Проект «Развитие альтернативных источников энергии в районах и областях»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Сергачская средняя общеобразовательная школа №1»

Проект на тему

«Утилизация расходов энергопроизводства и энергопотребления»

Выполнили: ученицы 10 класса Ананьева У., Куваева В. (16 лет)

Проверила: учитель физики Кашлей Н. И.

Г. Сергач,

2019 год

Оглавление

Введение……………………………………………………………………………………………3

Основные задачи ТЭС и ГЭС……………………………………………………………………4

Недостатки ТЭС………………………………………………………………………………6

Недостатки ТЭЦ………………………………………………………………………………6

Энергопотребление………………………………………………………………………………..7

Нижегородская ГЭС………………………………………………………………………….8

Последствия от ТЭС и ГЭС………………………………………………………………..11

Утилизация отходов ТЭС и ГЭС………………………………………………………………..13

Заключение…………………………………………………………………………………………16

Список литературы………………………………………………………………………………..17

Введение

Использование энергии является основой развития человеческого общества и позволяет ему изменять окружающую среду. Общественные формы использования энергии являются решающими для воспроизводства его результатов. В индустриальном и постиндустриальном обществах разработка энергетических ресурсов необходима для сельского хозяйства, транспорта, переработки отходов, развития информационных технологий и телекоммуникаций и других отраслей экономики, развитие которых означает достижение высокого уровня общественного развития. С другой стороны, стихийный рост потребления энергии в результате индустриальной революция и постиндустриальной революций привел к множеству серьёзных проблем, некоторые из которых (например, глобальное потепление) представляют большую опасность для человечества.

Основные задачи ТЭС и ГЭС

Главная задача нашего проекта – узнать, как же утилизировать энергопроизводство и энергопотребление, насколько опасными могут быть отходы, как они влияют на окружающую среду в Нижегородской области. Показать, насколько может быть опасным производство, устранить проблемы и предложить методы решения этих задач.

Какие же энергопроизводства ведутся на территории Нижегородской области?

Нижегородская ТЭЦ 900.00 МВт

Дзержинская ТЭЦ 580.00 МВт

Автозаводская ТЭЦ 580.00 МВт

Новогорьковская ТЭЦ 548.30 МВт

Нижегородская ГЭС 520.00 МВт

Сормовская ТЭЦ 350.00 МВт

Нижегородская ГРЭС 112.00 МВт

Игумновская ТЭЦ 75.00 МВт

Саровская ТЭЦ-1 72.00 МВт

В качестве сырья для переработки на территории добываются такие ископаемые: в ТЭЦ горючее топливо: уголь, мазут, газ; ГЭС - подающая вода.

Теплоэлектроцентрали представляют собой теплосиловые установки, которые служат для производства, преобразования и распределения энергии. На сегодняшний день наибольшее распространение получили именно тепловые электростанции. На таких объектах сжигается органическое топливо, которое выделяет тепловую энергию.

Задача ТЭС - использовать эту энергию, чтобы получить электрическую.

Преимущества ТЭЦ: Сравнительно низкий ценовой показатель теплового ресурса, использующегося в ходе работы ТЭЦ, в сравнении с ценовыми категориями аналогичного ресурса, применяемого на атомных электростанциях. Строительство ТЭЦ, а также доведение объекта до состояния активной эксплуатации, задействует меньшее привлечение денежных средств. ТЭЦ может территориально быть расположена в любой географической точке.

Организация работы станции данного типа не потребует привязывания местонахождения станционной установки в непосредственной близости с определёнными природными ресурсами. Топливо может доставляться к станции из любого места мира с помощью автомобильного или железнодорожного видов транспорта. Сравнительно небольшой масштаб ТЭЦ позволяет производить их установку в условиях стран, где земля является в силу малой территории ценным 3 зону отчуждения и вывода из нужд сельского хозяйства. Стоимость топлива, вырабатываемого ТЭЦ, по сравнении с аналогичным дизельным, будет дешевле. Вырабатываемая энергии не зависит от сезонного колебания мощности, что свойственно ГЭС.

