Sviluppo di centrali termoelettriche. Stato attuale e prospettive di sviluppo delle centrali termoelettriche

Centrali termoelettriche. Prospettive di sviluppo

da "Carburante Kn3"

Le centrali termoelettriche (TPP) alimentate da combustibili fossili sono rimaste per molti decenni la principale fonte industriale di elettricità, fornendo dinamiche positive per la crescita dell’economia globale. Secondo l'IEA (“Key World Energy Statistics 2007”), tutte le centrali termoelettriche del mondo hanno fornito nel 2005 la produzione di 12.149 miliardi di kWh di energia elettrica, coprendo due terzi del consumo globale. Le principali fonti di energia primaria per le centrali termoelettriche sono i combustibili fossili: carbone, gas naturale e petrolio. Il principale è il carbone, che fornisce il 40,3% dell’attuale produzione elettrica mondiale. Il gas naturale rappresenta il 19,7% della produzione globale di elettricità, il petrolio il 6,6%.

Secondo le previsioni dell'IEA (World Energy Outlook 2006, IEA), la domanda globale di elettricità entro il 2030 sarà più che raddoppiata rispetto al livello attuale e raggiungerà i 30116 miliardi di kWh (Fig. 6.1). Se le attuali tendenze di moderato sviluppo dell'energia nucleare, come previsto nelle previsioni dell'AIE, continuano, la quota delle centrali termoelettriche sulla produzione totale di elettricità aumenterà e supererà leggermente il livello attuale. Se verranno attuate le previsioni dell'AIEA del 2006, che presuppongono una rinascita dell'energia nucleare con un aumento della sua quota nella produzione mondiale di elettricità nel 2030 al 25% contro l'11,7% secondo le previsioni dell'AIE, le centrali termoelettriche continueranno a coprire più della metà del fabbisogno energetico dell'umanità fabbisogno energetico.

Secondo le previsioni dell'IEA (World Energy Outlook 2006, IEA), il carbone resterà il principale tipo di combustibile per le centrali termoelettriche (fig. 6.2). Il ruolo dominante delle centrali termoelettriche a carbone rimarrà nell’attuazione dello scenario AIEA.

Le riserve comprovate di combustibile organico fossile sono sufficienti per il funzionamento sostenibile dell’energia termica per molti decenni. Secondo dati moderni, la copertura del fabbisogno della comunità mondiale di petrolio e gas naturale, sulla base di risorse recuperabili comprovate, è stimata in 50-70 anni, per il carbone - in più di 200 anni. Negli ultimi 20-30 anni, questi periodi sono stati costantemente adeguati al rialzo come risultato del rapido ritmo dell’esplorazione geologica e del miglioramento delle tecnologie per l’estrazione delle riserve accertate.

Il problema più importante nello sviluppo a lungo termine dell'energia termica nel mondo rimane, come prima, l'ulteriore miglioramento tecnologico delle centrali termoelettriche al fine di aumentare l'efficienza, l'affidabilità e il rispetto dell'ambiente della produzione di energia elettrica e termica.

L’aumento dell’efficienza delle centrali termoelettriche è un processo naturale dettato dalla necessità di compensare i costi in costante crescita del ciclo del combustibile. L'esplorazione, lo sviluppo e lo sfruttamento di nuovi giacimenti di petrolio, gas e carbone, così come lo sviluppo di quelli esistenti, sono sempre più costosi e il mantenimento di prezzi accettabili per l'energia elettrica richiede un adeguato e rapido aumento dell'efficienza. TPP. Inoltre, la necessità di migliorare l’efficienza è dettata anche da considerazioni ambientali.

I rischi ambientali diretti a livello locale e regionale sono creati dalle emissioni atmosferiche di sostanze nocive con prodotti di combustione di combustibili organici - zolfo gassoso e ossidi di azoto, particelle solide (ceneri), composti organici volatili (in particolare benzopirene), composti volatili di metalli pesanti (mercurio, vanadio, nichel). Anche le centrali termoelettriche rappresentano un certo rischio ambientale in quanto inquinano su larga scala i bacini idrici. Le moderne centrali termoelettriche rappresentano fino al 70% del consumo di acqua industriale da fonti naturali, che costituisce una parte significativa delle risorse idriche di molti paesi che hanno problemi con l’approvvigionamento di acqua dolce. È inoltre impossibile non notare la significativa influenza dell'energia termica sui cambiamenti diretti e indiretti dei paesaggi locali nei processi di seppellimento di ceneri e scorie, estrazione, trasporto e stoccaggio di combustibili.

