Особенности структуры энергопотребления в Республике Казахстан
Содержание
Введение ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
І. Энергетический комплекс
Казахстана ... ... ... ... ... ... . ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... 6
1.1 Развитие электроэнергетической отрасли
Казахстана ... ... ... ... ... ... . ... ... . 6
1.2 Особенности структуры энергопотребления в Республике Казахстан ... .. 8
ІІ. Нетрадиционные источники энергии в экономике Республики
Казахстан ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 10
2.1 Нетрадиционные источники
энергии ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
2.2 Использование нетрадиционных источников энергии в экономике
Казахстана ... ... ... ... ... ... . ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
2.2.1 Энергия
солнца ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... . 11
2.2.2 Энергия
ветра ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... 13
2.2.3 Геотермальная
энергия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... .. 14
2.2.4 Энергия
биомассы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... .. 15
2.2.5 Водородная
энергия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .. 16
ІІІ. Новейшие технологии электрооборудования для энергообъектов ... ... ...
18
3.1 Возобновляемые или так называемые альтернативные источники ... ... .. 18
3.2 Новейшие технологии и перспективные
направления ... ... ... ... ... ... ... ... 28
3.3 Инновации в
энергетике ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... .. 33
ІV. Перспективные технологии в области
энергетики ... ... ... ... ... ... . ... ... ... 44
4.1 Прогноз до 2050 г. и роль энергетических технологий
... ... ... ... ... ... ... . 44
4.2 Энергоэффективность в зданиях, в промышленности и на транспорте... 46
V. Общие вопросы применения технологий комбинированной возобновляемой
энергетики ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... .. 56
VІ. Требования охраны труда в аварийных
ситуациях ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... 66
Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 71
Список использованной
литературы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
73
Введение
Энергетика – одна из ведущих, отраслей народного хозяйства нашей
страны, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование,
передачу и использование различных видов энергии.
Прошедшие 75 лет-это годы становления и развития мощной энергетики нашей
страны, в полной мере освещались в журнале "Электрические станции",
начавшем свою жизнь практически вместе с первыми успехами отрасли. Большую
роль в этом процессе играла отечественная электротехническая
промышленность. Практически все основное электрооборудование энергосистем
нашей страны изготовлено заводами бывшего СССР.
В начале 30-х годов прошлого столетия в стране была успешно решена
задача создания отечественного производства всех видов электрооборудования
для электрических станций и сетей, что обеспечило полную независимость от
иностранных фирм.
В последующие годы совершенствование конструкции, технологии изготовления и
техники эксплуатации основного электрооборудования - генераторов,
электродвигателей, трансформаторов, привело к тому, что нынешнее оснащение
энергосистем находится по основным показателям на передовом мировом уровне
и отвечает сегодняшним требованиям эксплуатации. Существенное отставание от
достигнутого за рубежом уровня имеет место лишь в отношении коммутационной
аппаратуры.
В области эксплуатации и ремонта основного электрооборудования в настоящее
время происходит постепенный переход от системы обслуживания оборудования
по графику к более экономичной и эффективной системе, опирающейся на оценку
технического состояния аппаратов. Требования к совершенствованию системы
ухода за электрооборудованием усугубляются тем, что большая его часть
отработала установленный стандартами минимальный ресурс - к началу текущего
столетия этот ресурс выработало 40 - 50% оборудования. В эксплуатации
находится много морально и физически устаревшего оборудования,
изготовленного в 40 - 50-е годы, а иногда и раньше. В последнее время
наблюдается опасная тенденция повышения повреждаемости коммутационной
аппаратуры и некоторых других видов оборудования.
Известные экономические ограничения не позволяют в короткие сроки
осуществить замену морально и технически устаревшего электрооборудования на
новое. На данном этапе целесообразно стремиться продлить его ресурс и
только там, где это невыгодно или невозможно, заменить на новое. Это
требует широко развернуть программу обследований длительно работающего
электрооборудования с применением современных средств диагностики и оценки
его работоспособности и проведения эффективных мероприятий по продлению
срока службы (ремонты, модернизация и реконструкция).
Аналогичные задачи стоят перед электроэнергетикой во всем мире, тем
более, что степень либерализации рынка электроэнергии во многих странах уже
весьма высока. Поспешное проведение реформ в ряде случаев привело к
превалированию желания получать максимальные прибыли над обеспечением
надежности электроснабжения. Такая политика отрицательно сказывается на
работоспособности основного электрооборудования энергосистем, ограничивает
возможности его использования, с чем, в частности, связана целая серия
крупных аварий 2003 года за рубежом.
Управление высоковольтными электрическими сетями Казахстана
обеспечивает государственная Казахстанская компания по управлению
электрическими сетями. По состоянию на начало 2014 года на балансе
компании находилось 310 линий электропередачи напряжением 0,4–1150 кВ.
Протяженность сети составляет 24,5 тыс. км, в том числе: - ЛЭП напряжением
1150 кВ — 1,4 тыс. км; - ЛЭП напряжением 500 кВ – 6,4 тыс. км; - ЛЭП
напряжением 220 кВ – 16 тыс. км; - ЛЭП напряжением 110 кВ – 0,6 тыс. км; -
ЛЭП напряжением 0,4 – 35 кВ – 0,1 тыс. км.
Казахстан обладает крупными запасами энергетических ресурсов (нефть, газ,
уголь, уран) и является сырьевой страной, живущей за счет продажи природных
запасов энергоносителей (80% экспорта - сырье, а доля промышленного
экспорта сокращается ежегодно). До 2010 года Казахстан являлся нетто-
экспортёром электроэнергии, а после 2010 года является нетто-импортером, то
есть потребляет больше электроэнергии, чем производит.
Суммарная установленная мощность всех электростанций Казахстана
составляет 20 тысяч МВт, а фактическая мощность — 15 тысяч МВт. Казахстан
вырабатывает 91,9 млрд. КВтчас электроэнергии в год (данные 2013 г., против
1045 млрд. КВтчас Россией, и 4058 млрд. КВтчас - США, 5320 млрд. КВтчас -
Китаем), то есть электровооруженность Казахстана 4,0 МВтчасчел в год
против 6,7 - в России, 14 - США, 3,5 - в КНР. К сожалению, выработка
большинства электростанций не достигает установленной мощности. Только 2012
году Казахстан достиг уровня выработки электроэнергии 1991 года (87,4 млрд.
КВтчас).
Цель моей работы – закрепить теоретические знания, исследовать новых
техгологии в отрасли энергетики Республики Казахстан, эффекты от внедрения
инновационных технологий в энергетику и модернизацию энергетической
отрасли, овладеть методикой проведения экономического анализа на
энергетических предприятиях.
В ходе работы я планирую рассмотреть следующие задачи:
1. Закрепить теоретические знания, подученные в процессе изучения
дисциплины;
2. Проанализировать энергетическую отрасль Казахстана;
3. Проанализировать проблемы в энергетической отрасли;
4. Проанализировать дальнейшее развитие энергетической отрасли
Казахстана;
5. Оценить эффективность инновационного подхода в энергетическую
отрасль;
6. Овладеть методикой проведения экономического анализа
энергетического предприятия.
Предмет исследования - вопрос о повышении экономической эффективности
использования невозобновляемых и возобновляемых источников энергии.
Объект исследования - новые источники получения энергии.
І. Энергетический комплекс Казахстана
1.1 Развитие электроэнергетической отрасли Казахстана
За годы экономических реформ электроэнергетическая отрасль,
как и все другие отрасли экономики, испытала значительные трудности,
связанные с общим экономическим кризисом, ростом транспортных тарифов,
неудовлетворительным состоянием электросетей и, в основном, хроническими
неплатежами, вызванной тяжелым финансовым состоянием многих потребителей
электроэнергии. После дезинтеграции Союза единая энергетическая система
распалась на несколько самостоятельно функционирующих энергетических
хозяйств. Эти хозяйства не были способны удовлетворять возрастающие
потребности образовавшихся суверенных государств, новые экономические
условия заставили их прибегнуть к налаживанию разорванных связей и идти по
направлению интеграции.
Хронический дефицит электроэнергии в Казахстане испытывали Западный
и Южный регионы, многие районы северных областей республики
находятся в энергетической зависимости от России.
На протяжении всего периода развития суверенного Казахстана
производство электроэнергии стабильно уменьшалось – с 87 379,2 млн. кВт.-
час в 1990 году до 57 700,0 млн. кВт.-час в 2001 году. В целом за 10 лет
производство электроэнергии снизилось на 36,1%.
По сравнению с 2000 годом выработка электроэнергии возросла на 3 256
млн. кВт.-ч., или на 10,6%. Увеличение производства электроэнергии
произошло по северной и западной зонам. По южной зоне выработка
электроэнергии сократилась на 17%. Основная причина – остановка Жамбылской
ГРЭС ввиду неконкурентоспособности на оптовом рынке электроэнергии.
В последние годы производство электроэнергии в натуральном выражении
имеет тенденцию к стабилизации и небольшим колебаниям. Вместе с тем, по
мнению экспертов, такая динамика связана, в первую очередь, с колебаниями в
сфере производства продукции черной и цветной металлургии, на обслуживание
которой преимущественно направлены крупнейшие электростанции страны.
В электроэнергетической отрасли, как и во всех центрально азиатских
государствах с обретением независимости наблюдаются следующие негативные
явления в сфере энергетики:
- снижение объемов взаимопоставок энергоресурсов и сокращение
геологоразведки и объемов добычи и переработки сырьевых ресурсов,
вызванные, прежде всего, взаимными и внутренними неплатежами и резким
сокращением инвестиций в отрасль;
- повышение аварийности оборудования в связи с высоким уровнем
износа и несогласованными действиями отдельных энергетических хозяйств;
-снижение общего резерва мощностей при разъединении энергетических
систем;
- недостаточный учет проблем решения межгосударственных взаимосвязей
при проведении реструктуризации и приватизации отраслей топливно-
энергетического комплекса;
- неэффективное использование энергоресурсов и т.д.
Финансовое положение отрасли – одно из самых сложных среди других
отраслей. В 2000 году удельный вес прибыльных организаций составлял всего
33,9%, а численность промышленно-производственного персонала в производстве
и распределении электроэнергии составила 10% от общей численности
промышленно-производственного персонала промышленности.
Непрерывное в течении 10 лет сокращение энергетического
строительства при ухудшающемся техническом состоянии отрасли серьезно
подрывает энергетическую безопасность страны. Приватизация не
привела к реальным инвестициям, в результате чего имеет место серьезное
отставание в техническом перевооружении предприятий. На многих предприятиях
оборудование физически и морально устарело, однако не многие из
них выбывают по причине ветхости из-за длительного отставания
ввода мощностей. В 2001 году степень износа основных средств в производстве
и распределении электроэнергии составила 45,0%, при этом коэффициент
обновления – 3,6%, коэффициент ликвидации – 3,4%. Износ оборудования
электросетей составляет 52%, при этом потери энергии, по данным
министерства энергетики и минеральных ресурсов, достигает 15%.
