтобы послать электрический ток по проводу, потому что даже самые лучшие провода, сделанные из таких веществ, как золото, серебро и медь, имеют то, что называется сопротивление — они препятствуют потоку электричества.То чем длиннее провод, тем больше сопротивление и тем больше энергии это впустую. Таким образом, вы можете подумать, что отправка электроэнергии чрезвычайно длинные силовые кабели были бы очень глупым и расточительным занятием.

Однако есть простой способ обойти это. Оказывается, чем больше текущий ток через провод, тем больше энергии теряется. Превратив в текущий как можно меньше, мы можем свести энергию к минимуму — и мы что, сделав напряжение как можно большим.Электростанции производят электричество на чем-то как 14 000 вольт, но они используют трансформаторы (повышение напряжения или понижающие устройства) для «подъема» напряжения на что-либо от от трех до пятидесяти раз, примерно до 44 000–750 000 вольт, прежде чем отправить его по линиям электропередач в города и поселки где это будет потребляться. Как правило, мощность передается в течение длительного времени. расстояния с использованием ВЛ, натянутых между опорными рамами позвонил пилоны ; это гораздо быстрее и дешевле, чем закапывать линии под землю, что обычно делается в городах.Поставка пилонов подстанций , которые фактически представляют собой мини-точки питания, предназначенные для питания, возможно, крупная фабрика или небольшой жилой район. Подстанция использует «понижающие» трансформаторы для преобразования высоковольтной электроэнергии от линии электропередач к одному или нескольким более низким напряжениям, подходящим для фабрики, офисы, дома или что-то еще, что он должен поставлять.

Фото: Слева: Трансформаторы линии электропередач. Справа: линия передачи (пилон).

Как работает электросеть

Подстанции получили свое название со времен, когда электростанции снабжали очень четко определенные локальные районы: каждая станция питала ряд близлежащих подстанций, которые передавали Включите питание домов и других зданий.Беда с этим договоренность заключается в том, что если электростанция внезапно выйдет из строя, многие дома приходится обходиться без электричества. Есть и другие проблемы с запуском электростанции самостоятельно. Одна электростанция могла бы производить электричество очень дешево (возможно, потому, что оно очень новое и использует природный газ), а другой (по старой технологии на основе угля) может быть намного дороже, поэтому, возможно, имеет смысл использовать более дешевая станция, когда это возможно. К сожалению, электростанции не похожи на автомобили. двигатели: они должны работать все время; как правило, они не могут начать и останавливаться вообще, когда мы этого хотим.По этим и ряду других причин, коммунальные предприятия пришли к выводу, что имеет смысл подключить все их электростанции в обширную сеть, называемую сеткой . Высоко сложные компьютеризированные центры управления используются для поднятия или снизить производительность станций, чтобы соответствовать спросу с минуты на минуту и ​​час за часом (таким образом, больше станций будет работать в полную силу в вечер, например, когда большинство готовит ужин).

Что ждет электростанции в будущем?

Нам всегда будет нужна энергия и особенно электричество — очень универсальный вид энергии, который мы можем легко использовать по-разному, но это не значит, что нам всегда будут нужны электростанции, подобные тем, которые мы есть сегодня.Давление окружающей среды уже заставляет многих странах закрыть угольные электростанции, производящие наибольшее выбросы углекислого газа (отвечающие за изменение климата и глобальное потепление). Хотя атомные станции могут предложить самый чистый путь к низкоуглеродному будущему, есть серьезные опасения по поводу того, сможем ли мы построить их достаточно быстро или преодолеть опасения людей по поводу загрязнения и безопасности (будь то страхи рациональны или нет).

Приборная панель для газа

В краткосрочной перспективе довольно ясно, что нас ждет в будущем: есть всемирная «гонка за газом».«Большинство новых электрических электростанции теперь работают на природном газе, что значительно дешевле, относительно распространены (на данный момент) и производят меньше выбросов чем другие станции, работающие на ископаемом топливе. Также есть газовые станции быстрее и дешевле построить, чем более сложные альтернативы, такие как атомных электростанций и меньше встречают общественное сопротивление. В 2011 году США произвели около четверти электричество от природного газа; к 2021 году этот показатель вырос более чем на треть (38 процентов).

Диаграмма: черточка для газа. За последнее десятилетие или около того в Соединенных Штатах произошел значительный переход от угольных электростанций (синие) к использованию природного газа (красные), в то время как ядерная энергетика (желтые) и гидроэлектроэнергия (зеленые) по-прежнему обеспечивают чуть более четверти электроэнергии. всего электричества. Ветер (фиолетовый) и солнечная энергия (оранжевый) сильно выросли, но с очень маленькой базы, поэтому даже сейчас они по-прежнему обеспечивают лишь около 13 процентов всей электроэнергии. На этой диаграмме показана разбивка источников выработки электроэнергии в период с 2007 г. (внутреннее кольцо) по 2020 г. (внешнее кольцо). Она была построена с использованием данных за июль 2021 г. из журнала Electric Power Monthly Управления энергетической информации США, по состоянию на 27 октября 2021 г. (и предыдущих версий этого отчета). документ).Примечания: 1) Гидроэнергетика сокращена за счет гидроаккумулирующих. 2) На диаграмме показано только производство электроэнергии в масштабах коммунальных предприятий и исключены мелкие фотоэлектрические и другие небольшие установки. 3) «Ветровая и прочая энергия» включает все возобновляемые источники энергии, кроме солнечной и гидроэлектроэнергии.