Обслуживание и эксплуатационный процесс ТЭЦ характеризуются простотой. Технологический процесс возведения ТЭЦ массово освоен, что даёт возможность для их быстрого строительства, существенно экономящего при этом временные ресурсы. При завершении срока службы ТЭС их достаточно легко подвергнуть утилизации. Инфраструктурное подразделение ТЭС более долговечно по сравнению с основным оборудованием, представленным котлами и турбинами. Системы водоснабжения и теплоснабжения способны ещё длительный период времени после окончания срока службы сохранять свои качественные и технологические характеристики, они могут функционировать дальше после замены турбин и котлов. В ходе работы происходит выделение воды и пара, что может быть задействовано для организации отопительного процесса или в иных технологических задачах. Являются производителями около 80-ти % всей электроэнергии страны.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили именно тепловые электростанции. На таких объектах сжигается органическое топливо, которое выделяет тепловую энергию. Задача ТЭЦ - использовать эту энергию, чтобы получить электрическую. Одновременная выработка электроэнергии и осуществление тепловой подачи при длительном сроке эксплуатации делают ТЭЦ экономичными системами.

Недостатки ТЭС

- Нарушение экологического равновесия и загрязнение атмосферы в процессе выброса в неё дыма и копоти, сернистых и азотистых соединений в большом количестве. - Деятельность ТЭС способна спровоцировать явление «парникового эффекта» и прохождение кислотных дождей.

- Создание и передача электроэнергии приводят к электромагнитному загрязнению окружающей среды.

В связи с добычей для эксплуатирования и функционирования ТЭС большого количества угля возникает нужда в шахтах, при создании которых происходит нарушение естественного природного рельефа. Нарушение теплового баланса водоёмов, который происходит в процессе сброса ТЭС охлаждающей воды, что приводит к повышению температурных показателей. Вместе с загрязняющими атмосферу газами ТЭС производит выброс некоторых веществ, принадлежащих к группе радиоактивных, содержание которых в большей или меньшей степени прослеживается в топливе. В ходе эксплуатации ТЭС используются те природные ресурсы, естественное возобновление которых невозможно, поэтому количество этих ресурсов постепенно уменьшается. Наличие сравнительно низкой экономичности. ТЭС сложно справляются с необходимостью принимать участие в покрытии переменной части суточного графика электрической нагрузки. Способность ТЭС работать на привозном топливе содержит в себе проблему, связанную с точной организацией процесса поставки топливных ресурсов. Работа ТЭС влечёт за собой более высокие расходы по их обслуживанию по сравнению с ГЭС.

Недостатки ТЭЦ

Энергопроизводство с помощью ТЭЦ, как уже было сказано, вырабатывает много вредных веществ, такие как:

- Пыль, содержащая токсичные компоненты, например тяжелые металлы и другие биологически активные токсичные вещества (мышьяк, бериллий, фтор, германий, марганец, свинец, ртуть, висмут, цианиды, радиоактивные вещества и т. д.)

- Пыль, не содержащая биологически активных токсичных компонентов:

- Пыль с доминирующим фиброгенным эффектом: пыль с фракциями асбеста менее и более 10 %, каменноугольная пыль, графит, тальк, слюда, керамические глины, полевой шпат, каолин, огнеупорная глина, пыль от очистки стальных отливок, пыль от агломерирования руды и другие фиброгенные пыли с содержанием диоксида кремния ниже 10 %, между 10 и 70 % и выше 70 %.

- Пыль без фиброгенного эффекта, но с ярко выраженным раздражаю­щим действием: хлопок, лен, пенька, джут, шерсть, волокна, волокна базальта, стекловолокна, карбонаты щелочных металлов, обожженный известняк.

- Пыль без фиброгенного эффекта: буроугольная пыль, другие пыли.

Энергопотребление

Как же и говорилось ранее, для производства ТЭЦ задействуются такие топлива, как: торф, каменный уголь, нефть, мазут, а также, важным компонентом является вода.

Нижегородская область богата отдельными видами нерудных полезных ископаемых и бедна рудными. Это объясняется глубоким залеганием кристаллических пород, с которыми связано образование большинства рудных ископаемых. Нет в области также каменного угля, не обнаружена пока и нефть. Одним из важнейших полезных ископаемых в Нижегородской области является торф, залежи которого выявлены на площади около 330 тысяч гектаров. Значит, истощаются и природные ресурсы, которые, грубо говоря, ограничены.