В связи с недостатком нового, современного оборудования остается
высоким расход электроэнергии на ее транспортировку в сетях. Ежегодно
при передаче электроэнергии в сетях общего пользования теряется в среднем
– 17,3% (для сравнения: в Беларуси – 11%, Украине – 16%, Молдове и
Азербайджане – почти четверть, Кыргызстане – 40%, в странах запада этот
показатель составляет: от 4% до 5% в Японии и Германии, до 7% - в США,
Франции и Великобритании).
В настоящее время на предприятиях электроэнергетической отрасли
решаются сложные задачи по совершенствованию рынка, стабилизации
энергоснабжения и оптимизации структуры управления. Складывающаяся ситуация
в комплексах электроэнергетики и теплоснабжения свидетельствует о некоторой
их стабилизации. Отмечается определенный рост производства и выработки
электроэнергии, нормализована эксплуатация тепловых централей. Заключены
долгосрочные договорные отношения с иностранными компаниями по
инвестированию отрасли, отработана взаимосвязь с определенными
государствами по совместному параллельному использованию отечественного
энергетического ресурса.Восстановлено бесперебойное
обеспечение электроэнергией южных регионов. Коэффициент эффективности
использования мощности на тепловых электростанциях в 2000 году увеличился с
28,2 до 31,0%. Среднегодовая величина резерва мощности на ТЭС составила
порядка 2650 МВт, что указывает на наличие значительного потенциала по
производству электроэнергии собственными электростанциями и реальной
возможности приобретения республикой энергетической независимости.
Таблица 1.
Производство важнейших видов промышленной продукции в
натуральном выражении
2001 2002
Нефть сырая (млн. тонн) 40,3 43,1
Электроэнергия (млн. кВтч) 56000 59000
1.2 Особенности структуры энергопотребления в Республике Казахстан
Потребности в энергии в будущем будут расти. По оценке экспертов,
в развивающихся странах они должны увеличиться второе в ближайшие 30 лет.
А их доля в мировом электро потреблении увеличится с 26% в 1995 г. до 40%
в 2020 г. Потребности в энергии с 1990 годов растут примерно на 7% в год.
Поэтому дальнейшее расширение энергетической инфраструктуры и
удовлетворение потребности в энергии пойдет путем изыскания внутренних
инвестиционных возможностей.
Основными потребителями энергии является индустриальный комплекс
Казахстана. Затем, по мере убывания, - сельское хозяйство, коммунально-
бытовой сектор, транспорт.
Таблица 2.
Структура потребления электроэнергии отраслями Республики Казахстан за
1998-2000 гг. (в %)
ГодыПотреблено энергии
ВсегоПромыТранс-порт
ш-леном
ность
ю и
строи
тель-
ством
Цена на отпускаемую энергию, тенгекВт-ч 3,84 8,76 21,6
Себестоимость, тенгекВт-ч 3,2 7,3 18,0
Срок строительства, лет 0,4 0,6 0,6
Удельные капиталовложения, 125 120 256
тыс. тенгекВт
Чистый приведенный доход, получаемый на 1 0,2130,2080,138
тенге капиталовложений, тенге
ІІІ. Новейшие технологии электрооборудования для энергообъектов
3.1 Возобновляемые или так называемые альтернативные источники
Возобновляемые или так называемые альтернативные источники – большой
шаг вперёд в энергообеспечении человечества. Единственный недостаток –
дороговизна внедрения. Окупаемость для инвестора покрывается за несколько
лет. Данные технологии за последний век набрали больших оборотов, и сейчас
покрывают около 20% потребляемого.
Итак, возобновляемые источники – это природные ресурсы, способны к
быстрому восстановлению естественным путём.
Резервуар для производства биогаза, фотоэлектрические панели и
ветрогенератор
К ним относят:
• солнечный свет
• приливы и отливы (косвенное использование силы притяжения луны)
• энергия волн
• ветер
• водные потоки
• геотермальная теплота
Солнечный свет
Пожалуй, самый известный, нашумевший в СМИ источник альтернативной
энергии. Самое громкое его потребление было в 1958 году, тогда американцы
впервые пустили в ход солнечные батареи на своих спутниках. Сегодня же мы
часто видим их, они стали для нас привычным легко узнаваемым явлением.
Принцип извлечения прост. Батарея состоит из панели которая имеет две
сложенные вместе пластинки из кремния. первую пластину покрывают бором, а
вторую фосфором. Слой покрытый фосфором, имеет свободные электроны, в то
время когда в слое покрытым бором – электроны отсутствуют. Под воздействием
лучей, электроны начинают движение частиц, и между ними возникает
электрический ток. Затем с помощью мелких медных проводников, ток
накапливают в батареях.
Также существуют термальные электростанции, в которых
сконцентрированными лучами нагревали воду до кипения, а затем потребляли.
Но у этого метода слишком мал коэффициент полезного действия, вследствие
чего он не используется.
Самая большая солнечная электростанция в Мохаве
Позитивной цепью является:
• легко доступности почти на всех континентах и уголках земного шара
• дешевизна обслуживания
• бесшумность
• простота монтажа
• легкость в использовании
Негативная сторона:
• малый коэффициент эффективности, сейчас это не превышает 30-40%
• высокая стоимость батарей
• большая площадь для установки
Приливы и отливы воды
Это очень мощный, неисчерпаемый источник. В своё время ещё Жюль Верн
интересовался применением этого природного явления, а изобретательные
англичане строили мельницы на берегах движущихся вод, в далеком 11 веке
нашей эры. Переработка с помощью силы притяжения Солнца и спутника земли
Луны непростая задача и имеет много трудностей. Несмотря на постоянность
силы притяжения космических тел, выбор места для постройки приливной
электростанции – сложный. В нём учитывается и кратность приливовотливов за
сутки, высота подъёма (колеблется от 30см. до 15м.), почва, на которой
будет сооружена постройка.
Ещё одной интересной особенностью есть несовпадения лунных суток с
солнечными. Лунные сутки на 50 минут меньше, а люди живут по ним 24 часа. В
результате получаются несовпадения по времени с самым максимальным и
минимальным вырабатыванием и её потребление, во время самой активной
деятельности человека.
Сама приливная электростанция устроена довольно просто. Наперекор
устьям большой реки впадающей в мореокеан, возводится дамба. Сооружение
полностью перекрывает движение в обе стороны. В отверстиях дамбы
устанавливают огромные лопасти, которые под током пропускают её и крутятся,
а генераторы выдают электричество.
Несмотря на большие сложности с установкой системы, она довольно
успешно используется по всему миру. В связи с высокой эффективностью и
малым влиянием на экологию, человечество продолжает наращивать их
количество по всему земному шару.
ПЭС
Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции,
использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения
Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные
силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня
воды у берега могут достигать 18 метров. Для получения энергии залив или
устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты,
которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для
перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов
и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая
электростанция.
Энергия волн
За своей природой схожа с приливами и отливами. Для извлечения из волн
существуют –волновые электростанции, работа основана на превращении
кинетической энергии волн в электрическую.
Морской змей – такое название имеет рабочее приспособление. Состоит
оно из секций, между которыми закреплены гидравлические поршни. Внутри
каждой секции также есть электрогенераторы и гидравлические двигатели.
Волнообразные движение колеблет все эти соединений и приводит в работу
гидравлические поршни, те, в свою очередь, приводят в движение масло. Масло
пропускается через гидравлические двигатели. Эти моторы приводят в движение
электрические генераторы что и даёт конечный результат, производит
электроэнергию. Большой недостаток – нестойкость механизма к штормовым
волнам.
Ветер
Ветер – старый, проверенный и надёжный источник возобновляемой
энергии. Люди его использовали задолго до введения термина в парусных
кораблях и ветряных мельницах.
Сейчас, в силу развития технологий, ветрогенераторы стали достаточно
сильной фигурой на рынке и занимают крепкую позицию в своей нише.
Конкурентность между производителями заставила их хорошо вложиться в
исследования наиболее оптимального ветрогенератора.
Ветроэнергетика
Для оптимальной работы ветряка учитываются такие факторы:
1. высота над уровнем моря или земли. Как известно зона до двух километров
турбулентна, воздушные потоки, располагаемые выше сильно тормозят нижние.
Но эффект заметно снижается уже на высоте 100 метров. Плюс, расположения
ветряка выше 100 метров позволит увеличить длину лопасти и освободить
пространство под устройством для деятельности людей и других коммуникаций
2. расположение. Оптимальный вариант – побережье или море. Интересный факт!
Сейчас появилась офшорная ветроэнергетика. Некие группы людей строят в
морях и океанах ветряные электростанции, а на побережья проводят провода
подачи тока, тем самым укрываясь от налогов
3. скорость ветра. Характеристика высчитывается по среднему показателю по
региону. Ветряк начинает работать при скорости ветра 3 мс, а при скорости
свыше 25 мс идет аварийное его отключение, дабы не повредить устройство.
Оптимальная скорость – 15 мс
4. количество лопастей. В процессе исследований было определено, что три
лопасти – самый эффективный вариант.
5. Ось вращения
Водные потоки
Употребление водных потоков как возобновляемых источников очень широко
распространено по всему миру. Гидроэнергетика это часть хозяйственно-
экономических коммуникаций основана на расходе энергии падающей воды и
превращения её в электрическую.
Для осуществления задачи используют плотинную схему или деривационную
схему. Основа её заключается в создании огромной плотины для напора больших
водных масс. Деривационная схема использует меньшее количество воды, и
основана на искусственном отводе русла от реки в деривацию, а напор
создаётся за счет разности наклонов этих двух элементов.
Преимущества:
• высокая эффективность при низких экономических затратах как на постройку,
так и на обслуживание станции
• вода, сохраняющаяся в платине, отличный сельско-хозяйственный инструмент
для развода рыбы
• есть возможность регулировать паводки
• упрощается очистка от мусора
• работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу
• значительное удешевление
• быстрый набор максимальных оборотов выдачи после запуска
Недостатки:
• смена климата в месте водохранилища
• затопления огромных участков земли пригодных для жизни и земледелия
• уничтожение огромных участков налаженной экосистемы
• уничтожения мест гнездования перелетных птиц
• изменение характеристик (в следствии замедления тока, на дне водоёма
накапливаются вредные вещества)
Геотермальная теплота
Это ответвление, основанное на производстве тепла, за счёт
содержащейся в недрах земли энергии, на геотермальных станциях.
Относительно молодой вид добычи. Для производства с помощью геотермальной
теплоты используют сейсмически нестойкие регионы, в которых циркулирующие
подземные воды нагреваются выше температуры кипения за счёт лавы. Пар и
вода поднимается по трещинам к поверхности земли и проявляется в виде
гейзеров. Также для доступа используют глубокое бурение скважин.
Такая вода и пар пригодны как для переработки, так и для прямой подачи
горячего снабжения для нужд населения. Большой плюс в использовании
геотермальных источников – это неиссякаемость и независимость от погодных
условий и времени года. Минусом же есть сильная загрязнённость токсическими
веществами( такими как, фенол, мышьяк, кадмий, цинк, свинец, бор, аммиак).
Геотермальная энергетика
Схожий вид добычи – петротермальная энергетика. С каждым углублением в
недра земли на 100 метров температура поднимается в среднем на 2.5 °С, и
при достижении 5 км. Достигает отметки в 125 °С. Для реализации вопроса
добычи тепла с помощью этого факта, сверлятся две глубокие скважины. В одну
из них закачивается вода, которая нагревается и через смежный проток
поднимается по другой. Сейчас представленный вид экспериментальный,
решается вопрос в его рентабельности.
