4. Использование энергии воды.

Общая характеристика гидроресурсов

ГЭ наиболее развитая отрасль энергетики, использующая возобновляемые источники. Она занимается преобразованием энергии подающей воды в механическую или электрическую энергию.

Оборудование ГЭС служит долго (50 лет), имеет высокий КПД до 90%, низкую стоимость электроэнергии. Мощность, вырабатываемая на ГЭС легко реализуется согласно графика нагрузки. Вместе с тем, ГЭС наносит ущерб окружающей среде: затопление пахотных земель, заиливание водохранилищ, подъем грунтовых вод. Местоположение ГЭС должно обеспечить высокий расход воды и большую высоту ее падения. Мощность ГЭС

Устройство ГЭС:

1. водохранилище

2. подводящий водовод

3. регуляторы расхода воды

4. гидротурбина

5. привод к генератору

6. электрический генератор

7. отводящий водовод

Водохранилище создается с помощью плотины с целью стабилизации расхода воды, может использоваться для судоходства, ирригации и водоснабжения. После плотины наиболее дорогим является водовод, его стоимость зависит от диаметра и толщины стенок.

Для поддержания частоты электрического тока необходимо регулировать расход воды при изменении нагрузки. В активных турбинах рабочее колесо находится в воздухе, расход воды регулируют с помощью запорной иглы в вентиле. В реактивных турбинах, рабочее колесо которых полностью погружено в воду, расход воды регулируют с помощью поворота рабочих лопаток.

Реактивные и осевые гидротурбины

Для создания мощной гидротурбины особенно при низком напоре воды требуется максимальное увеличение расхода воды, это достигается с помощью спиральной подводящей воду камеры и рабочего колеса с лопастями, расположенными в радиально-осевой плоскости.

Поток воды с помощью направляющих лопаток в спиральной камере подводится тангенциально к рабочему колесу. На лопатках рабочего колеса поток движется ускоренно в осевом направлении. При этом на лопатки колеса воздействует реактивная сила. Все лопатки одновременно и непрерывно обтекаются потоком воды, поступающим из направляющего аппарата. Турбина Френсиса весьма чувствительна к изменению напора воды, при его снижении КПД падает из-за изменения угла обтекания. При увеличении расхода из-за увеличения перепада давления на лопатках возможна кавитация, образование пузырей с последующим вкраплением и с разрушением поверхности.

Гидравлический таран – устройство, служащее для подачи воды на высоту (10-15 м)

1- источник воды; 2- питающая таран труба; 3- сливной ударный клапан; 4- напорный клапан; 5- напорный колпак; 6- нагнетательный напорный водовод; 7- аккумулирующий бак.

5. Использование энергии биомассы.

Особенности биомассы как топлива

Биомасса – вещества растительного происхождения. Она представляет собой углеводы, которые получаются в результате химической реакции фотосинтеза с фиксацией атмосферной углекислоты и восстановлением воды до кислорода.

Планетарный круговорот биомассы

Условие успешного развития систем по применению биомассы:

- комплексное использование продуктов переработки

- выбор оптимальной технологии из нескольких возможных

- сложность оценки экономического эффекта от переработки биомассы

- биомасса – ценное химическое сырье.

Основные виды энергетического использования биомассы

1. термический способ:

а) прямое сжигание для получения тепла

б) пиролиз - частичное сжигание при ограниченном доступе воздуха

в) газификация- получение горючих газов

г) термообработка для превращения целлюлозы и крахмала в сахара для последующей ферментации (сбраживания)

2. термохимическая обработка:

а) гидрогенизация для получения горючих газов

- получение этана и метана

- получение светильного газа

б) гидролиз- нагрев биомассы с кислотой для превращения целлюлозы в сахара

3. биохимическое использование:

а) сбраживание сахаров микроорганизмами (дрожжами), вырабатывающими этанол

б) анаэробное сбраживание – разложение биомассы бактериями на полностью окисленный СО₂ и восстановленный метан

в) биофотализ – разложение воды на кислород и водород под воздействием света при помощи микроорганизмов

4. механическая экстракция сока, масел

5. комбинированная переработка продуктов

1. Древесное топливо: при сжигании древесного топлива теплота может быть использована либо с дымовыми газами, либо с горячей водой, либо с паром. Отсутствие серы в продуктах сгорания позволяет снизить температуру уходящих газов и иметь КПД до 85%.

Изготовление брикетов путем прессования хорошо просушенных древесных отходов позволяет повысить теплоту сгорания в 2 раза, транспортировать такое топливо на любые расстояния, упростить сжигание.

Пиролиз – (сухая перегонка) разложение биомассы под воздействием высоких температур, продуктами пиролиза являются горючие газы, жидкий конденсат, смолы, масла, древесный уголь.

Газификация топлива – пиролиз древесины с целью:

- получение максимального количества газообразного вещества с массовой долей до 80%

- для получения конденсированных паров вязких фенольных смол, метанола и ацетона

- получение древесного угля, который химически чист

2. Гидрогенизация и гидролиз биомассы

Из биомассы можно получить ценные вторичные продукты если перед термической обработкой ее подвергнуть химической обработке.

а) Гидрогенизация в атмосфере водорода для получения метана и этана

б) Гидрогенизация в атмосфере СО и водяного пара для получения синтетической нефти

в) Гидролиз – обменное разложение материалов с помощью воды

3. Получение биогаза

В естественных условиях разрушение биомассы на элементарные соединения происходит в почвенном гумусе биоорганизмами, грибками и бактериями. Для процесса разложения требуется тепло, сырость и отсутствие света.

Биохимические процессы получения биогаза идут в 3 стадии:

1. расщепление нерастворимых частей биомассы

2. образование уксусной и протионовой кислоты кислотопродуцирующими бактериями

3. полное сбраживание промежуточных продуктов бактериями, образующими метан

Использование биогаза