В.С. Лаврус.
Источники энергии
Серия "Информационное Издание", Выпуск 3
Никакая деятельность невозможна без использования энергии.
Неисправности в сетях и перебои подачи электроэнергии
парализуют все виды деятельности. В сложившихся условиях
потребителю самому следует принимать дополнительные меры по
энергообеспечению и защите своего оборудования. В книге
отражено сегодняшнее техническое состояние энергетики как
отрасли, представлен обзор устройств для получения и
преобразования электрической энергии.
Правильный выбор необходимого Вам устройства помогут
осуществить приведенные в книге сравнительный анализ и оценки
эффективности доступных для практического использования
устройств (информация предоставлена представительствами
фирм-производителей).
Оглавление
Введение
Глава 1. Энергетика вчера и сегодня
Глава 2. Химические источники тока
2.1. Стационарные аккумуляторы
2.1.1. Сепараторы
2.1.2. Электролит
2.2. Стационарные аккумуляторы VARTA
2.2.1. Типы пластин аккумуляторов
2.2.2. Материал положительного электрода
2.2.3. Герметизация
2.2.4. Проектирование батарейных установок
2.3. Стационарные аккумуляторы FIAMM
2.3.1. Общие характеристики
2.3.2. Конструкция
2.3.3. Режимы работы
2.4. Аккумуляторы Hawker Batteries Group
2.4.1. Аккумуляторы серии Powersafe
2.4.2. Аккумуляторы "Pure Lead Technology"
2.5. Топливные элементы
Глава 3. Системы бесперебойного электропитания
3.1. Классификация источников бесперебойного питания
3.1.1. Резервные ИБП (Off-Line)
3.1.2. ИБП с двойным преобразованием (On-Line)
3.2. ИБП Chloride Power Electronics
3.3. ИБП American Power Conversion
3.3.1. Второе и третье поколение ИБП APC
3.3.2. Выбор ИБП
3.3.3. Соединение приборов
3.3.4. Обслуживание и ремонт ИБП
3.4. ИБП Best Power
3.4.1. Нетрадиционные применения ИБП
3.4.2. Использование ИБП для оргтехники
3.5. Преобразовательная техника фирмы Benning
3.5.1. Выпрямители
3.5.2. Тиристорные выпрямители
3.5.3. Инверторы
3.5.4. Стабилизаторы и преобразователи постоянного
напряжения
3.5.5. Управление устройствами электропитания
3.6. Преобразовательная техника фирмы Voigt & Haeffner
Глава 4. Автономные источники энергии
4.1. Дизель-генераторные установки фирмы ABZ Aggregate-Bau
GmbH
4.1.1. Выбор способа управления агрегатом
4.1.2. Сферы применения дизель-агрегатов
4.2. Дизель-генераторы концерна SDMO
4.3. Солнечная энергия
4.3.1. Гелиоустановки на широте 60o
4.3.2. Гелиомобиль сегодня
4.3.3. Преобразователи солнечной энергии
4.3.4. Концентраторы солнечного света
4.3.5. Жилой дом с солнечным отоплением
4.4. Энергия ветра
4.4.1. Ветер
4.4.2. Упряжь для ветра
ВВЕДЕНИЕ
Никакая деятельность невозможна без использования энергии.
Производительность -- и, в конечном счете, прибыль -- в
значительной степени зависит от стабильности подачи энергии.
Наличие энергии -- одно из необходимых условий для решения
практически любой задачи.
Получением, а правильнее сказать, преобразованием энергии
лучшие умы человечества занимаются не одну сотню лет.
Производство энергии предполагает ее получение в виде удобном
для использования, а само получение -- только преобразование из
одного вида в другой.
В предлагаемой книге ставилась цель представить
сегодняшнее техническое состояние энергетики как отрасли и
ассортимент источников и устройств преобразования электрической
энергии, доступных для практического использования, от
производителей присутствующих на нашем рынке. В приводимых
примерах использован опыт разработок реальных проектов
отечественных и зарубежных фирм (см. стр. 106).
Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека
энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь.
Просчеты в этой области имеют серьезные последствия. Тепло и
свет в домах, транспортные потоки и работа промышленности --
все это требует затрат энергии.
Основой энергетики сегодняшнего дня являются топливные
запасы угля, нефти и газа, которые удовлетворяют примерно
девяносто процентов энергетических потребностей человечества
(гл. 1).
Одной из важных проблем в энергетике, кроме получения
энергии, является обеспечение возможностей ее хранения и
транспортирования. Химические источники тока, известные более
100 лет, позволяют вырабатывать, хранить и преобразовывать
энергию. Они являются непременными спутниками любых автономных
источников энергии (гл. 2).
Наиболее универсальная форма энергии -- электричество. Оно
вырабатывается на электростанциях и распределяется между
потребителями посредством электрических сетей коммунальными
службами. Прекращение подачи электроэнергии парализует все виды
деятельности. Для того чтобы этого не произошло -- используются
системы бесперебойного электропитания и автономные источники
энергии (гл. 3 и 4).
Потребности в энергии продолжают постоянно расти. Наша
цивилизация динамична. Любое развитие требует, прежде всего,
энергетических затрат и при существующих формах национальных
экономик многих государств можно ожидать возникновения
серьезных энергетических проблем. Более того, в некоторых
странах они уже существуют.
Даже если энергетического кризиса удастся избежать, мир,
рано или поздно, неизбежно столкнется с тем, что основные виды
традиционного топлива будут исчерпаны. Запасы нефти, газа, угля
не бесконечны. Чем больше мы используем эти виды
энергетического сырья, тем меньше их остается и тем дороже с
каждым днем они нам обходятся.