Природа нам дала огромный запас ресурсов, нам лишь осталось правильно
ими распоряжаться. Их преимущество над классическими – это экологичность.
3.2 Новейшие технологии и перспективные направления
На сегодняшний день известны следующие разновидности инновационной
энергетики (мы приводим их краткое описание):
• Установки для нагрева жидкости — вихревые теплогенераторы (существуют
и другие названия этих установок). Жидкость прокачивается
электронасосом через конструкцию определенным образом соединённых труб
и нагревается до 90 градусов. Эти теплогенераторы давно используются
для отопления помещений, но общепризнанной теории процессов,
приводящих к нагреву жидкости, пока нет. Есть конструкции, в которых в
качестве рабочего тела пытаются использовать воздух.
• Холодный ядерный синтез. Попытки извлечь ядерную энергию без
применения сверхвысоких температур предпринимаются с конца 1980-х
годов. Недавно итальянскими инженерами было заявлено, что им такая
попытка удалась, правда от наименования холодный ядерный синтез они
отказываются. Но суть в том, что в их катализаторе энергии тепло
получают в результате слияния ядер химических элементов. Установка
готова для практического использования.
• Магнитомеханический усилитель мощности. По уверению авторов этого
изобретения им удаётся использовать магнитное поле Земли для
увеличения скорости вращения вала генератора или электромотора. Тем
самым увеличивается количество электроэнергии, получаемой от
генератора или уменьшается потребление энергии электромотором из сети.
Такие устройства находятся на стадии полупромышленных образцов.
• Индукционные нагреватели. Индукционный нагрев с помощью электричества
используется в промышленности давно, но этот процесс удалось
усовершенствовать. Теперь индукционный электрокотёл даёт больше
тепловой энергии при тех же затратах электроэнергии. Предлагаемый
электрокотёл, благодаря усовершенствованию, по эксплуатационным
затратам будет на уровне газовых котлов.
• Двигатели без выброса массы. Лабораторные образцы таких двигателей, не
потребляющих топлива, демонстрируются в одном из космических
исследовательских институтов (НИИ космических систем). Был проведен
эксперимент с таким двигателем на спутнике. Перспективы этого
направления пока не ясны.
• Плазменные генераторы электроэнергии. Эксперименты с различными
конструкциями ведутся давно в основном на лабораторном уровне.
• Напряженные замкнутые контуры. По утверждению энтузиастов этого
подхода существуют такие кинематические схемы, реализация которых
позволяет извлечь дополнительную энергию. Демонстрировались
возможности таких схем в конструкциях мельниц для измельчения отходов
полимерных материалов. Затраты энергии на измельчение в этих мельницах
меньше, чем в мельницах традиционных конструкций.
• Энергоустановки на основе динамической сверхпроводимости. Разработчики
этих потенциальных генераторов электроэнергии утверждают, что при
определённой скорости вращения дисков возникает эффект динамической
сверхпроводимости тока, что позволяет генерировать мощные магнитные
поля. А уже эти поля можно использовать для генерации электроэнергии.
В ходе экспериментов накоплен большой массив информации по необычным
физическим эффектам. Есть возможность не только генерировать энергию,
но и создать двигатель для транспортных средств. Это направление
выглядит одним из самых перспективных в новой энергетике.
• Атмосферная электроэнергетика, объединяет различные способы и проекты
получения накапливаемой в атмосфере электрической энергии. Наиболее
очевидный путь состоит в захвате колоссальной энергии молний. Данное
направление новой энергетики обладает немалым потенциалом.
Приведенный перечень исследований, направлений и готовых установок не
является исчерпывающим. Однако он позволяет сделать вывод, что общество
может приступить к осуществлению крупных проектов в инновационной
энергетике, чтобы создать и развить принципиально новые технологии
генерирования энергии. Благодаря этому будет создано важное условие выхода
из тупика, как энергетической отрасли, так и всей экономики.
6. Радикальные инновации
Современные исследования позволяют выделить несколько изобретений и
сфер, способных сыграть важную роль в энергетической революции. Возможно,
благодаря таким новшествам привычный мир навсегда уйдет в прошлое.
7.1. Нанопроводниковый аккумулятор
В 2007 году Стэндфордский университет представил новое изобретение. Им
оказался нанопроводниковый аккумулятор, вид литий-ионного аккумулятора.
Суть изобретения в замене традиционного графитового анода аккумулятора на
анод из нержавеющей стали покрытый кремниевым нанопроводником. Благодаря
способности кремния удерживать в 10 раз больше лития, чем графит стало
возможно создавать значительно большую плотность энергии на аноде. Масса
аккумулятора при этом снизилась. Предполагается, что со временем увеличение
площади поверхности анода сделает процесс зарядки и разрядки более быстрым.
До конца 2012 года ожидается начало коммерческого использования нового
аккумулятора.
Появление в продаже более объемных и быстрых батарей способно не
только облегчить жизнь владельцев переносных компьютеров и мобильных
телефонов. Оно может означать начало реального вытеснения двигателя
внутреннего сгорания в автодорожном транспорте электромобилями с большим
запасом энергии и мощностью. Снижение стоимости производства аккумуляторов
нового поколения, а также увеличение срока их жизни (как минимум до
нескольких тысяч циклов) расширит поле применения автономных электронных
устройств.
7.2. Беспроводная передача электричества
Необходимо различать беспроводную передачу электрических сигналов и
электрической энергии. В первом деле человечество добилось уже больших
успехов, во втором оно, как может показаться, делает первые шаги. В 2010
году Haier Group удивила мир первым в мире LCD телевизором. В основе
разработки лежали исследования по беспроводной передаче энергии и на
беспроводном домашнем цифровом интерфейсе (WHDI). Однако еще в 1893 году
Никола Тесла продемонстрировал беспроводное освещение люминесцентными
лампами как проект для Колумбовской всемирной выставки в Чикаго. В 1897
году ученый зарегистрировал первый план беспроводной передачи
электричества. Но способ, разработанный Тесла, не нашел широкого
практического применения, что было, прежде всего, связано с достаточностью
для экономического развития уже имеющихся базовых изобретений в
электроэнергетике. Консервативную роль сыграли энергетические компании, не
проявившие заинтересованности в беспроводной передаче электричества не
только в рамках помещения, но и на расстоянии в тысячи километров. Столь же
холодно они воспринимали попытки Тесла предложить новые — революционные
способы генерации, взамен ранее выдвинутым им же методам. В 1917 году была
разрушена принадлежавшая ему Башня Ворденклифа, построенная для проведения
опытов по беспроводной передаче больших мощностей.
Начавшие распространяться в наши дни беспроводные зарядные устройства
для всевозможных гаджетов демонстрируют возрождение интереса к беспроводной
передаче электроэнергии. Перспективы этого направления колоссальны. Не
случайно в 2008 году корпорация Intel попыталась воспроизвести опыты Тесла
1894 года, а также группы Джона Брауна 1988 года по беспроводной передаче
энергии для свечения ламп накаливания с 75% КПД. Задачи и успехи
современной беспроводной передачи выглядят скромно по сравнению с размахом
работ Тесла столетней давности. Однако именно в наши дни кризис новой когда-
то электроэнергетики делает работы в направление беспроводной передачи
электричества чрезвычайно актуальными и ценными.
7.3. Атмосферная электроэнергетика
В 2010 году бразильский ученый Фернандо Галембекк сделал сенсационное
заявление о возможностях получения атмосферного электричества. Согласно
разработкам его группы из университета Кампинаш в Сан-Паулу мельчайшие
заряды могут собираться из влажного воздуха. Как показали испытания, для
сбора зарядов могут применяться определенные металлы, что в перспективе
открывает крупные возможности для производства электроэнергии в регионах с
влажным климатом. Считается, что совершенствование этой технологии даст
человечеству еще один источник возобновляемой энергии.
Разработки бразильских ученых — не единственные попытки получить
доступ к электричеству, заключенному в воздушном слое планеты. Существуют
проекты летающих станций, занимающихся ловлей молний, а также наземных
установок того же назначения. В России опытами в данной области занимаются
сразу несколько групп, не имея никакой государственной поддержки.
Бразильские исследователи стремятся разработать устройство для получения —
вытягивания — электроэнергии из движущегося влажного воздуха. С этой
целью проводятся эксперименты с материалами, что должно помочь выделить
наиболее эффективные (более эффективные, чем кварц и фосфат алюминия) для
содействия формированию электрического заряда в атмосфере. Однако описанные
разработки в области атмосферной электроэнергетики не включают вызова
молний — провоцирования грозовых разрядов с целью получения энергии,
экспериментально опробованного Николой Тесла еще в конце XIX столетия.
Работа в данном направлении может оказаться наиболее перспективной из всей
группы исследований атмосферной электроэнергетики.
Критики опытов профессора Галембекка по получению влажного
электричества подчеркивают, что данный способ может дать немного энергии.
Но вся группа (как известных, так и не публичных) работ в области
атмосферной электроэнергетики может оказаться куда более значительной по
результатам. Постановка на службу человечеству энергии молний и
атмосферного электричества вообще способна надолго и без гигантских затрат
решить энергетический вопрос, как минимум дав один из основных источников
электроэнергии недалекого будущего. Тесла говорил, что энергия окружает нас
повсюду, и вопрос состоит лишь в том, как ее взять. Умение вызывать
грозовые разряды и аккумулировать полученное электричество откроет новые
возможности экономического развития мира, вновь сделав энергию дешёвой.
Накапливаемая в атмосфере планеты энергия обладает колоссальным
потенциалом. В конце XIX — начале XX века Тесла попытался экспериментально
получить доступ к неиссякаемому источнику энергии неба. Работы в этой
области шли совместно с исследованиями по беспроводной передаче
электричества. Финансовые затруднения вынудили ученого свернуть работу,
хотя он много лет безуспешно пытался найти поддержку своих исследований.
Известным результатом его экспериментальной работы оказался вызов в
Колорадо молнии, что привело к аварии на местной электростанции в
результате возникновения короткого замыкания. В современных условиях при
наличии государственной поддержки исследований по приручению атмосферного
электричества такая технология способна оказаться чрезвычайно продуктивной,
что в конечном итоге должно помочь технологическому преодолению
энергетического кризиса. Атмосферная электроэнергетика может в ближайшие
десятилетия стать ведущим направлением в группе технологий, призванных
обновить энергетику. Соответствующие работы сейчас активно ведутся в
Массачусетском технологическом институте (Massachusetts Institute of
Technology — MIT), есть также и российские разработки. Бесспорным является
революционный характер исследований в области получения атмосферного
электричества. При этом источник энергии зачастую оценивается как почти
безграничный, а затраты по ее получению должны оказаться минимальными.
7.5 КОРТЭЖ — технология
Группой московских инженеров прорабатывается возможность производства
электроэнергии на основе так называемой динамической сверхпроводимости.