Quasi tutti i fattori dell'impatto negativo delle centrali termoelettriche sull'ambiente devono essere ridotti a un livello sicuro per l'ambiente, sia aumentando l'efficienza sia come risultato dell'implementazione di tecnologie ambientali note e di recente sviluppo, in particolare tecnologie per intrappolare sostanze nocive in processi di preparazione tecnologica del carburante, combustione e rimozione di gas e prodotti di combustione solidi, tecnologie di trattamento dell'acqua prive di reagenti, ecc. Queste misure richiedono costi significativi. Tuttavia, come mostrano gli studi previsionali, la corretta organizzazione dell’attuazione coerente di misure ambientali sempre più efficaci, anche se più costose, man mano che crescono le capacità dell’economia globale, eviterà l’impatto eccessivo di questi costi sul prezzo dell’energia elettrica.

Insieme agli influssi locali, le centrali termoelettriche di tutto il mondo stanno aumentando sempre più il loro contributo ai processi ambientali globali, portando, in particolare, al cambiamento climatico sul pianeta. L'energia termica è una delle principali fonti di emissioni di vapore acqueo, anidride carbonica, polvere e altri componenti nell'atmosfera: assorbitori di radiazioni infrarosse a onde lunghe dalla superficie terrestre. Un aumento della concentrazione dei componenti assorbenti dell'atmosfera provoca il cosiddetto effetto serra: il riscaldamento della superficie terrestre da parte della radiazione solare a onde corte a causa del peggioramento delle condizioni per il suo raffreddamento radiativo dovuto all'effetto schermante dei componenti assorbenti dell'atmosfera .

Il funzionamento delle centrali termoelettriche è accompagnato dalle emissioni di numerosi gas a effetto serra, i principali dei quali sono il vapore acqueo e l'anidride carbonica prodotti durante la combustione di tutti i tipi di combustibili organici idrocarburici. Il rilascio di vapore acqueo dalle centrali termoelettriche a carbone non comporta un notevole aumento della sua concentrazione nell'atmosfera, poiché è trascurabile rispetto alla naturale evaporazione dell'acqua. Inoltre, una parte significativa delle emissioni delle centrali termoelettriche viene condensata e rimossa con sedimenti. Allo stesso tempo, i prodotti della combustione del carbone e le emissioni antropogeniche di anidride carbonica, a differenza del vapore, si accumulano nell'atmosfera, contribuendo allo sviluppo dell'effetto serra. L’emissione annuale di CO2 da parte di tutte le centrali termoelettriche del mondo si avvicina ai 10 miliardi di tonnellate di anidride carbonica, pari a circa il 30% di tutte le emissioni di gas serra di origine antropica nell’atmosfera del pianeta. Le emissioni di vapore acqueo diventano evidenti quando le centrali termoelettriche funzionano a gas naturale, ma allo stesso tempo diminuiscono le emissioni specifiche di CO 2 .

È generalmente accettato che il rafforzamento dell'effetto serra, causato dall'aumento della concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, porti ad un aumento sempre più evidente della temperatura del pianeta, che potrebbe avere conseguenze catastrofiche a livello globale nel prossimo futuro. Questa affermazione non è supportata da tutti, ma data l'importanza della minaccia è considerata ufficialmente accettata.

Il 16 febbraio 2005 è entrato in vigore il Protocollo di Kyoto alla Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici, con l’obiettivo di ridurre le emissioni di gas che contribuiscono al riscaldamento globale. Il protocollo, firmato nel 1997 da 159 paesi in un vertice internazionale tenutosi a Kyoto sotto gli auspici delle Nazioni Unite, ha stabilito che 39 paesi industrializzati del mondo si impegnano a ridurre le emissioni di anidride carbonica e di altre cinque sostanze, la cui presenza nell'atmosfera influenza il cambiamento climatico sul pianeta. I paesi firmatari del protocollo si sono impegnati a ridurre le emissioni di gas nocivi nell'atmosfera del 5,2% entro il 2012 rispetto ai livelli del 1990. Il documento è stato ratificato da 125 paesi in tutto il mondo, che rappresentano oltre il 55% delle emissioni totali di gas serra. L'attuazione dell'accordo è stata possibile dopo la ratifica del protocollo in Russia, paese responsabile del 17,4% delle emissioni di gas serra. Allo stesso tempo, i paesi più grandi del mondo – gli Stati Uniti, che producono il 36% delle emissioni globali di carbonio, così come India e Cina – non hanno aderito al protocollo, sebbene anche questi paesi stiano lavorando per ridurre le emissioni di gas serra. In particolare, gli Stati Uniti hanno stabilito un periodo fiscale preferenziale di cinque anni per le fonti energetiche rinnovabili e le tecnologie di risparmio energetico per un importo di 3,6 miliardi di dollari. Il volume previsto di finanziamenti annuali per le attività volte a prevenire il cambiamento climatico negli Stati Uniti ammontava a 5,8 miliardi di dollari, di cui 3 miliardi di dollari. per lo sviluppo di nuove tecnologie e altri 2 miliardi per la ricerca scientifica in questo settore.