Основной принцип работы тепловой электростанции заключается в производстве тепловой энергии из органического топлива, которая в дальнейшем используется для выработки электрического тока. Понятия ТЭС и ТЭЦ существенно различаются между собой. Первые установки относятся к так называемым чистым электростанциям, вырабатывающим только электрический ток. Несмотря на разнообразие конструкций, работа всех ТЭС осуществляется по общей схеме. В котел постоянно подается топливо в виде угля, газа, торфа, мазута или горючих сланцев. На многих электростанциях используется заранее приготовленная угольная пыль. Вместе с топливом поступает воздух в подогретом виде, выполняющий функцию окислителя. В процессе горения топлива создается тепло, нагревающее воду в паровом котле. Происходит образование насыщенного пара, подаваемого в паровую турбину через паропровод. Далее тепловая энергия становится механической. 

В российской Энергосистеме доля тепловых электростанций составляет около 70%, а общее количество в натуральных цифрах – 358 единиц. Самые крупные ТЭС расположены возле крупных месторождений полезных ископаемых, используемых в качестве топлива. Установки, применяющие мазут, привязаны к крупным нефтеперерабатывающим предприятиям. Крупнейшей российской ТЭС является Сургутская, производительность которой составляет 5600 МВт. На карте географическое положение объекта определяется на примерно одинаковом расстоянии от Нефтеюганска и Ханты-Мансийска. 

Следует отметить еще одну крупную российскую ГРЭС – Рефтинскую. Она работает на каменном угле, а производительность составляет 3800 мегаватт. Объект расположен примерно в 100 км от Екатеринбурга. Строительство велось с 1963 по 1980 годы, в течение всего периода энергоблоки вводились в строй поэтапно.

Нижегородская ГЭС

Рассмотрим конкретный пример. Гидроэлектростанция на реке Волге у города Заволжье в Городецком районе Нижегородской области. Является одной из самых безопасных станций по выработке энергии. Стоит отметить её самый большой плюс, из ресурсов нужна только вода, малозатратное производство электроэнергии.

Увеличение зеркала водной поверхности, что приводит к выпадению излишних осадков в каких-то районах планеты, нарушение температурного баланса в районе водохранилищ, затопление посевных легко орошаемых земель, нарушение естественного течения и водного баланса в пойме реки.

Первоначально мощность ГЭС составляла 400 МВт (8 гидроагрегатов по 50 МВт). Однако гидроагрегаты имели существенный запас прочности, что позволило, после проведения работ по усилению конструкции гидротурбин и улучшения вентиляции гидрогенераторов, увеличить мощность каждого гидроагрегата на 15 МВт. 21 декабря 1959 года мощность станции достигла существующего в настоящее время значения — 520 МВт. 29 ноября 1961 года правительственная комиссия приняла Горьковскую ГЭС в постоянную эксплуатацию, 7 мая 1962 года Постановлением Совета Министров РСФСР ГЭС была принята в промышленную эксплуатацию и её строительство было официально завершено.

Строительство Нижегородской ГЭС (1950 год):

Нижегородская ГЭС в наши дни:

Последствия от ТЭС и ГЭС

Человечество производит два вида энергии: тепловую и электрическую. В их производстве вместе в энергетической задействованы еще несколько смежных отраслей хозяйственной деятельности. Потому экологические проблемы энергетики это проблемы не одного направления человеческой деятельности, а целого комплекса. Они возникают на всех стадиях производства от добычи полезных ископаемых до поставки энергии конечному потребителю.

В настоящее время энергию вырабатывают из двух источников: возобновляемого и не возобновляемого. К первому относят энергию Солнца, ветра и воды. Производство в этом случае малоэффективно, зависимо от внешних условий и сопряжено с существенными затратами. К не возобновляемым источникам относятся все виды полезных ископаемых, внутреннюю химическую энергию которых можно преобразовать. Это: древесина, торф, уголь, нефть, газ и их производные. Расщепление атома в середине прошлого века дало возможность получать энергию, возникающую в ходе ядерных реакций. Так возникла ядерная энергетика, которая стоит несколько особняком от других.