Эффект сверхпроводимости возникает при вращении металлического диска на
высоких скоростях. Предполагается, что при вращении электроны диска
концентрируются по периметру диска, что позволяет пропускать в этом месте
очень большой ток. Сконцентрированные электроны образуют короткозамкнутый
тороидальный электронный жгут (КОРТЭЖ). Благодаря этому жгуту ток
отделяется от металла диска и не нагревает его, что и обеспечивает
возможность пропускать электроток большой величины. Большой ток, в свою
очередь, позволяет получать сверхсильное магнитное поле, которое может
использоваться для генерации электроэнергии. По данной технологии проведено
большое количество опытов на экспериментальной установке, отработаны
основные способы использования эффекта электронного жгута в качестве
средства генерации энергии. Осталось проверить работоспособность технологии
на полупромышленном образце. Остановка на данной фазе связана с финансовыми
проблемами этого проекта.
7.5. E-Cat и холодный синтез
Изобретение Андреа Росси автономного реактора E-Cat открывает эпоху
революции в энергетике. Демонстрация готовой работающей установки дает
основания надеяться на запуск серийного производства аппаратов. В конце
октября 2011 года группа итальянских ученых во главе с Андреа Росси
представила и протестировала в Болонье революционный автономный реактор,
источник бесплатного тепла — катализатор энергии (E-Cat). Принцип
действия его строится на использовании в качестве топлива никеля и
водорода, в процессе взаимодействия которых выделяется тепловая энергия и
образуется медь. В основе функционирования устройства лежит
низкоэнергетическая ядерная реакциям (LENR). При работе установки Росси
мощностью в 1000 кВт в течении шести месяцев будет расходоваться только 10
кг никеля и 18 кг водорода. Создатели подчеркивают: реактор обеспечивает
выработку абсолютно чистой энергии, количество которой не ограничено. Ее
производство возможно в промышленных масштабах, а сами установки
планируется предоставлять в аренду. Выпуск генераторов Росси, вероятно,
начнется в США. Предполагается, что цена домашнего E-Cat составит 400-500
долларов, что не должно помешать изобретению окупится в ходе всего одного
года. Перезарядка генераторов и их техническое обслуживание не будет
дорогим. В отличие от автономных генераторов для промышленности,
экономичные домашние агрегаты нельзя будет перестроить для применения в
индустрии. Интерес в мире к работе итальянского ученого все более
возрастает.
Длительное время мировая экономика обходилась без инноваций в
энергетике. Прогресс в информационной сфере 1970-2000-х годов соединялся с
застоем в области энергетики. Так называемые альтернативные источники не
создавали реальной замены сжиганию углеводородного топлива. Биотопливо,
ветровые и солнечные генераторы не ставили под удар старую энергетику.
Разработки революционных технологий в энергетике, для получения
атмосферного электричества или экономичной автономной генерации,
блокировались правительствами и корпорациями. Появление реактора Росси
пробивает брешь в обороне консерваторов. В ближайшие годы появятся и другие
изобретения, радикально снижающие себестоимость энергии.
Новые генераторы позволят предприятиям и людям автономно получать
дешёвое электричество. Составной частью глобального экономического кризиса
является энергетический кризис, выражающийся в удорожании ключевых
энергоресурсов, нефти и газа. Резкое удешевление электроэнергии — одно из
необходимых условий преодоления кризиса и запуска нового подъема в
экономике. И чем скорее оно будет выполнено, тем скорее пойдет дальнейший
научный, культурный, социальный, политический и экономический прогресс
человечества.
3.3 Инновации в энергетике
Инновации в энергетике стимулируют развитие других промышленных
областей. Внедрение новых технологий повышает качество жизни человека и
помогает снизить затраты, связанные с производством.
Мировые инновации Развитие энергетики ведётся преимущество в направлении
создания технологий, позволяющих снизить негативное воздействие на
окружающую среду.
В этой области наиболее перспективными считаются следующие разработки:
Осмотические электростанции; Светодиоды; Реакция холодного синтеза;
Тепловые насосы. Новые энергетические технологии не ограничиваются
указанными разработками. Японские учёные проводят эксперименты по
беспроводной передаче электричества. Также продолжаются поиск и развитие
альтернативных (возобновляемых) источников энергии. Осмотические станции
Эта инновация позволяет использовать практически неисчерпаемые запасы
мирового океана для развития энергетики. Инициатор На момент написания
статьи работала единственная осмотическая станция, созданная компанией
Statkraft. Установка размещена на территории норвежского города Тофте.
Суть метода
Суть работы этой инновации заключается в том, что энергия извлекается
за счёт смешения солёной и пресной воды. Процесс проходит в одном
резервуаре, разделённом полупроницаемой мембраной. Из-за того, что в
резервуаре с пресной водой низкая концентрация соли, происходит обмен
жидкостей, благодаря которому достигается равновесие. В результате этого
процесса во втором отсеке увеличивается давление, которое запускает
гидротурбину, вырабатывающую электроэнергию. НИЗКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕМБРАН —
ЭТО ОСНОВНОЙ НЕДОСТАТОК ОСМОТИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ. ПОЭТОМУ БОЛЬШИНСТВО
РАЗРАБОТОК КАСАЕТСЯ УМЕНЬШЕНИЯ РАЗМЕРОВ ПОСЛЕДНИХ. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОЗДАНИЮ
МЕМБРАН НОВОГО ТИПА ВЕДУТ GENERAL ELECTRIC, HYDRANAUTICS И ДРУГИЕ КРУПНЫЕ
КОМПАНИИ. Разработка осмотических станций позволяет внедрять экологически
чистые источники электроэнергии на любых территориях, где имеется доступ к
воде (а не только на реках). По предварительным расчётам, потенциал этой
инновации составляет 1600-1700 ТВт*ч, что соответствует 10% от мирового
потребления электричества. Расходы Размер инвестиций, потребовавшихся для
претворения в жизнь проекта осмотической станции, составил 20 миллионов
долларов. При этом на разработку и внедрение инновации ушло около 10 лет.
Светодиоды
Светодиоды обладают множеством преимуществ и выгодно выделяются на
фоне других источников освещения: Энергоэффективность. Светопередача у
светодиодов составляет 120-150 люменватт, что является максимальным
показателем. Экологичность. Подобные источники освещения не выделяют
вредных веществ. Продолжительный срок службы. Показатель составляет 50
тысяч часов. РАБОТУ СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ МОЖНО КОНТРОЛИРОВАТЬ С ПОМОЩЬЮ
МОБИЛЬНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ, ИЗМЕНЯТЬ ЦВЕТ ИСПУСКАЕМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ВНОСИТЬ ДРУГИЕ
НАСТРОЙКИ. Инициатор Основной объём продаж (примерно 60%) светодиодного
освещения на мировом рынке обеспечивают компании из Японии и Южной Кореи.
Из европейских производителей инновации постоянно демонстрирует Phillips.
Суть
Из современных инноваций можно выделить следующие: GaN-светодиоды на
подложках из кремния. Технология обеспечивает хорошую светоотдачу,
благодаря чему снижаются расходы в энергетике. LED-освещение на GaN-
подложках. Обеспечивает более качественную цветопередачу и улучшает
интенсивность светового потока (если сравнивать с предыдущей технологией).
LED SlimStyle. Особенность источников освещения, построенных на базе этой
технологии, заключается в наличии множества мелких светодиодов. Стоимость
подобных ламп составляет около 10 долларов. Современные источники освещения
работают от постоянного тока. Благодаря этому исключается мерцание света.
Однако сейчас ведутся исследования по использованию переменного тока. За
счёт этого можно снизить потребляемую мощность. LED-освещение, которое
работает с переменным током, разрабатывают компании Lynk Labs и Seoul
Semiconductor Объем инвестиций Размер инвестиций, которые получила эта
сфера энергетики, подсчитать сложно. По мнению аналитиков, в 2018 году
объём рынка LED-освещения достигнет 25,9 миллиарда долларов. Реакция
холодного синтеза Группа итальянских учёных в начале 2010-х годов заявила о
создании источника бесплатного тепла, добываемого благодаря реактору E-Cat.
Инициатор Адреа Росси вместе с коллегами разработал новый тип автономного
реактора. Его планируется использовать для отопления частных домовладений.
Суть метода
Реактор E-Cat вырабатывает тепло за счёт взаимодействия никеля и
водорода. После реакции указанных элементов также образуется медь. Принцип
действия E-Cat основан на технологии LENR, или низкоэнергетической ядерной
реакции. СОГЛАСНО РАСЧЁТАМ РАЗРАБОТЧИКОМ, АВТОНОМНЫЙ РЕАКТОР МОЩНОСТЬЮ 1000
КВТ В ТЕЧЕНИЕ ПОЛУГОДА ПОТРЕБЛЯЕТ 10 КГ НИКЕЛЯ 18 КГ ВОДОРОДА. Расходы
Общий бюджет инновации не раскрывается. Производство E-Cat наладят на
территории США. Установки будут задействованы американской энергетикой.
Когда разработка появится на рынке, потребители смогут арендовать реактор
для собственных нужд. Стоимость 1 E-Cat составит 400-500 долларов.
Другие инновации
Среди перспективных инноваций в области энергетики выделяются
следующие: Беспроводная передача электроэнергии. Активными разработками в
этой области занимаются японские учёные. Ветровая и солнечная энергетика.
Инновации касаются изобретений, позволяющих снизить расходы на производство
электростанций. Тепловые станции, использующие сжиженные углеводородные
газы. Эта инновация успешно прошла множество испытаний и доказала
собственную эффективность. Атмосферная электроэнергетика. Бразильские
учёные выяснили, что влажный воздух содержит частицы, обладающие небольшим
зарядом. Заряд с помощью металлов можно собирать и вырабатывать
электроэнергию. Эта инновация имеет перспективу развития в энергетике стран
с влажным климатом. Магнитомеханический усилитель мощности. Разработчики
технологии заявляют, что нашли способ, посредством которого можно
использовать магнитное поле Земли для ускорения работы электромотора.
Современная энергетика развивается по разным направлениям. Многие компании
продолжают разрабатывать новые технологии, повышающие эффективность
светодиодных ламп. А энтузиасты и исследовательские лаборатории предлагают
нередко оригинальные решения, которые впоследствии пополняют энергетику
различных стран.
Особенности развития энергетики в Казахстане
По мнению ученых, в будущем возобновляемые источники энергии смогут
заменить ископаемое топливо в следующих сферах: производство электрической
энергии, отопление помещений, приготовление пищи, производство моторного
топлива и автономное снабжение сельской местности энергией.
Масштабы и темпы освоения отдельных видов альтернативных источников
зависят от наличия соответствующих ресурсов и от степени разработанности
технологий получения энергии, то есть от себестоимости вырабатываемой
энергии. На-пример, электричество, получаемое из альтернативных источников,
пока что дороже электроэнергии, произведенной на крупных ГЭС или ТЭЦ.
Однако существуют и более эффективные технологии использования
возобновляемой энергии, которые уже сейчас могут конкурировать с
традиционными. Здесь надо отметить, что технологии, задействованные в
альтернативной энергетике, быстро совершенствуются, а это значит, что
себестоимость электрической энергии, произведенной с их помощью, с каждым
годом будет постепенно снижаться.