Tuttavia, gli sforzi intrapresi nell’ambito del Protocollo di Kyoto non hanno ancora prodotto l’effetto desiderato. Secondo l’IEA, negli ultimi dieci anni le emissioni di gas serra non solo non sono diminuite, ma sono aumentate di oltre il 20%. Se le attuali tendenze di sviluppo globale continueranno, le emissioni di gas serra aumenteranno di altre 2,5 volte entro il 2050.

I risultati degli studi previsionali mostrano che la crescita della produzione di elettricità nei paesi in via di sviluppo avverrà principalmente a causa dell'utilizzo primario delle proprie riserve di carbone, il vettore energetico primario che produce le maggiori emissioni di CO 2 per unità di energia ricevuta.

Per i paesi che non dispongono di riserve sufficienti, è prevista la crescita dell’energia termica basata su tipi locali di combustibile organico, biomassa vegetale, rifiuti industriali e domestici.

Le condizioni esterne previste per il futuro sviluppo dell’industria mondiale dell’energia termica determinano le seguenti priorità a lungo termine per la sua crescita tecnologica:

• un significativo incremento dell’efficienza e della sicurezza ambientale dell’energia termica che utilizza combustibili solidi, garantendo in futuro emissioni prossime allo zero di sostanze nocive;
• un aumento significativo dell’efficienza della produzione di energia elettrica da gas naturale;
• sviluppo della produzione combinata di energia elettrica e di altre forme di energia;
• sviluppo di tecnologie economicamente vantaggiose per la produzione di energia elettrica da materia organica rinnovabile e scadente;
• sviluppo di tecnologie per la cattura e lo stoccaggio dei gas serra.

Nel 2003, la capacità installata totale delle centrali termoelettriche nel mondo era di 2591 GW, di cui centrali termoelettriche a carbone - 1119 GW, gas naturale

1007 GW, petrolio – 372 GW. Circa l’11% del parco di centrali termoelettriche mondiali è in servizio da più di 40 anni, circa il 60% da più di 20 anni. L’efficienza media delle centrali termoelettriche nel mondo è poco superiore al 35%.

Per garantire i livelli previsti di produzione di energia elettrica, la capacità installata totale delle centrali termoelettriche dovrà essere aumentata a 4.352 GW entro il 2030. Secondo lo scenario previsionale dell’AIE, ciò richiederà la messa in servizio di 1.761 GW di nuove centrali termoelettriche e la ricostruzione di oltre 2.000 GW di capacità esistente.

Secondo le previsioni moderne, tenendo conto della disponibilità di risorse combustibili, del miglioramento delle tecnologie, delle conseguenze economiche e ambientali dell'aumento delle emissioni di sostanze inquinanti, la capacità delle centrali termoelettriche che utilizzano carbone e gas naturale si svilupperà al ritmo più rapido nei prossimi decenni .

Pertanto, la massima attenzione è rivolta al miglioramento e all'implementazione di nuove tecnologie efficienti per le centrali termoelettriche che utilizzano combustibili solidi e gassosi. Insieme a questo, si sta sviluppando un lavoro di ricerca volto a sviluppare e implementare tecnologie promettenti per la massima cattura di sostanze nocive, compresi i gas serra, dai prodotti della combustione di combustibili, garantendo la sicurezza ambientale delle centrali termoelettriche.

Produzione di energia termica tramite gas naturale

Le tecnologie promettenti per le centrali termoelettriche funzionanti a gas naturale, orientate all'uso nella produzione di energia su larga scala, si stanno sviluppando più intensamente nelle seguenti aree principali: Turbine a gas ad alta temperatura (GTU).

• Impianti a gas a ciclo combinato o combinato (CCGT), che combinano cicli di turbine a gas e turbine a vapore.
• Celle a combustibile ad alta temperatura.
• Installazioni ibride basate su una combinazione di unità CCGT con celle a combustibile ad alta temperatura.

