История электрификации горной промышленности

Реакторы (рис. 2.11) имеют так называемую активную зону 1, в которую загружается ядерное топливо, содержащее уран-235 и замедлитель (обычно графит или вода). Для сокращения зоны утечки нейтронов зона окружена отражателем 2, за которым размещается бетонная защита 5 от радиоактивных излучений. Количество ядерного топлива в реакторе значительно превышает критическую массу, поэтому в активную зону вводят сильный поглотитель нейтронов в виде стержней 4 из карбида бора. По мере выгорания топлива регулирующие стержни извлекают из активной зоны. Нагретый теплоноситель отводится по трубам 3 в теплообменник – парогенератор 6, где передает свое тепло рабочему телу (например, воде, проходящей по змеевикам и превращающейся в пар). Рабочее тело (пар) поступает в турбину 7, вращает вал турбины, соединенный с валом генератора 8. Отработавший пар попадает в конденсатор 9, после чего сконденсированная вода вновь идет в теплообменник.

Все ядерные реакторы имеют специальную биологическую защиту, чтобы предохранить обслуживающий персонал от опасных радиоактивных излучений, которые вызывают ионизацию молекул клеток.

По оценкам экспертов, запасы ядерного топлива примерно в 2000 раз превышают все запасы органического топлива на Земле, его хватит на тысячелетия. Это снимает угрозу топливной недостаточности и гарантирует человечеству возможность интенсивного развития энергетики в настоящем и в будущем. Так, в настоящее время доля АЭС в суммарном производстве энергии в мире составила 55 %. Мощность АЭС мира - порядка 1 млн МВт.

Геотермальные электростанции. Геотермальные электростанции используют внутреннее тепло Земли, геотермическую энергию гейзеров, термальных вод для теплофикации и производства энергии (рис. 2.12).

В России геотермальные источники существуют на Камчатке, Курильских островах, в Сибири. Впервые геотермальная станция на глубинном паре под давлением 5 атм и температурой 200 ⁰С была построена в г. Лардерелло (Италия ) в 1904 г. Геотермальные электростанции используются в Италии, Исландии, России, Японии и Новой Зеландии.

В 1967 г. на Камчатке была построена Паужетская ГТЭС на 11 МВт, в 2000 г. запущены Мутновская ГТЭС на 200 МВт и Паратун-ская ГТЭС.

Гелиоэлектростанции. Гелиоэлектростанции используют энергию солнечных лучей (рис. 2.13) с помощью приемников двух видов:

- плоских, улавливающих солнечные лучи, направленных перпендикулярно плоскости (приемники отслеживают направление солнечных лучей, автоматически разворачивая свою плоскость);

-концентрирующих, в которых солнечные лучи с помощью зеркальных сферических поверхностей концентрируются в фокусе, где расположены тепловые элементы (например, паровой котел).

Сконструированы солнечные электростанции на полупроводниковых фотоэлементах (кремниевых, селеновых и др.). В таких установках солнечная энергия непосредственно превращается в электрическую.

В конце ХХ в. в США и России был создан двухслойный полупроводниковый фотоэлемент из арсенида галлия, который преобразует в электричество видимую часть солнечного спектра, а инфракрасная часть спектра, проходящая через этот прозрачный слой, поглощается и преобразуется в электричество во втором слое – антимоноде галлия или арсениде алюминия. КПД такого фотоэлемента составляет примерно 30–37 %, что сопоставимо с КПД современных ТЭС и АЭС (у обычных фотоэлементов в настоящее время КПД составляет 10– 12 %. КПД гелиоэлектростанций составляет 5–10 %, стоимость электроэнергии такой электростанции в 5–10 раз выше стоимости электроэнергии, вырабатываемой традиционными электростанциями. Считается, что повышение КПД данных станций до 20 % позволит стать им конкурентным источником электричества.

В Италии гелиоэлектростанция с паровой турбиной имеет мощность 200 кВт. В Армении была построена полупроводниковая солнечная электростанция мощностью 1200 кВт.

Ветровые электростанции. Ветровые электростанции (рис. 2.14) используют энергию ветра и представляют собой преобразование энергии солнца, вызывающее движение неравномерно нагретых масс.

Теоретические запасы энергии ветра в 100 раз превышают запасы гидроэнергии всех рек земного шара. Принято считать, что возможно реально использовать для нужд энергетики до 10 % теоретических запасов энергии ветра.

Строительство данных электростанций имеет многовековую историю - с ветряных мельниц и до современных установок. Энергия ветра используется человечеством уже несколько тысячелетий, но для выработки электроэнергии – в основном в ХХ в. Чаще всего изготавливают ветродвигатели крыльчатого типа. Диаметр крыльев бывает от 8 до 30 м и более, а мощность таких установок – от 1 до 1000 кВт и более.

Дизельные электростанции. В местах (отдаленные районы Сибири и Крайнего Севера при относительно небольшой потребляемой мощности ), где нет возможности использовать электроэнергию, полученную одним из выше названных способов, находят широкое применение дизельные электростанции ( рис. 2.15).