Одним из приоритетов, обозначенных Главой государства в Послании
Новые возможности развития в условиях четвертой промышленной революции,
является дальнейшее развитие ресурсного потенциала через ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Введение ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
І. Энергетический комплекс
Казахстана ... ... ... ... ... ... . ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... 6
1.1 Развитие электроэнергетической отрасли
Казахстана ... ... ... ... ... ... . ... ... . 6
1.2 Особенности структуры энергопотребления в Республике Казахстан ... .. 8
ІІ. Нетрадиционные источники энергии в экономике Республики
Казахстан ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 10
2.1 Нетрадиционные источники
энергии ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
2.2 Использование нетрадиционных источников энергии в экономике
Казахстана ... ... ... ... ... ... . ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
2.2.1 Энергия
солнца ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... . 11
2.2.2 Энергия
ветра ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... 13
2.2.3 Геотермальная
энергия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... .. 14
2.2.4 Энергия
биомассы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... .. 15
2.2.5 Водородная
энергия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .. 16
ІІІ. Новейшие технологии электрооборудования для энергообъектов ... ... ...
18
3.1 Возобновляемые или так называемые альтернативные источники ... ... .. 18
3.2 Новейшие технологии и перспективные
направления ... ... ... ... ... ... ... ... 28
3.3 Инновации в
энергетике ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... .. 33
ІV. Перспективные технологии в области
энергетики ... ... ... ... ... ... . ... ... ... 44
4.1 Прогноз до 2050 г. и роль энергетических технологий
... ... ... ... ... ... ... . 44
4.2 Энергоэффективность в зданиях, в промышленности и на транспорте... 46
V. Общие вопросы применения технологий комбинированной возобновляемой
энергетики ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... .. 56
VІ. Требования охраны труда в аварийных
ситуациях ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... 66
Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 71
Список использованной
литературы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
73
Введение
Энергетика – одна из ведущих, отраслей народного хозяйства нашей
страны, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование,
передачу и использование различных видов энергии.
Прошедшие 75 лет-это годы становления и развития мощной энергетики нашей
страны, в полной мере освещались в журнале "Электрические станции",
начавшем свою жизнь практически вместе с первыми успехами отрасли. Большую
роль в этом процессе играла отечественная электротехническая
промышленность. Практически все основное электрооборудование энергосистем
нашей страны изготовлено заводами бывшего СССР.
В начале 30-х годов прошлого столетия в стране была успешно решена
задача создания отечественного производства всех видов электрооборудования
для электрических станций и сетей, что обеспечило полную независимость от
иностранных фирм.
В последующие годы совершенствование конструкции, технологии изготовления и
техники эксплуатации основного электрооборудования - генераторов,
электродвигателей, трансформаторов, привело к тому, что нынешнее оснащение
энергосистем находится по основным показателям на передовом мировом уровне
и отвечает сегодняшним требованиям эксплуатации. Существенное отставание от
достигнутого за рубежом уровня имеет место лишь в отношении коммутационной
аппаратуры.
В области эксплуатации и ремонта основного электрооборудования в настоящее
время происходит постепенный переход от системы обслуживания оборудования
по графику к более экономичной и эффективной системе, опирающейся на оценку
технического состояния аппаратов. Требования к совершенствованию системы
ухода за электрооборудованием усугубляются тем, что большая его часть
отработала установленный стандартами минимальный ресурс - к началу текущего
столетия этот ресурс выработало 40 - 50% оборудования. В эксплуатации
находится много морально и физически устаревшего оборудования,
изготовленного в 40 - 50-е годы, а иногда и раньше. В последнее время
наблюдается опасная тенденция повышения повреждаемости коммутационной
аппаратуры и некоторых других видов оборудования.
Известные экономические ограничения не позволяют в короткие сроки
осуществить замену морально и технически устаревшего электрооборудования на
новое. На данном этапе целесообразно стремиться продлить его ресурс и
только там, где это невыгодно или невозможно, заменить на новое. Это
требует широко развернуть программу обследований длительно работающего
электрооборудования с применением современных средств диагностики и оценки
его работоспособности и проведения эффективных мероприятий по продлению
срока службы (ремонты, модернизация и реконструкция).
Аналогичные задачи стоят перед электроэнергетикой во всем мире, тем
более, что степень либерализации рынка электроэнергии во многих странах уже
весьма высока. Поспешное проведение реформ в ряде случаев привело к
превалированию желания получать максимальные прибыли над обеспечением
надежности электроснабжения. Такая политика отрицательно сказывается на
работоспособности основного электрооборудования энергосистем, ограничивает
возможности его использования, с чем, в частности, связана целая серия
крупных аварий 2003 года за рубежом.
Управление высоковольтными электрическими сетями Казахстана
обеспечивает государственная Казахстанская компания по управлению
электрическими сетями. По состоянию на начало 2014 года на балансе
компании находилось 310 линий электропередачи напряжением 0,4–1150 кВ.
Протяженность сети составляет 24,5 тыс. км, в том числе: - ЛЭП напряжением
1150 кВ — 1,4 тыс. км; - ЛЭП напряжением 500 кВ – 6,4 тыс. км; - ЛЭП
напряжением 220 кВ – 16 тыс. км; - ЛЭП напряжением 110 кВ – 0,6 тыс. км; -
ЛЭП напряжением 0,4 – 35 кВ – 0,1 тыс. км.
Казахстан обладает крупными запасами энергетических ресурсов (нефть, газ,
уголь, уран) и является сырьевой страной, живущей за счет продажи природных
запасов энергоносителей (80% экспорта - сырье, а доля промышленного
экспорта сокращается ежегодно). До 2010 года Казахстан являлся нетто-
экспортёром электроэнергии, а после 2010 года является нетто-импортером, то
есть потребляет больше электроэнергии, чем производит.
Суммарная установленная мощность всех электростанций Казахстана
составляет 20 тысяч МВт, а фактическая мощность — 15 тысяч МВт. Казахстан
вырабатывает 91,9 млрд. КВтчас электроэнергии в год (данные 2013 г., против
1045 млрд. КВтчас Россией, и 4058 млрд. КВтчас - США, 5320 млрд. КВтчас -
Китаем), то есть электровооруженность Казахстана 4,0 МВтчасчел в год
против 6,7 - в России, 14 - США, 3,5 - в КНР. К сожалению, выработка
большинства электростанций не достигает установленной мощности. Только 2012
году Казахстан достиг уровня выработки электроэнергии 1991 года (87,4 млрд.
КВтчас).
Цель моей работы – закрепить теоретические знания, исследовать новых
техгологии в отрасли энергетики Республики Казахстан, эффекты от внедрения
инновационных технологий в энергетику и модернизацию энергетической
отрасли, овладеть методикой проведения экономического анализа на
энергетических предприятиях.
В ходе работы я планирую рассмотреть следующие задачи:
1. Закрепить теоретические знания, подученные в процессе изучения
дисциплины;
2. Проанализировать энергетическую отрасль Казахстана;
3. Проанализировать проблемы в энергетической отрасли;
4. Проанализировать дальнейшее развитие энергетической отрасли
Казахстана;
5. Оценить эффективность инновационного подхода в энергетическую
отрасль;
6. Овладеть методикой проведения экономического анализа
энергетического предприятия.
Предмет исследования - вопрос о повышении экономической эффективности
использования невозобновляемых и возобновляемых источников энергии.
Объект исследования - новые источники получения энергии.
І. Энергетический комплекс Казахстана
1.1 Развитие электроэнергетической отрасли Казахстана
За годы экономических реформ электроэнергетическая отрасль,
как и все другие отрасли экономики, испытала значительные трудности,
связанные с общим экономическим кризисом, ростом транспортных тарифов,
неудовлетворительным состоянием электросетей и, в основном, хроническими
неплатежами, вызванной тяжелым финансовым состоянием многих потребителей
электроэнергии. После дезинтеграции Союза единая энергетическая система
распалась на несколько самостоятельно функционирующих энергетических
хозяйств. Эти хозяйства не были способны удовлетворять возрастающие
потребности образовавшихся суверенных государств, новые экономические
условия заставили их прибегнуть к налаживанию разорванных связей и идти по
направлению интеграции.
Хронический дефицит электроэнергии в Казахстане испытывали Западный
и Южный регионы, многие районы северных областей республики
находятся в энергетической зависимости от России.
На протяжении всего периода развития суверенного Казахстана
производство электроэнергии стабильно уменьшалось – с 87 379,2 млн. кВт.-
час в 1990 году до 57 700,0 млн. кВт.-час в 2001 году. В целом за 10 лет
производство электроэнергии снизилось на 36,1%.
По сравнению с 2000 годом выработка электроэнергии возросла на 3 256
млн. кВт.-ч., или на 10,6%. Увеличение производства электроэнергии
произошло по северной и западной зонам. По южной зоне выработка
электроэнергии сократилась на 17%. Основная причина – остановка Жамбылской
ГРЭС ввиду неконкурентоспособности на оптовом рынке электроэнергии.
В последние годы производство электроэнергии в натуральном выражении
имеет тенденцию к стабилизации и небольшим колебаниям. Вместе с тем, по
мнению экспертов, такая динамика связана, в первую очередь, с колебаниями в
сфере производства продукции черной и цветной металлургии, на обслуживание
которой преимущественно направлены крупнейшие электростанции страны.
В электроэнергетической отрасли, как и во всех центрально азиатских
государствах с обретением независимости наблюдаются следующие негативные
явления в сфере энергетики:
- снижение объемов взаимопоставок энергоресурсов и сокращение
геологоразведки и объемов добычи и переработки сырьевых ресурсов,
вызванные, прежде всего, взаимными и внутренними неплатежами и резким
сокращением инвестиций в отрасль;
- повышение аварийности оборудования в связи с высоким уровнем
износа и несогласованными действиями отдельных энергетических хозяйств;
-снижение общего резерва мощностей при разъединении энергетических
систем;
- недостаточный учет проблем решения межгосударственных взаимосвязей
при проведении реструктуризации и приватизации отраслей топливно-
энергетического комплекса;
- неэффективное использование энергоресурсов и т.д.
Финансовое положение отрасли – одно из самых сложных среди других
отраслей. В 2000 году удельный вес прибыльных организаций составлял всего
33,9%, а численность промышленно-производственного персонала в производстве
и распределении электроэнергии составила 10% от общей численности
промышленно-производственного персонала промышленности.
Непрерывное в течении 10 лет сокращение энергетического
строительства при ухудшающемся техническом состоянии отрасли серьезно
подрывает энергетическую безопасность страны. Приватизация не
привела к реальным инвестициям, в результате чего имеет место серьезное
отставание в техническом перевооружении предприятий. На многих предприятиях
оборудование физически и морально устарело, однако не многие из
них выбывают по причине ветхости из-за длительного отставания
ввода мощностей. В 2001 году степень износа основных средств в производстве
и распределении электроэнергии составила 45,0%, при этом коэффициент
обновления – 3,6%, коэффициент ликвидации – 3,4%. Износ оборудования
электросетей составляет 52%, при этом потери энергии, по данным
министерства энергетики и минеральных ресурсов, достигает 15%.