Gli obiettivi principali della ricerca e dello sviluppo nel campo delle tecnologie delle turbine a gas sono l'aumento della potenza e dell'efficienza. e prestazioni ambientali delle turbine a gas, la realizzazione di impianti turbogas “flessibili” funzionanti con prodotti di gassificazione di diverse tipologie di combustibili, turbine a gas per il funzionamento nell'ambito di grandi impianti combinati e ibridi. Le principali direzioni per migliorare gli impianti di turbine a gas includono l'aumento delle temperature iniziali del gas davanti alla turbina a gas attraverso l'uso di materiali strutturali ad alta temperatura più efficienti e la creazione di sistemi di protezione termica più efficaci per gli elementi della turbina a gas ad alta temperatura, migliorando contemporaneamente i processi di combustione ecologica del carburante. Ad oggi, sono stati sviluppati industrialmente impianti di generazione di energia con turbine a gas per temperature iniziali di 1260–1400°C con efficienza. 35–36,5%. Nella fase di dimostrazione e di campioni industriali pilota ci sono turbine a gas di nuova generazione basate su metallo-ceramica con temperatura operativa superiore a 1500°C ed efficienza. al livello del 40% e oltre.

Un'importante area di utilizzo delle turbine a gas ad alta efficienza è il loro utilizzo come parte di potenti unità di potenza a ciclo combinato di centrali termoelettriche e centrali combinate di calore ed elettricità. Il funzionamento delle unità turbina a gas a ciclo combinato (CCGT), che implementano un ciclo Brayton con turbina a gas ad alta temperatura con rimozione del calore in un ciclo Rankine con turbina a vapore a doppio circuito (ciclo a due pressioni), garantisce l'efficienza elettrica operativa. al livello del 48-52%. In particolare, secondo questo schema operano le prime unità di cogenerazione CCGT della Russia con una capacità di 450 MW, installate presso il CHPP nord-occidentale di San Pietroburgo. Hanno un'efficienza calcolata. netto 51%, efficienza operativa effettiva in modalità di controllo della potenza – 48–49%.

Le prospettive di ulteriore miglioramento degli impianti a ciclo combinato binario sono determinate aumentando l'efficienza del trasferimento di calore dai gas di scarico delle turbine a gas al ciclo della turbina a vapore e riducendo le perdite durante la condensazione del vapore. La direzione tradizionale per risolvere questi problemi è associata all'aumento del numero di circuiti (stadi di pressione) del ciclo della turbina a vapore. Efficienza raggiunta nell'unità a tre circuiti del TPP di Yokohama (Giappone). al 55%.

L’uso di turbine a gas più efficienti migliorerà l’efficienza. Unità CCGT con circuiti a due e tre circuiti fino al 60%, l'uso del raffreddamento ad acqua e altre soluzioni di circuito - fino al 61,5–62% e oltre.

Prospettive più lontane per aumentare l’efficienza I TPP alimentati a gas naturale sono associati alla realizzazione di impianti ibridi, che sono una combinazione di fonti di energia elettrochimica ad alta temperatura (celle a combustibile) con un impianto a ciclo combinato.

Celle a combustibile ad alta temperatura (HF), celle a combustibile a ossido solido (SOFC) o celle a combustibile a carbonati fusi (MCFC), funzionanti a temperature comprese tra 850 e 650°C, servono come fonti di calore per il CCGT. Ad oggi sono stati realizzati campioni di celle a combustibile energetiche ad alta temperatura con una potenza unitaria da 200 kW a 10 MW, adatti a questo scopo. Le celle a combustibile ad alta temperatura possono funzionare con idrogeno e/o gas di sintesi (una miscela di idrogeno e monossido di carbonio). Per ottenerlo si utilizza il processo di reforming (steam reforming) del gas naturale. Per ottenere idrogeno dal gas di sintesi si utilizza il processo di ossidazione catalitica del monossido di carbonio, seguito dalla rimozione della CO2. Questi processi sono ampiamente utilizzati nell’industria dell’azoto.

Durante l'attuazione del programma scientifico e tecnico statunitense “Vision-21”, l'efficienza è stata ottenuta su un impianto ibrido dimostrativo con una capacità di circa 20 MW. al 60%. Per il 2010 è previsto l'avvio di un impianto ibrido con efficienza. al 70%. Nel lungo termine si prevede il raggiungimento dell’efficienza. al livello del 75% con la creazione di centrali elettriche con una capacità fino a 300 MW o più (Fig. 6.3). Entro il 2012-2015 Si prevede di creare tutti i componenti tecnologici necessari per questo.