Экологические проблемы энергетики начинаются с добычи природных ископаемых. Разработка торфяников и вырубка лесов, угольные шахты и нефтяные и газовые месторождения – это, прежде всего, опустошение природы. Ресурсы, создаваемые природой на протяжении миллионов лет, вынимаются из мест их залежей и в будущем не могут быть восполнены. В ходе разработок и по их окончании, территории, как правило, остаются брошенными.

Транспортировка добытых полезных ископаемых до мест их применения производится по природным транспортным коридорам – рекам, морям и океанам или по специально созданным для этого трубопроводам, железнодорожным и транспортным магистралям

Гидростанции. Возможность вырабатывать энергию при помощи воды, создает необходимость создавать дополнительные гидротехнические сооружения. Каскады плотин и водохранилищ, возводимые на реках, приводят к нарушению их водообмена. Необходимость для работы гидроэлектростанций создания водохранилищ, не только приводит к затоплению значительных территорий, это еще существенно влияет на уровень воды реки и большинства ее притоков.

Сами по себе эти стоки не имеют существенных загрязнений, но несут в себе другую опасность для окружающей среды, они имеют повышенную температуру. В результате изменяется не только температурный режим водного объекта, но и климатические условия прилегающей территории. Происходят изменения и мутации у растений и животных.

Тепловые и электрические станции работают на разных видах топлива: твердом, жидком или газообразном. Несмотря на то, какой вид топлива используют станции, станции сжигают тысячи кубических метров кислорода и выбрасывают в атмосферу не меньшее число золы, продуктов горения и газов, которые содержат загрязняющие вещества. Эти вещества попадают в почву и воду не только непосредственно около станции, а по воздуху распространяются на значительные расстояния.

Утилизация отходов ТЭС и ГЭС

Нижегородская ТЭЦ 900.00 МВт

Дзержинская ТЭЦ 580.00 МВт

Автозаводская ТЭЦ 580.00 МВт

Новогорьковская ТЭЦ 548.30 МВт

Сормовская ТЭЦ 350.00 МВт

Игумновская ТЭЦ 75.00 МВт

Саровская ТЭЦ-1 72.00 МВт

За год Нижегородская область вырабатывает:

900+580+580+448+350+75+72=3005МВт с помощью ТЭС 

Возьмем за внимание:

Нижегородская ТЭС (в эксплуатации) - 520.00 МВт

Нижегородская ГРЭС (в эксплуатации) ­– 112.00 МВт

Так же вырабатывается энергия, значит: 

3005МВт+520МВт+112МВт=3637МВт  

3637МВт=3637000000 Ват 

Примерно таким количеством Нижний Новгород питает не только сам город, но и некоторые деревни, города.

При этом за год вырабатываются такие вредные вещества, как: 

SO4=400,9 тыс.  

CO=364,3 тыс.  

NO2=108,9 тыс.  

Зола=2227,3 тыс. 

Уменьшение выбросов сернистых соединений в атмосферу может идти по трем направлениям:

1. Очистка нефтяного топлива от серы на нефтеперерабатывающих заводах.

2. Перереботка отплива на ТЭС до его сжигания с целью получения малосернистого газа.

3. Очистка дымовых газов от окислов серы.

Сера содержится в нефти в основном в виде сложных соединений. Эти соединения химически малоактивны и обладают высокой термостабильно­стью, в связи, с чем их трудно разрушить воздействием кислот или щело­чей. Поэтому для выделения серы из топлива до сжигания его либо под­вергают воздействию высоких температур, либо этот процесс сочетается с воздействием химических веществ.

При переработке нефти на нефтеперерабатывающих заводах в легкие фракции переходит небольшое количество серы, а подавляющая часть сернистых соединений (70 – 90 %) концентрируется в высококипящих фракциях и остаточных продуктах, входящих в состав мазута.

Удаление серы из нефтяных топлив можно осуществить гидроочист­кой. При этом происходит взаимодействие водорода с сераорганическими соединениями и образуется сероводород H₂S, который затем улавли­вается и может использоваться для получения серы и ее соединений. Процесс протекает при температуре 300 – 450 °С и давлении до 10 МПа в при­сутствии катализаторов (окислов молибдена, кобальта и никеля).