В связи с недостатком нового, современного оборудования остается
высоким расход электроэнергии на ее транспортировку в сетях. Ежегодно
при передаче электроэнергии в сетях общего пользования теряется в среднем
– 17,3% (для сравнения: в Беларуси – 11%, Украине – 16%, Молдове и
Азербайджане – почти четверть, Кыргызстане – 40%, в странах запада этот
показатель составляет: от 4% до 5% в Японии и Германии, до 7% - в США,
Франции и Великобритании).
В настоящее время на предприятиях электроэнергетической отрасли
решаются сложные задачи по совершенствованию рынка, стабилизации
энергоснабжения и оптимизации структуры управления. Складывающаяся ситуация
в комплексах электроэнергетики и теплоснабжения свидетельствует о некоторой
их стабилизации. Отмечается определенный рост производства и выработки
электроэнергии, нормализована эксплуатация тепловых централей. Заключены
долгосрочные договорные отношения с иностранными компаниями по
инвестированию отрасли, отработана взаимосвязь с определенными
государствами по совместному параллельному использованию отечественного
энергетического ресурса.Восстановлено бесперебойное
обеспечение электроэнергией южных регионов. Коэффициент эффективности
использования мощности на тепловых электростанциях в 2000 году увеличился с
28,2 до 31,0%. Среднегодовая величина резерва мощности на ТЭС составила
порядка 2650 МВт, что указывает на наличие значительного потенциала по
производству электроэнергии собственными электростанциями и реальной
возможности приобретения республикой энергетической независимости.
Таблица 1.
Производство важнейших видов промышленной продукции в
натуральном выражении
2001 2002
Нефть сырая (млн. тонн) 40,3 43,1
Электроэнергия (млн. кВтч) 56000 59000
1.2 Особенности структуры энергопотребления в Республике Казахстан
Потребности в энергии в будущем будут расти. По оценке экспертов,
в развивающихся странах они должны увеличиться второе в ближайшие 30 лет.
А их доля в мировом электро потреблении увеличится с 26% в 1995 г. до 40%
в 2020 г. Потребности в энергии с 1990 годов растут примерно на 7% в год.
Поэтому дальнейшее расширение энергетической инфраструктуры и
удовлетворение потребности в энергии пойдет путем изыскания внутренних
инвестиционных возможностей.
Основными потребителями энергии является индустриальный комплекс
Казахстана. Затем, по мере убывания, - сельское хозяйство, коммунально-
бытовой сектор, транспорт.
Таблица 2.
Структура потребления электроэнергии отраслями Республики Казахстан за
1998-2000 гг. (в %)
ГодыПотреблено энергии
ВсегоПромыТранс-порт
ш-леном
ность
ю и
строи
тель-
ством
Цена на отпускаемую энергию, тенгекВт-ч 3,84 8,76 21,6
Себестоимость, тенгекВт-ч 3,2 7,3 18,0
Срок строительства, лет 0,4 0,6 0,6
Удельные капиталовложения, 125 120 256
тыс. тенгекВт
Чистый приведенный доход, получаемый на 1 0,2130,2080,138
тенге капиталовложений, тенге
ІІІ. Новейшие технологии электрооборудования для энергообъектов
3.1 Возобновляемые или так называемые альтернативные источники
Возобновляемые или так называемые альтернативные источники – большой
шаг вперёд в энергообеспечении человечества. Единственный недостаток –
дороговизна внедрения. Окупаемость для инвестора покрывается за несколько
лет. Данные технологии за последний век набрали больших оборотов, и сейчас
покрывают около 20% потребляемого.
Итак, возобновляемые источники – это природные ресурсы, способны к
быстрому восстановлению естественным путём.
Резервуар для производства биогаза, фотоэлектрические панели и
ветрогенератор
К ним относят:
• солнечный свет
• приливы и отливы (косвенное использование силы притяжения луны)
• энергия волн
• ветер
• водные потоки
• геотермальная теплота
Солнечный свет
Пожалуй, самый известный, нашумевший в СМИ источник альтернативной
энергии. Самое громкое его потребление было в 1958 году, тогда американцы
впервые пустили в ход солнечные батареи на своих спутниках. Сегодня же мы
часто видим их, они стали для нас привычным легко узнаваемым явлением.
Принцип извлечения прост. Батарея состоит из панели которая имеет две
сложенные вместе пластинки из кремния. первую пластину покрывают бором, а
вторую фосфором. Слой покрытый фосфором, имеет свободные электроны, в то
время когда в слое покрытым бором – электроны отсутствуют. Под воздействием
лучей, электроны начинают движение частиц, и между ними возникает
электрический ток. Затем с помощью мелких медных проводников, ток
накапливают в батареях.
Также существуют термальные электростанции, в которых
сконцентрированными лучами нагревали воду до кипения, а затем потребляли.
Но у этого метода слишком мал коэффициент полезного действия, вследствие
чего он не используется.
Самая большая солнечная электростанция в Мохаве
Позитивной цепью является:
• легко доступности почти на всех континентах и уголках земного шара
• дешевизна обслуживания
• бесшумность
• простота монтажа
• легкость в использовании
Негативная сторона:
• малый коэффициент эффективности, сейчас это не превышает 30-40%
• высокая стоимость батарей
• большая площадь для установки
Приливы и отливы воды
Это очень мощный, неисчерпаемый источник. В своё время ещё Жюль Верн
интересовался применением этого природного явления, а изобретательные
англичане строили мельницы на берегах движущихся вод, в далеком 11 веке
нашей эры. Переработка с помощью силы притяжения Солнца и спутника земли
Луны непростая задача и имеет много трудностей. Несмотря на постоянность
силы притяжения космических тел, выбор места для постройки приливной
электростанции – сложный. В нём учитывается и кратность приливовотливов за
сутки, высота подъёма (колеблется от 30см. до 15м.), почва, на которой
будет сооружена постройка.
Ещё одной интересной особенностью есть несовпадения лунных суток с
солнечными. Лунные сутки на 50 минут меньше, а люди живут по ним 24 часа. В
результате получаются несовпадения по времени с самым максимальным и
минимальным вырабатыванием и её потребление, во время самой активной
деятельности человека.
Сама приливная электростанция устроена довольно просто. Наперекор
устьям большой реки впадающей в мореокеан, возводится дамба. Сооружение
полностью перекрывает движение в обе стороны. В отверстиях дамбы
устанавливают огромные лопасти, которые под током пропускают её и крутятся,
а генераторы выдают электричество.
Несмотря на большие сложности с установкой системы, она довольно
успешно используется по всему миру. В связи с высокой эффективностью и
малым влиянием на экологию, человечество продолжает наращивать их
количество по всему земному шару.
ПЭС
Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции,
использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения
Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные
силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня
воды у берега могут достигать 18 метров. Для получения энергии залив или
устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты,
которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для
перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов
и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая
электростанция.
Энергия волн
За своей природой схожа с приливами и отливами. Для извлечения из волн
существуют –волновые электростанции, работа основана на превращении
кинетической энергии волн в электрическую.
Морской змей – такое название имеет рабочее приспособление. Состоит
оно из секций, между которыми закреплены гидравлические поршни. Внутри
каждой секции также есть электрогенераторы и гидравлические двигатели.
Волнообразные движение колеблет все эти соединений и приводит в работу
гидравлические поршни, те, в свою очередь, приводят в движение масло. Масло
пропускается через гидравлические двигатели. Эти моторы приводят в движение
электрические генераторы что и даёт конечный результат, производит
электроэнергию. Большой недостаток – нестойкость механизма к штормовым
волнам.
Ветер
Ветер – старый, проверенный и надёжный источник возобновляемой
энергии. Люди его использовали задолго до введения термина в парусных
кораблях и ветряных мельницах.
Сейчас, в силу развития технологий, ветрогенераторы стали достаточно
сильной фигурой на рынке и занимают крепкую позицию в своей нише.
Конкурентность между производителями заставила их хорошо вложиться в
исследования наиболее оптимального ветрогенератора.
Ветроэнергетика
Для оптимальной работы ветряка учитываются такие факторы:
1. высота над уровнем моря или земли. Как известно зона до двух километров
турбулентна, воздушные потоки, располагаемые выше сильно тормозят нижние.
Но эффект заметно снижается уже на высоте 100 метров. Плюс, расположения
ветряка выше 100 метров позволит увеличить длину лопасти и освободить
пространство под устройством для деятельности людей и других коммуникаций
2. расположение. Оптимальный вариант – побережье или море. Интересный факт!
Сейчас появилась офшорная ветроэнергетика. Некие группы людей строят в
морях и океанах ветряные электростанции, а на побережья проводят провода
подачи тока, тем самым укрываясь от налогов
3. скорость ветра. Характеристика высчитывается по среднему показателю по
региону. Ветряк начинает работать при скорости ветра 3 мс, а при скорости
свыше 25 мс идет аварийное его отключение, дабы не повредить устройство.
Оптимальная скорость – 15 мс
4. количество лопастей. В процессе исследований было определено, что три
лопасти – самый эффективный вариант.
5. Ось вращения
Водные потоки
Употребление водных потоков как возобновляемых источников очень широко
распространено по всему миру. Гидроэнергетика это часть хозяйственно-
экономических коммуникаций основана на расходе энергии падающей воды и
превращения её в электрическую.
Для осуществления задачи используют плотинную схему или деривационную
схему. Основа её заключается в создании огромной плотины для напора больших
водных масс. Деривационная схема использует меньшее количество воды, и
основана на искусственном отводе русла от реки в деривацию, а напор
создаётся за счет разности наклонов этих двух элементов.
Преимущества:
• высокая эффективность при низких экономических затратах как на постройку,
так и на обслуживание станции
• вода, сохраняющаяся в платине, отличный сельско-хозяйственный инструмент
для развода рыбы
• есть возможность регулировать паводки
• упрощается очистка от мусора
• работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу
• значительное удешевление
• быстрый набор максимальных оборотов выдачи после запуска
Недостатки:
• смена климата в месте водохранилища
• затопления огромных участков земли пригодных для жизни и земледелия
• уничтожение огромных участков налаженной экосистемы
• уничтожения мест гнездования перелетных птиц
• изменение характеристик (в следствии замедления тока, на дне водоёма
накапливаются вредные вещества)
Геотермальная теплота
Это ответвление, основанное на производстве тепла, за счёт
содержащейся в недрах земли энергии, на геотермальных станциях.
Относительно молодой вид добычи. Для производства с помощью геотермальной
теплоты используют сейсмически нестойкие регионы, в которых циркулирующие
подземные воды нагреваются выше температуры кипения за счёт лавы. Пар и
вода поднимается по трещинам к поверхности земли и проявляется в виде
гейзеров. Также для доступа используют глубокое бурение скважин.
Такая вода и пар пригодны как для переработки, так и для прямой подачи
горячего снабжения для нужд населения. Большой плюс в использовании
геотермальных источников – это неиссякаемость и независимость от погодных
условий и времени года. Минусом же есть сильная загрязнённость токсическими
веществами( такими как, фенол, мышьяк, кадмий, цинк, свинец, бор, аммиак).
Геотермальная энергетика
Схожий вид добычи – петротермальная энергетика. С каждым углублением в
недра земли на 100 метров температура поднимается в среднем на 2.5 °С, и
при достижении 5 км. Достигает отметки в 125 °С. Для реализации вопроса
добычи тепла с помощью этого факта, сверлятся две глубокие скважины. В одну
из них закачивается вода, которая нагревается и через смежный проток
поднимается по другой. Сейчас представленный вид экспериментальный,
решается вопрос в его рентабельности.