Nel campo dell’energia su piccola scala (cfr. paragrafo 4.4), di maggiore interesse sono le tecnologie di cogenerazione basate su motori a combustione interna a gas e fonti di energia elettrochimiche (celle a combustibile). Ad oggi, lotti pilota di celle a combustibile cogenerative a bassa e media temperatura con membrana a scambio protonico (PEFC) e acido fosfato (PAFC) vengono utilizzati negli Stati Uniti, in Giappone e in Europa. Queste unità sono silenziose, più efficienti e rispettose dell'ambiente rispetto ai motori a combustione interna a gas. Le prospettive di un utilizzo su larga scala delle celle a combustibile di cogenerazione sono associate ad una diminuzione del loro costo unitario.

Promettenti tecnologie energetiche del carbone

Tra le aree intensamente sviluppate per l'uso rispettoso dell'ambiente dei combustibili solidi, previste per l'implementazione industriale nel prossimo (prima del 2010) e in una prospettiva a lungo termine, ci sono le centrali termoelettriche con turbine a vapore con pressione di vapore supersupercritica (parametri); centrali termoelettriche a ciclo combinato a carbone; centrali termoelettriche ibride a ciclo combinato.

I lavori per la creazione di unità di potenza per parametri di vapore supercritici sono iniziati negli Stati Uniti e nell'URSS a metà del secolo scorso. La creazione di unità di potenza SSKD si basa su metodi ben noti per aumentare l'efficienza termica. Ciclo Rankine dovuto al passaggio a temperature di esercizio e pressione del vapore più elevate davanti alla turbina. L'applicazione pratica di queste misure è limitata dalle caratteristiche di resistenza dei materiali utilizzati, nonché dall'aumento dei costi di installazione. Esiste un ottimale tecnico ed economico delle temperature e delle pressioni del vapore, determinato dalle proprietà dei materiali della centrale elettrica e dai prezzi del carburante. Nella seconda metà del secolo scorso queste condizioni erano soddisfatte dal ciclo Rankine supercritico con un unico surriscaldamento intermedio del vapore, una pressione iniziale di 23,5 MPa, ed una temperatura di surriscaldamento primario e secondario di 540°C. Negli ultimi anni, i progressi nella scienza dei materiali hanno permesso di migliorare ulteriormente i parametri del ciclo Rankine.

In Danimarca e Giappone sono state costruite e funzionano con successo centrali elettriche a carbone con una capacità di 380–1050 MW con pressione di vapore fresco di 24–30 MPa e surriscaldamento fino a 580–610 °C. Tra questi ci sono i blocchi con doppio riscaldamento fino a 580°C. Efficienza i migliori blocchi giapponesi si attestano al 45–46%, quelli danesi che funzionano con acqua fredda circolante con vuoto profondo sono superiori del 2–3%. In Germania sono state costruite centrali elettriche a lignite con una capacità di 800–1000 MW con parametri del vapore fino a 27 MPa, 580/600°C ed efficienza. fino al 45%.

In Russia sono ripresi i lavori su un'unità di potenza con parametri di vapore supercritici (pressione 30 MPa, temperatura 600/600°C). Hanno confermato la realtà della creazione efficiente di un'unità del genere con una capacità di 300–525 MW. circa il 46% nei prossimi anni.

Dopo una lunga pausa, sono ripresi i lavori volti all'introduzione dei parametri del vapore supersupercritico negli USA. Si concentrano principalmente sullo sviluppo e sul test dei materiali necessari in grado di garantire il funzionamento delle apparecchiature a temperature del vapore fino a 870 ° C e pressioni fino a 35 MPa.

Nei paesi dell'Unione Europea, con la partecipazione di un folto gruppo di aziende produttrici di energia e di costruzione di macchine, è stata realizzata una centrale elettrica a carbone polverizzato migliorata SSKD con una pressione del vapore fresco di 37,5 MPa, una temperatura di 700 ° C e doppio riscaldamento a 720 ° C a pressioni di 12 e 2,35 MPa è in fase di sviluppo. A una pressione del condensatore di 1,5–2,1 kPa, efficienza il blocco può raggiungere il 53-54%. La messa in servizio è prevista dopo il 2010. Entro il 2030 si prevede di raggiungere l'efficienza. fino al 55% con temperature del vapore fino a 800°C.