Несмотря на то, что количество разведанных запасов
некоторых энергетических ресурсов, например, нефти, возрастает,
перед человечеством уже сегодня встает задача освоения
неисчерпаемых источников энергии.
В течение следующего века начнется переход к другим
источникам энергии, после чего человечество прочно встанет на
путь создания неисчерпаемой системы снабжения энергией.
Поскольку, еще можно выбирать между различными источниками
энергии решающее значение для выбора имеет стоимость энергии. В
отличие от нефти сегодня в мире не существует каких-то единых
цен на уголь. Его стоимость колеблется в зависимости от
содержания тех или иных компонентов, возможности использования
для определенных целей, условий транспортировки и т.д.
Что касается ядерной энергии, то здесь ситуация
парадоксальна. Можно утверждать, что атомная энергетика
возникла слишком рано и одновременно слишком поздно.
Если мы говорим "рано", то это означает, что ее
использование еще не стало насущно необходимым, так как сегодня
и в ближайшие десятилетия еще есть возможность пользоваться
нефтью и газом. Во втором случае речь идет о том, что
использование возможностей атомной энергетики не внесло
существенного вклада в энергетику [1].
До настоящего времени работы по управляемому термоядерному
синтезу не вышли из экспериментальной стадии. Поэтому на этот
вид безграничных энергетических ресурсов пока рассчитывать не
приходится.
Земля каждый день получает от Солнца в тысячу раз больше
энергии, чем ее вырабатывается всеми электростанциями мира.
Задача здесь состоит в том, чтобы научиться практически
использовать хотя бы ее небольшое количество (гл. 4). Нельзя
утверждать, что широкомасштабное использование солнечной
энергии не будет иметь никаких последствий для окружающей
среды, но все же они будут несравненно меньшими, чем в
традиционной энергетике.
Глава 1
ЭНЕРГЕТИКА ВЧЕРА И СЕГОДНЯ
На протяжении почти 80 лет электроэнергетика развивалась и
функционировала как общенациональная монополия. Каждая
республика бывшего Союза являлась интегрированной частью единой
энергетической системы (ЕЭС). В 1991 году начался процесс
децентрализации и дезинтеграции ЕЭС и электроэнергетики.
Начался процесс реформирования отрасли, что привело к снижению
качества и росту цен на электроэнергию.
В эпоху угольной и мазутной энергетики необходимо было
получать электричество и тепло на крупных станциях, а затем
передавать их потребителям находящимся на расстоянии. Такие
системы были оправданы -- они возникли в те годы, когда
основным источником энергии для страны был каменный уголь.
Сжигать его трудно -- нужна сложная техника для размола. Кроме
того, следовало располагать станции подальше от жилья.
Затем появились электростанции и котельные на мазуте. Но
мазут -- это топливо доступное только для сжигания на крупных
установках, причем, с обилием выделяемых токсичных газов в
выбросах из дымовых труб.
Атомные электростанции наносят не меньший ущерб.
Утилизация отработанного топлива ядерных реакторов и тепла,
последствия радиоактивных выбросов и аварий -- неполный
перечень недостатков "мирного атома".
Зачастую мы не можем в абсолютных единицах выразить ущерб,
который всегда наносит любая тепло- или электростанция. Выбор
вариантов развития энергетики разумен только в том случае, если
сравниваются не только положительные, но и отрицательные
факторы.
В кипении политических страстей частный вопрос об
энергоснабжении страны отодвинулся на второй план. Многие
считают, что этот вопрос их не касается. Но если представить
реакцию населения замерзающего в темных квартирах -- энергетика
опередит даже продовольственный вопрос.
Лозунг "Долой атомные электростанции" используют деятели
всех мастей. "Зеленые" его применяют в прямом смысле.
Противостоящие им апологеты (апологет -- тот, кто выступает с
защитой какой-либо идеи) нынешних гигантских электростанций
тоже любят этот лозунг, как пример очевидной некомпетентности и
недальновидности "зеленых": "Посидят, дескать, в темноте --
запоют иначе" [2].
Главные объекты дискуссий -- тепловые, гидравлические и
атомные электростанции. Каждая из этих "фабрик электричества"
имеет серьезные недостатки из которых на первое место
выдвигается наносимый ими экологический ущерб.
Для понимания "что такое хорошо и что такое плохо" в
энергетике необходимы критерии учитывающие необходимость
продолжения хозяйственной деятельности человека и, наряду с
этим, минимизирующие ущерб наносимый окружающей среде.
Основной вклад в загрязнение атмосферы углекислым газом
вносят ТЭЦ, ГРЭС и автомобили. Атомные электростанции не
выбрасывают углекислый газ, а потому "парниковый эффект" стал
главным аргументом у сторонников атомной энергетики.
Достаточно большим энергетическим потенциалом обладают
разведанные запасы газа. С экологической точки зрения у
природного газа два недостатка: выбросы окислов азота и
углекислого газа усиливающего парниковый эффект. При умелом
сжигании газа, в парогазовых установках, окислов азота
образуется немного (см. стр. 9), а выбросы углекислого газа
примерно вдвое ниже, чем при использовании угля или нефти.
До того как мы научимся получать энергию в больших
количествах из принципиально новых источников будут
использоваться традиционные виды топлива. Поэтому
разрабатываются новые месторождения и исследуются процессы,
позволяющие эффективнее использовать энергию ископаемого
топлива и уменьшить связанное с этим загрязнение окружающей