ТЭЦ

Другие тенденции также становятся важными, особенно изменение в сторону небольших электростанций, работающих на комбинированном производстве тепла и электроэнергии (ТЭЦ). В отчете Управления энергетической информации Министерства энергетики США за 2016 г. Соединенные Штаты имеют потенциал для строительства почти 300 000 малых ТЭЦ станции (многие просто питают отдельные здания или комплексы), которые позволит избежать необходимости строительства около 100 крупных угольных или ядерных заводы и производят около 240 ГВт электроэнергии.Поскольку некоторые из них будут питаться биомассой (например, деревьями или «энергетические культуры», выращенные специально для этой цели) или отходы, которые иллюстрирует три различные тенденции в действии: переход к меньшему растений и многое другое, а также переход от ископаемого топлива к возобновляемые источники энергии.

Возобновляемые источники энергии

В долгосрочной перспективе будущее должно быть возобновляемым, поскольку ископаемые запасы топлива либо закончатся, либо (что более вероятно) будут сочтены слишком грязными или дорого в использовании. Мы уже видели огромное распространение энергии ветра по всему миру. последние пару десятилетий, и солнечная энергия, вероятно, увеличится резко в ближайшие годы.Большой недостаток, как я упоминалось ранее, заключается в том, что вам нужно как минимум 1000 ветряных турбин (номинальная на 2 МВт) или 400 000 солнечных крыш (на 5 кВт), работающих на максимальной мощности, чтобы сделать то же самое. мощности как одна большая электростанция (2ГВт), так что если мы собираемся перейти от электростанций до зеленой энергии, нам нужно очень много охватывая огромную территорию. Какие бы недостатки у силовых установок ни были, они, безусловно, очень эффективно используют землю (хотя можно возразить, что следует также учитывать обширный захват земель угольных шахт или месторождений нефти и газа).

Карты: Меняющийся характер электростанций. На этих двух диаграммах общая численность электростанций электроэнергетики США разбита по видам топлива или другой энергии, которую они используют на 2003 и 2019 годы. Вы можете видеть, что произошло значительное сокращение угольных и нефтяных станций, небольшое увеличение на заводах, работающих на природном газе (и другом газе), и огромном увеличении возобновляемых источников энергии (хотя гидроэлектростанции остаются примерно такими же). Нарисовано с использованием данных за декабрь 2019 г. Сколько и какие электростанции находятся в Соединенных Штатах? , Управление энергетической информации США, 18 ноября 2020 г. (и более ранние версии того же документа для более ранних данных).

Эффективность и управление спросом

Некоторые утверждают, что мы можем избежать строительства электростанций за счет энергоэффективности, например, за счет использования более эффективных домашних приборы и лучшую изоляцию. Многие коммунальные предприятия имеют принял эту идею с помощью простых инициатив, таких как раздача бесплатных энергосберегающие лампочки для домохозяек. Теоретически, если вы выдаете 50 миллионов энергосберегающих ламп, каждая из которых экономит 50 ватт энергии, вы полностью избежать необходимости строить один большой (2.5 ГВт) электростанция. (Эта идея иногда называемые «негаваттами» — слово, придуманное Эмори Ловинсом из Института Роки-Маунтин.) Мы также можем уменьшить потребность в новых электростанции за счет более разумного хранения энергии и управления спросом, поэтому у нас нет таких огромных пиков энергопотребления. К сожалению, это подход только заводит нас так далеко. Проблема в том, что наша общая энергия потребности постоянно растут — и наша потребность в электричестве ограничена также расти по мере того, как мы переходим от автомобилей, работающих на ископаемом топливе, к дизельным поезда на электрические альтернативы.Кроме того, существует проблема растущие потребности в энергии в развивающихся странах: люди в тех страны не могут экономить энергию, которую они еще не используют, и это было бы быть аморальным, чтобы попытаться помешать им использовать энергию, чтобы выбраться из нищеты. В конечном счете, миру в целом потребуется использовать гораздо больше энергии и гораздо больше электроэнергии и, хотя эффективность имеет решающее значение роль, это лишь малая часть решения.

В краткосрочной перспективе рывок в пользу газа помогает, если он отдаляет нас от угля.CHP также помогает, если он улучшает эффективности, но не в том случае, если это привязывает нас к ископаемому топливу на десятилетия, чтобы приходить. Улавливание и хранение углерода (CCS) может помочь нам состарить, угольные электростанции более экологичны, но остаются во многом бездоказательно и дорого. Долгосрочное будущее, безусловно, должно быть возобновляемой, а энергоэффективность может сделать будущее более зеленым, питается от солнца и ветра, легче достичь. Тем не менее, пока и в ближайшие десятилетия традиционные электростанции на ископаемом топливе останется основой нашего энергоснабжения и электроснабжения.Мы должны восхищаться ими, уважать их за то, что они питают нашу жизнь, и делать их настолько чистыми и зелеными, насколько это возможно.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.