L’importanza di aumentare significativamente l’efficienza delle centrali termoelettriche attraverso l’ulteriore miglioramento delle tecnologie collaudate è mostrata nella Tabella 6.1 utilizzando l’esempio di tre centrali termoelettriche costruite in Germania nel 2002-2004.

Promettenti sviluppi degli impianti a gas a ciclo combinato alimentati a carbone portato avanti da molti paesi. I maggiori progressi sono attesi in due aree di lavoro: la gassificazione del carbone e la combustione diretta del carbone sotto pressione. Lo sviluppo scientifico e tecnico delle unità CCGT alimentate a carbone viene portato avanti intensamente negli Stati Uniti nell'ambito del programma Clean Coal Technologies per

11 progetti con un volume di finanziamento di 2,9 miliardi di dollari. La capacità degli impianti coinvolti nei progetti supera i 2,2 GW. Cinque progetti sono dedicati alle unità CCGT con combustione del carbone sotto pressione, 4 – unità CCGT con gassificazione del carbone, 2 – alle promettenti tecnologie di combustione che utilizzano motori a combustione interna.

Il ciclo di funzionamento di un'unità CCGT con gassificazione prevede la gassificazione con aria o vapore-aria del carbone sotto pressione creata dal compressore della turbina a gas, la purificazione del gas del generatore da composti solforati e particelle solide e la successiva combustione del gas del generatore nella camera di combustione di un impianto a gas a ciclo combinato funzionante come a gas naturale. Oggi in tutto il mondo sono operativi circa 400 grandi impianti di gassificazione industriale con una capacità totale di 46 GW. La metà di loro funziona a carbone. Tuttavia, l’attuazione dei CCGT basati su di essi è associata ad alcune difficoltà. Ciò è dovuto da un lato alla qualità inferiore dei carboni termici, che di solito contengono una grande quantità di inclusioni minerali, zolfo e resine, e dall'altro agli elevati requisiti di purezza del gas del generatore secondo condizioni di corrosione chimica ed erosione meccanica di una turbina a gas. Inoltre, rispetto all'industria, vengono imposti requisiti significativamente più elevati sull'efficienza energetica dei processi di produzione e purificazione del gas dei generatori, nonché sulle caratteristiche di peso e dimensioni dei generatori di gas. Queste circostanze creano notevoli difficoltà nell’implementazione pratica delle unità CCGT alimentate a carbone con indicatori di efficienza accettabili. e costo unitario.

Tabella 6.1 Aumento dell’efficienza delle centrali termoelettriche migliorando tecnologie collaudate utilizzando l’esempio di tre centrali termoelettriche costruite in Germania nel 2002-2004

Nota. Tra parentesi è indicato l’anno di raggiungimento dell’efficienza.

Tuttavia, date le significative prospettive a medio e lungo termine associate all’ulteriore applicazione delle tecnologie di cattura della CO2, queste difficoltà sembrano superabili.

Studi di progettazione di vari schemi CCGT con gassificazione del carbone dei gradi più comuni furono condotti in URSS all'inizio degli anni '90. Hanno mostrato la possibilità di creare un'unità CCGT con una capacità unitaria di 250 - 650 MW con caratteristiche ambientali ed efficienza accettabili. 38–45% sulla base della base di motori a turbina a gas esistente in quel momento.

Negli USA esistono 4 impianti pilota CCGT industriali con gassificazione del carbone, tra cui Polk CCGT con una capacità di 250 MW, Puyertollano (350 MW), Bugenno (250 MW), Wabash River, che mostrano la possibilità di ottenere p.d. al livello del 46–48%, tipico anche delle unità di potenza SKD. Il consumo di calore specifico medio effettivo (basato sul potere calorifico più elevato) del Polk CCGT è 9864 kJ/kWh, il Wabash River CCGT è 9400 kJ/kWh, che corrisponde all'efficienza. in base al potere calorifico inferiore al livello del 38 e del 40%, rispettivamente. Nel 2010 è prevista la messa in servizio dell'unità CCGT di Mesaba (Minnesota) con gassificazione del carbone con una capacità di 531 MW e un'efficienza del 41,7%.

È allo studio un progetto per la costruzione di un'unità CCGT dimostrativa con una capacità di 500 MW, che prevede l'ottenimento dell'efficienza iniziale. 44,4%, portandolo al 46%. In futuro, con il passaggio alle turbine a gas ad alta temperatura che utilizzano gas di sintesi, l’efficienza aumenterà. Il CCGT con gassificazione del carbone può essere aumentato al 53%.