Природа нам дала огромный запас ресурсов, нам лишь осталось правильно
ими распоряжаться. Их преимущество над классическими – это экологичность.
3.2 Новейшие технологии и перспективные направления
На сегодняшний день известны следующие разновидности инновационной
энергетики (мы приводим их краткое описание):
• Установки для нагрева жидкости — вихревые теплогенераторы (существуют
и другие названия этих установок). Жидкость прокачивается
электронасосом через конструкцию определенным образом соединённых труб
и нагревается до 90 градусов. Эти теплогенераторы давно используются
для отопления помещений, но общепризнанной теории процессов,
приводящих к нагреву жидкости, пока нет. Есть конструкции, в которых в
качестве рабочего тела пытаются использовать воздух.
• Холодный ядерный синтез. Попытки извлечь ядерную энергию без
применения сверхвысоких температур предпринимаются с конца 1980-х
годов. Недавно итальянскими инженерами было заявлено, что им такая
попытка удалась, правда от наименования холодный ядерный синтез они
отказываются. Но суть в том, что в их катализаторе энергии тепло
получают в результате слияния ядер химических элементов. Установка
готова для практического использования.
• Магнитомеханический усилитель мощности. По уверению авторов этого
изобретения им удаётся использовать магнитное поле Земли для
увеличения скорости вращения вала генератора или электромотора. Тем
самым увеличивается количество электроэнергии, получаемой от
генератора или уменьшается потребление энергии электромотором из сети.
Такие устройства находятся на стадии полупромышленных образцов.
• Индукционные нагреватели. Индукционный нагрев с помощью электричества
используется в промышленности давно, но этот процесс удалось
усовершенствовать. Теперь индукционный электрокотёл даёт больше
тепловой энергии при тех же затратах электроэнергии. Предлагаемый
электрокотёл, благодаря усовершенствованию, по эксплуатационным
затратам будет на уровне газовых котлов.
• Двигатели без выброса массы. Лабораторные образцы таких двигателей, не
потребляющих топлива, демонстрируются в одном из космических
исследовательских институтов (НИИ космических систем). Был проведен
эксперимент с таким двигателем на спутнике. Перспективы этого
направления пока не ясны.
• Плазменные генераторы электроэнергии. Эксперименты с различными
конструкциями ведутся давно в основном на лабораторном уровне.
• Напряженные замкнутые контуры. По утверждению энтузиастов этого
подхода существуют такие кинематические схемы, реализация которых
позволяет извлечь дополнительную энергию. Демонстрировались
возможности таких схем в конструкциях мельниц для измельчения отходов
полимерных материалов. Затраты энергии на измельчение в этих мельницах
меньше, чем в мельницах традиционных конструкций.
• Энергоустановки на основе динамической сверхпроводимости. Разработчики
этих потенциальных генераторов электроэнергии утверждают, что при
определённой скорости вращения дисков возникает эффект динамической
сверхпроводимости тока, что позволяет генерировать мощные магнитные
поля. А уже эти поля можно использовать для генерации электроэнергии.
В ходе экспериментов накоплен большой массив информации по необычным
физическим эффектам. Есть возможность не только генерировать энергию,
но и создать двигатель для транспортных средств. Это направление
выглядит одним из самых перспективных в новой энергетике.
• Атмосферная электроэнергетика, объединяет различные способы и проекты
получения накапливаемой в атмосфере электрической энергии. Наиболее
очевидный путь состоит в захвате колоссальной энергии молний. Данное
направление новой энергетики обладает немалым потенциалом.
Приведенный перечень исследований, направлений и готовых установок не
является исчерпывающим. Однако он позволяет сделать вывод, что общество
может приступить к осуществлению крупных проектов в инновационной
энергетике, чтобы создать и развить принципиально новые технологии
генерирования энергии. Благодаря этому будет создано важное условие выхода
из тупика, как энергетической отрасли, так и всей экономики.
6. Радикальные инновации
Современные исследования позволяют выделить несколько изобретений и
сфер, способных сыграть важную роль в энергетической революции. Возможно,
благодаря таким новшествам привычный мир навсегда уйдет в прошлое.
7.1. Нанопроводниковый аккумулятор
В 2007 году Стэндфордский университет представил новое изобретение. Им
оказался нанопроводниковый аккумулятор, вид литий-ионного аккумулятора.
Суть изобретения в замене традиционного графитового анода аккумулятора на
анод из нержавеющей стали покрытый кремниевым нанопроводником. Благодаря
способности кремния удерживать в 10 раз больше лития, чем графит стало
возможно создавать значительно большую плотность энергии на аноде. Масса
аккумулятора при этом снизилась. Предполагается, что со временем увеличение
площади поверхности анода сделает процесс зарядки и разрядки более быстрым.
До конца 2012 года ожидается начало коммерческого использования нового
аккумулятора.
Появление в продаже более объемных и быстрых батарей способно не
только облегчить жизнь владельцев переносных компьютеров и мобильных
телефонов. Оно может означать начало реального вытеснения двигателя
внутреннего сгорания в автодорожном транспорте электромобилями с большим
запасом энергии и мощностью. Снижение стоимости производства аккумуляторов
нового поколения, а также увеличение срока их жизни (как минимум до
нескольких тысяч циклов) расширит поле применения автономных электронных
устройств.
7.2. Беспроводная передача электричества
Необходимо различать беспроводную передачу электрических сигналов и
электрической энергии. В первом деле человечество добилось уже больших
успехов, во втором оно, как может показаться, делает первые шаги. В 2010
году Haier Group удивила мир первым в мире LCD телевизором. В основе
разработки лежали исследования по беспроводной передаче энергии и на
беспроводном домашнем цифровом интерфейсе (WHDI). Однако еще в 1893 году
Никола Тесла продемонстрировал беспроводное освещение люминесцентными
лампами как проект для Колумбовской всемирной выставки в Чикаго. В 1897
году ученый зарегистрировал первый план беспроводной передачи
электричества. Но способ, разработанный Тесла, не нашел широкого
практического применения, что было, прежде всего, связано с достаточностью
для экономического развития уже имеющихся базовых изобретений в
электроэнергетике. Консервативную роль сыграли энергетические компании, не
проявившие заинтересованности в беспроводной передаче электричества не
только в рамках помещения, но и на расстоянии в тысячи километров. Столь же
холодно они воспринимали попытки Тесла предложить новые — революционные
способы генерации, взамен ранее выдвинутым им же методам. В 1917 году была
разрушена принадлежавшая ему Башня Ворденклифа, построенная для проведения
опытов по беспроводной передаче больших мощностей.
Начавшие распространяться в наши дни беспроводные зарядные устройства
для всевозможных гаджетов демонстрируют возрождение интереса к беспроводной
передаче электроэнергии. Перспективы этого направления колоссальны. Не
случайно в 2008 году корпорация Intel попыталась воспроизвести опыты Тесла
1894 года, а также группы Джона Брауна 1988 года по беспроводной передаче
энергии для свечения ламп накаливания с 75% КПД. Задачи и успехи
современной беспроводной передачи выглядят скромно по сравнению с размахом
работ Тесла столетней давности. Однако именно в наши дни кризис новой когда-
то электроэнергетики делает работы в направление беспроводной передачи
электричества чрезвычайно актуальными и ценными.
7.3. Атмосферная электроэнергетика
В 2010 году бразильский ученый Фернандо Галембекк сделал сенсационное
заявление о возможностях получения атмосферного электричества. Согласно
разработкам его группы из университета Кампинаш в Сан-Паулу мельчайшие
заряды могут собираться из влажного воздуха. Как показали испытания, для
сбора зарядов могут применяться определенные металлы, что в перспективе
открывает крупные возможности для производства электроэнергии в регионах с
влажным климатом. Считается, что совершенствование этой технологии даст
человечеству еще один источник возобновляемой энергии.
Разработки бразильских ученых — не единственные попытки получить
доступ к электричеству, заключенному в воздушном слое планеты. Существуют
проекты летающих станций, занимающихся ловлей молний, а также наземных
установок того же назначения. В России опытами в данной области занимаются
сразу несколько групп, не имея никакой государственной поддержки.
Бразильские исследователи стремятся разработать устройство для получения —
вытягивания — электроэнергии из движущегося влажного воздуха. С этой
целью проводятся эксперименты с материалами, что должно помочь выделить
наиболее эффективные (более эффективные, чем кварц и фосфат алюминия) для
содействия формированию электрического заряда в атмосфере. Однако описанные
разработки в области атмосферной электроэнергетики не включают вызова
молний — провоцирования грозовых разрядов с целью получения энергии,
экспериментально опробованного Николой Тесла еще в конце XIX столетия.
Работа в данном направлении может оказаться наиболее перспективной из всей
группы исследований атмосферной электроэнергетики.
Критики опытов профессора Галембекка по получению влажного
электричества подчеркивают, что данный способ может дать немного энергии.
Но вся группа (как известных, так и не публичных) работ в области
атмосферной электроэнергетики может оказаться куда более значительной по
результатам. Постановка на службу человечеству энергии молний и
атмосферного электричества вообще способна надолго и без гигантских затрат
решить энергетический вопрос, как минимум дав один из основных источников
электроэнергии недалекого будущего. Тесла говорил, что энергия окружает нас
повсюду, и вопрос состоит лишь в том, как ее взять. Умение вызывать
грозовые разряды и аккумулировать полученное электричество откроет новые
возможности экономического развития мира, вновь сделав энергию дешёвой.
Накапливаемая в атмосфере планеты энергия обладает колоссальным
потенциалом. В конце XIX — начале XX века Тесла попытался экспериментально
получить доступ к неиссякаемому источнику энергии неба. Работы в этой
области шли совместно с исследованиями по беспроводной передаче
электричества. Финансовые затруднения вынудили ученого свернуть работу,
хотя он много лет безуспешно пытался найти поддержку своих исследований.
Известным результатом его экспериментальной работы оказался вызов в
Колорадо молнии, что привело к аварии на местной электростанции в
результате возникновения короткого замыкания. В современных условиях при
наличии государственной поддержки исследований по приручению атмосферного
электричества такая технология способна оказаться чрезвычайно продуктивной,
что в конечном итоге должно помочь технологическому преодолению
энергетического кризиса. Атмосферная электроэнергетика может в ближайшие
десятилетия стать ведущим направлением в группе технологий, призванных
обновить энергетику. Соответствующие работы сейчас активно ведутся в
Массачусетском технологическом институте (Massachusetts Institute of
Technology — MIT), есть также и российские разработки. Бесспорным является
революционный характер исследований в области получения атмосферного
электричества. При этом источник энергии зачастую оценивается как почти
безграничный, а затраты по ее получению должны оказаться минимальными.
7.5 КОРТЭЖ — технология
Группой московских инженеров прорабатывается возможность производства
электроэнергии на основе так называемой динамической сверхпроводимости.