Удаление серы из жидкого топлива. Снижение сернистости сжигаемо­го топлива можно осуществить, подвергая его воздействию высоких темпера­тур с использованием окислителей (газификация) или без них (пиролиз).

Пиролиз нефтепродуктов. Один из методов получения бессернистого мазута - предварительный пиролиз нефтяного сырья.

Метод непостоянно действующей технологии относится к пассивным ме­роприятиям. Разработкой его занимаются в нескольких странах. Предусматри­вается сжигание высокосернистого топлива на ТЭС при благоприятных метео­рологических условиях. Продукты сгорания рассеиваются через высокие дымо­вые трубы, что обеспечивает допустимое содержание окислов серы в при­земном слое атмосферы. При неблагоприятных метеоусловиях ТЭС оператив­но переключается на сжигание малосернистого топлива из резервного запаса или снижает нагрузку.

При выборе способов уменьшения загрязнения атмосферы выбросами действующих ТЭС и котельных должен быть рас­смотрен широкий круг мероприятий различного характера, в том числе:

1. изменение качества топлива - ограничение содержания серы, применение при особо неблагоприятных условиях малосернистого мазута или природного бессернистого газа;

2. изменение режима работы и состава основного оборудо­вания - перевод ТЭЦ в режим котельных, демонтаж устарев­ших котлов, работа городских ТЭЦ по тепловому графику, замена малоэффективных золоуловителей более совершенными установками, автоматизация процесса горения и т. д.;

3. реконструкция оборудования, например организация ре­циркуляции дымовых газов, двухступенчатого сжигания, впрыска воды в горелки для уменьшения образования оксидов азота;

4. обоснованное изменение параметров дымовых труб с целью улучшения рассеивания дымовых газов;

5. строительство установок по очистке дымовых газов от оксидов серы и азота;

6. внедрение автоматизированных систем контроля за вы­бросами и за состоянием атмосферного воздуха в районе максимального воздействия дымового факела ТЭС;

7. оснащение котлов системой подавления оксидов азота с использованием контактных теплообменников в «хвосте» кот­ла;

8. использование химически активных веществ (например, мочевины) для разложения оксидов азота на азот и кислород;

9. разработка и использование катализаторов для очистки дымовых газов от оксидов азота;

10. разработка новых способов сжигания топлива с утили­зацией углекислоты;

11. внедрение физико-химических технологий очистки дымовых газов, в том числе с помощью пучка электронов.

Заключение

Энергетическое производство характеризуется целым рядом специфических особенностей, которые отличают его от производства в других отраслях промышленности. Эти особенности обусловлены физическими законами, лежащими в основе технологического процесса каждой стадии преобразования энергии, а также специфическими свойствами энергии (электрической и тепловой) как продуктов производства и потребления.

Все большее распространение получает использование урана. Это топливо обладает колоссальной эффективностью по сравнению с прочими сырьевыми источниками энергии. Однако применение радиоактивных веществ сопряжено с риском масштабного загрязнения окружающей среды в случае аварии. Кроме того, возведение АЭС и утилизация отработанного топлива чрезвычайно капиталоёмкие. Развитие этого вида энергетики осложняется и тем, что пока немногие страны могут обеспечить подготовку научных и технических специалистов, способных разработать технологии и обеспечить квалифицированную эксплуатацию АЭС.

Россия обладает технологией ядерной электроэнергетики полного цикла от добычи урановых руд до выработки электроэнергии.

На сегодняшний день в нашей стране эксплуатируется 10 атомных электростанций (АЭС) — в общей сложности 33 энергоблока установленной мощностью 23,2 гигаватта, которые вырабатывают около 17% всего производимого электричества. В стадии строительства – еще 5 АЭС. 

Таким образом, мы можем сделать вывод о том, что современная цивилизация немыслима без широкого использования электроэнергии. А нарушение снабжения электроэнергией крупного города при аварии парализует его жизнь.

В настоящее время потребность в электроэнергии постоянно увеличивается, как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту. 

Список литературы

1. https://works.doklad.ru/view/QUuIGmb6fu8/4.html

2. https://electric-220.ru/news/teplovye_ehlektrostancii/2019-04-05-1672

3. https://studopedia.su/7_46485_preimushchestva-i-nedostatki-tes.html

18