Il maggiore sviluppo industriale delle unità CCGT con gassificazione di combustibili solidi è stato raggiunto in Italia in relazione all'utilizzo del coke di petrolio, prodotto della raffinazione del petrolio su larga scala. Sono presenti 3 gruppi CCGT con gassificazione di coke di petrolio presso le centrali termoelettriche “Isab” (520 MW), “Sarlux” (550 MW) e “Falconara” (280 MW). Nel 2005 era prevista la messa in servizio di un'unità CCGT presso la centrale termoelettrica di Ferrera Erbognone con una capacità di 250 MW nei pressi della raffineria di petrolio di Sannazaro. Altre 10 unità CCGT sono state commissionate o sono in costruzione presso impianti chimici in Italia.

Si ritiene che la tecnologia di gassificazione del carbone fornisca il modo più versatile e pulito per convertire il carbone in elettricità, idrogeno e altri preziosi prodotti energetici. È la gassificazione che può diventare la base per la creazione di centrali elettriche di nuova generazione per i prossimi decenni.

Nello sviluppo di unità e componenti di promettenti unità CCGT di gassificazione che utilizzano carboni termici di bassa qualità, realizzati oggi in numerosi progetti su larga scala, vengono perseguiti non solo obiettivi immediati ma anche più distanti. Questi includono, in particolare, la creazione di centrali termiche ibride basate su CCGT con gassificazione, comprese celle a combustibile ad alta temperatura, nonché impianti di tecnologia energetica che combinano la generazione di elettricità con la produzione di carburante per trasporti di alta qualità da gas di sintesi , centrali elettriche a zero emissioni che implementano la cattura, il legame e lo smaltimento dell’anidride carbonica e migliorano notevolmente l’efficienza del carburante.

Attualmente sono state realizzate celle a combustibile con una capacità di 200 kW - 1 MW, in grado di funzionare con gas di sintesi e/o idrogeno ottenuto da gas di sintesi.

Nelle unità CCGT alimentate a carbone, viene utilizzata la tecnologia della combustione diretta del carbone in un forno sotto pressione. L'aria viene fornita al forno a carbone da un compressore a turbina a gas con una pressione di 1–1,5 MPa. I prodotti della combustione, dopo essere stati puliti dalle ceneri volanti, si espandono nella turbina a gas e producono lavoro utile; Nel ciclo della turbina a vapore vengono utilizzati il ​​calore di combustione del carbone e il calore dei gas di scarico delle turbine a gas. I principali vantaggi delle unità CCGT con combustione di carbone sotto pressione sono dovuti alla possibilità di ottenere elevate caratteristiche ambientali delle centrali termoelettriche grazie alla corretta organizzazione del processo di combustione. La temperatura di combustione del carbone in tali impianti è mantenuta al livello

800–900°C, che consente di mantenere un tasso accettabilmente basso di formazione di ossido di azoto. Inoltre, il processo di combustione è accompagnato dal legame chimico dei composti dello zolfo a seguito della loro reazione con la dolomite, che riduce significativamente la loro presenza nei gas di scarico dell'impianto. Le principali difficoltà nella realizzazione pratica di installazioni di questo tipo sono legate alla prevenzione dell'erosione meccanica della turbina a gas, che si verifica a causa della presenza di particelle solide di ceneri volanti nei gas di scarico, nonché alla diminuzione del peso e caratteristiche dimensionali dei forni funzionanti sotto pressione.

L'esperienza acquisita durante il funzionamento a lungo termine di diverse centrali termoelettriche di questo tipo con una capacità di circa 20 MW ha confermato le elevate caratteristiche ambientali ed economiche di questi impianti. Un tipico esempio di impianto di combustione del carbone sotto pressione è, in particolare, una centrale termoelettrica operante a Stoccolma, in Svezia. La centrale termica utilizza il processo di combustione di una pasta pre-preparata da una miscela inumidita di carbone con dolomite, spremuta attraverso fori profilati sul fondo del forno della caldaia con un diametro di circa 20 m viene percepito dagli scambiatori di calore sommergibili del circuito della turbina a vapore. I gas di combustione, dopo la pulizia preliminare dalle ceneri volanti nei filtri a maniche ad alta temperatura, entrano nella turbina a gas. I gas di scarico subiscono un'ulteriore depurazione dalle particelle solide in filtri a maniche, dopodiché vengono scaricati nel camino. Rendimento elettrico medio installazioni è del 45%. Non è stata registrata un'usura erosiva significativa della turbina a gas.