Эффект сверхпроводимости возникает при вращении металлического диска на
высоких скоростях. Предполагается, что при вращении электроны диска
концентрируются по периметру диска, что позволяет пропускать в этом месте
очень большой ток. Сконцентрированные электроны образуют короткозамкнутый
тороидальный электронный жгут (КОРТЭЖ). Благодаря этому жгуту ток
отделяется от металла диска и не нагревает его, что и обеспечивает
возможность пропускать электроток большой величины. Большой ток, в свою
очередь, позволяет получать сверхсильное магнитное поле, которое может
использоваться для генерации электроэнергии. По данной технологии проведено
большое количество опытов на экспериментальной установке, отработаны
основные способы использования эффекта электронного жгута в качестве
средства генерации энергии. Осталось проверить работоспособность технологии
на полупромышленном образце. Остановка на данной фазе связана с финансовыми
проблемами этого проекта.
7.5. E-Cat и холодный синтез
Изобретение Андреа Росси автономного реактора E-Cat открывает эпоху
революции в энергетике. Демонстрация готовой работающей установки дает
основания надеяться на запуск серийного производства аппаратов. В конце
октября 2011 года группа итальянских ученых во главе с Андреа Росси
представила и протестировала в Болонье революционный автономный реактор,
источник бесплатного тепла — катализатор энергии (E-Cat). Принцип
действия его строится на использовании в качестве топлива никеля и
водорода, в процессе взаимодействия которых выделяется тепловая энергия и
образуется медь. В основе функционирования устройства лежит
низкоэнергетическая ядерная реакциям (LENR). При работе установки Росси
мощностью в 1000 кВт в течении шести месяцев будет расходоваться только 10
кг никеля и 18 кг водорода. Создатели подчеркивают: реактор обеспечивает
выработку абсолютно чистой энергии, количество которой не ограничено. Ее
производство возможно в промышленных масштабах, а сами установки
планируется предоставлять в аренду. Выпуск генераторов Росси, вероятно,
начнется в США. Предполагается, что цена домашнего E-Cat составит 400-500
долларов, что не должно помешать изобретению окупится в ходе всего одного
года. Перезарядка генераторов и их техническое обслуживание не будет
дорогим. В отличие от автономных генераторов для промышленности,
экономичные домашние агрегаты нельзя будет перестроить для применения в
индустрии. Интерес в мире к работе итальянского ученого все более
возрастает.
Длительное время мировая экономика обходилась без инноваций в
энергетике. Прогресс в информационной сфере 1970-2000-х годов соединялся с
застоем в области энергетики. Так называемые альтернативные источники не
создавали реальной замены сжиганию углеводородного топлива. Биотопливо,
ветровые и солнечные генераторы не ставили под удар старую энергетику.
Разработки революционных технологий в энергетике, для получения
атмосферного электричества или экономичной автономной генерации,
блокировались правительствами и корпорациями. Появление реактора Росси
пробивает брешь в обороне консерваторов. В ближайшие годы появятся и другие
изобретения, радикально снижающие себестоимость энергии.
Новые генераторы позволят предприятиям и людям автономно получать
дешёвое электричество. Составной частью глобального экономического кризиса
является энергетический кризис, выражающийся в удорожании ключевых
энергоресурсов, нефти и газа. Резкое удешевление электроэнергии — одно из
необходимых условий преодоления кризиса и запуска нового подъема в
экономике. И чем скорее оно будет выполнено, тем скорее пойдет дальнейший
научный, культурный, социальный, политический и экономический прогресс
человечества.
3.3 Инновации в энергетике
Инновации в энергетике стимулируют развитие других промышленных
областей. Внедрение новых технологий повышает качество жизни человека и
помогает снизить затраты, связанные с производством.
Мировые инновации Развитие энергетики ведётся преимущество в направлении
создания технологий, позволяющих снизить негативное воздействие на
окружающую среду.
В этой области наиболее перспективными считаются следующие разработки:
Осмотические электростанции; Светодиоды; Реакция холодного синтеза;
Тепловые насосы. Новые энергетические технологии не ограничиваются
указанными разработками. Японские учёные проводят эксперименты по
беспроводной передаче электричества. Также продолжаются поиск и развитие
альтернативных (возобновляемых) источников энергии. Осмотические станции
Эта инновация позволяет использовать практически неисчерпаемые запасы
мирового океана для развития энергетики. Инициатор На момент написания
статьи работала единственная осмотическая станция, созданная компанией
Statkraft. Установка размещена на территории норвежского города Тофте.
Суть метода
Суть работы этой инновации заключается в том, что энергия извлекается
за счёт смешения солёной и пресной воды. Процесс проходит в одном
резервуаре, разделённом полупроницаемой мембраной. Из-за того, что в
резервуаре с пресной водой низкая концентрация соли, происходит обмен
жидкостей, благодаря которому достигается равновесие. В результате этого
процесса во втором отсеке увеличивается давление, которое запускает
гидротурбину, вырабатывающую электроэнергию. НИЗКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕМБРАН —
ЭТО ОСНОВНОЙ НЕДОСТАТОК ОСМОТИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ. ПОЭТОМУ БОЛЬШИНСТВО
РАЗРАБОТОК КАСАЕТСЯ УМЕНЬШЕНИЯ РАЗМЕРОВ ПОСЛЕДНИХ. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОЗДАНИЮ
МЕМБРАН НОВОГО ТИПА ВЕДУТ GENERAL ELECTRIC, HYDRANAUTICS И ДРУГИЕ КРУПНЫЕ
КОМПАНИИ. Разработка осмотических станций позволяет внедрять экологически
чистые источники электроэнергии на любых территориях, где имеется доступ к
воде (а не только на реках). По предварительным расчётам, потенциал этой
инновации составляет 1600-1700 ТВт*ч, что соответствует 10% от мирового
потребления электричества. Расходы Размер инвестиций, потребовавшихся для
претворения в жизнь проекта осмотической станции, составил 20 миллионов
долларов. При этом на разработку и внедрение инновации ушло около 10 лет.
Светодиоды
Светодиоды обладают множеством преимуществ и выгодно выделяются на
фоне других источников освещения: Энергоэффективность. Светопередача у
светодиодов составляет 120-150 люменватт, что является максимальным
показателем. Экологичность. Подобные источники освещения не выделяют
вредных веществ. Продолжительный срок службы. Показатель составляет 50
тысяч часов. РАБОТУ СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ МОЖНО КОНТРОЛИРОВАТЬ С ПОМОЩЬЮ
МОБИЛЬНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ, ИЗМЕНЯТЬ ЦВЕТ ИСПУСКАЕМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ВНОСИТЬ ДРУГИЕ
НАСТРОЙКИ. Инициатор Основной объём продаж (примерно 60%) светодиодного
освещения на мировом рынке обеспечивают компании из Японии и Южной Кореи.
Из европейских производителей инновации постоянно демонстрирует Phillips.
Суть
Из современных инноваций можно выделить следующие: GaN-светодиоды на
подложках из кремния. Технология обеспечивает хорошую светоотдачу,
благодаря чему снижаются расходы в энергетике. LED-освещение на GaN-
подложках. Обеспечивает более качественную цветопередачу и улучшает
интенсивность светового потока (если сравнивать с предыдущей технологией).
LED SlimStyle. Особенность источников освещения, построенных на базе этой
технологии, заключается в наличии множества мелких светодиодов. Стоимость
подобных ламп составляет около 10 долларов. Современные источники освещения
работают от постоянного тока. Благодаря этому исключается мерцание света.
Однако сейчас ведутся исследования по использованию переменного тока. За
счёт этого можно снизить потребляемую мощность. LED-освещение, которое
работает с переменным током, разрабатывают компании Lynk Labs и Seoul
Semiconductor Объем инвестиций Размер инвестиций, которые получила эта
сфера энергетики, подсчитать сложно. По мнению аналитиков, в 2018 году
объём рынка LED-освещения достигнет 25,9 миллиарда долларов. Реакция
холодного синтеза Группа итальянских учёных в начале 2010-х годов заявила о
создании источника бесплатного тепла, добываемого благодаря реактору E-Cat.
Инициатор Адреа Росси вместе с коллегами разработал новый тип автономного
реактора. Его планируется использовать для отопления частных домовладений.
Суть метода
Реактор E-Cat вырабатывает тепло за счёт взаимодействия никеля и
водорода. После реакции указанных элементов также образуется медь. Принцип
действия E-Cat основан на технологии LENR, или низкоэнергетической ядерной
реакции. СОГЛАСНО РАСЧЁТАМ РАЗРАБОТЧИКОМ, АВТОНОМНЫЙ РЕАКТОР МОЩНОСТЬЮ 1000
КВТ В ТЕЧЕНИЕ ПОЛУГОДА ПОТРЕБЛЯЕТ 10 КГ НИКЕЛЯ 18 КГ ВОДОРОДА. Расходы
Общий бюджет инновации не раскрывается. Производство E-Cat наладят на
территории США. Установки будут задействованы американской энергетикой.
Когда разработка появится на рынке, потребители смогут арендовать реактор
для собственных нужд. Стоимость 1 E-Cat составит 400-500 долларов.
Другие инновации
Среди перспективных инноваций в области энергетики выделяются
следующие: Беспроводная передача электроэнергии. Активными разработками в
этой области занимаются японские учёные. Ветровая и солнечная энергетика.
Инновации касаются изобретений, позволяющих снизить расходы на производство
электростанций. Тепловые станции, использующие сжиженные углеводородные
газы. Эта инновация успешно прошла множество испытаний и доказала
собственную эффективность. Атмосферная электроэнергетика. Бразильские
учёные выяснили, что влажный воздух содержит частицы, обладающие небольшим
зарядом. Заряд с помощью металлов можно собирать и вырабатывать
электроэнергию. Эта инновация имеет перспективу развития в энергетике стран
с влажным климатом. Магнитомеханический усилитель мощности. Разработчики
технологии заявляют, что нашли способ, посредством которого можно
использовать магнитное поле Земли для ускорения работы электромотора.
Современная энергетика развивается по разным направлениям. Многие компании
продолжают разрабатывать новые технологии, повышающие эффективность
светодиодных ламп. А энтузиасты и исследовательские лаборатории предлагают
нередко оригинальные решения, которые впоследствии пополняют энергетику
различных стран.
Особенности развития энергетики в Казахстане
По мнению ученых, в будущем возобновляемые источники энергии смогут
заменить ископаемое топливо в следующих сферах: производство электрической
энергии, отопление помещений, приготовление пищи, производство моторного
топлива и автономное снабжение сельской местности энергией.
Масштабы и темпы освоения отдельных видов альтернативных источников
зависят от наличия соответствующих ресурсов и от степени разработанности
технологий получения энергии, то есть от себестоимости вырабатываемой
энергии. На-пример, электричество, получаемое из альтернативных источников,
пока что дороже электроэнергии, произведенной на крупных ГЭС или ТЭЦ.
Однако существуют и более эффективные технологии использования
возобновляемой энергии, которые уже сейчас могут конкурировать с
традиционными. Здесь надо отметить, что технологии, задействованные в
альтернативной энергетике, быстро совершенствуются, а это значит, что
себестоимость электрической энергии, произведенной с их помощью, с каждым
годом будет постепенно снижаться.
Одним из приоритетов, обозначенных Главой государства в Послании
Новые возможности развития в условиях четвертой промышленной революции,
является дальнейшее развитие ресурсного потенциала через ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