La principale difficoltà nell'estendere la tecnologia descritta alle unità di potenza delle centrali termoelettriche con una capacità di 100-300 MW e oltre è dovuta all'inaccettabile aumento delle caratteristiche di peso e dimensioni del forno in termini di resistenza, che richiede l'intensificazione della processo di combustione del carbone. La massima velocità di questo processo è assicurata dalla combustione di una miscela di carbone e dolomite in un letto fluido pressurizzato (FBL). È questa tecnologia CCGT alimentata a carbone che oggi è considerata la più promettente. Come notato sopra, le unità CCGT con moltiplicatori di pressione (tecnologia PFBC) vengono studiate intensamente negli Stati Uniti in cinque unità dimostrative.

I vantaggi del CCGT con CSD comprendono la completezza (>99%) della combustione di vari tipi di carbone, elevati coefficienti di scambio termico e piccole superfici riscaldanti, basse temperature di combustione (fino a 850°C) e, di conseguenza, basse (meno di 850°C) 200 mg/m 3 ) emissioni di NO X, assenza di scorie, possibilità di aggiungere assorbente (calcare, dolomite) allo strato e legare il 90–95% dello zolfo contenuto nel carbone in esso contenuto.

Efficienza piuttosto elevata (40–42% in modalità condensazione) si ottiene in un'unità CCGT con compressore a pressione già a potenze moderate (circa 100 MWel) e parametri di vapore subcritici. A causa delle ridotte dimensioni della caldaia e della mancanza di desolforazione, l'area occupata dal CCGT con CSD è ridotta. Sono possibili la fornitura in blocchi delle loro attrezzature e la costruzione modulare con una riduzione dei costi e dei tempi. Queste circostanze determinano la possibilità di utilizzare questa tecnologia nella ricostruzione delle centrali elettriche a carbone esistenti.

La tecnologia delle unità CCGT con moltiplicatori di pressione è più semplice e più familiare agli ingegneri energetici rispetto agli impianti di gassificazione, che sono complesse produzioni chimiche. Sono possibili varie combinazioni di entrambe le tecnologie. Il loro obiettivo è semplificare i sistemi di gassificazione e purificazione del gas e ridurre le loro perdite caratteristiche, nonché aumentare la temperatura dei gas davanti alla turbina e la potenza della turbina a gas negli schemi con moltiplicatori di pressione.

Gli impianti ibridi a combustibile solido sono una combinazione di unità CCGT di gassificazione del carbone con una cella a combustibile ad alta temperatura funzionante con idrogeno o gas di sintesi da combustibili solidi (Fig. 6.4). Il principio di funzionamento degli impianti ibridi che utilizzano carbone è lo stesso di quelli che utilizzano gas naturale. L'unica differenza sta nel metodo di produzione dell'idrogeno e/o del gas di sintesi per le celle a combustibile. Negli impianti ibridi a carbone, il combustibile di origine deve essere sottoposto a gassificazione per produrre idrogeno o gas di sintesi, e negli impianti a gas naturale, a reforming (steam reforming) per produrre gli stessi gas. Ulteriori differenze risiedono nei processi di purificazione dei prodotti risultanti. Gli impianti ibridi a carbone, per ovvi motivi, sono più difficili e meno efficienti rispetto a quelli a gas.

L’efficienza degli impianti ibridi rispetto ad altre tecnologie di combustione del carbone è mostrata in Fig. 6.5.

Tecnologie di rimozione e cattura dell'anidride carbonica

La completa compatibilità ambientale dell’energia termica può essere garantita catturando e immagazzinando l’anidride carbonica. Le possibilità di creare tecnologie adeguate vengono già studiate intensamente in molti paesi del mondo. Le tecnologie di cattura rappresentano il terzo modo più radicale per combattere il riscaldamento climatico, insieme agli altri due: aumentare l’efficienza. e la rimozione del carbonio dai combustibili fossili. Il termine rimozione del carbonio si riferisce alla cattura del carbonio dagli impianti energetici e al suo sequestro in pozzi naturali come foreste e fattorie. L’anidride carbonica catturata dalle emissioni di origine antropica può essere sepolta sottoterra in formazioni geologiche o negli oceani e può essere trasformata in combustibili, solidi innocui o prodotti utili.

Le principali aree di lavoro in fase di sviluppo negli USA sul complesso problema della cattura e smaltimento della CO 2 comprendono: sviluppo di processi per la cattura della CO 2 con formazione di idrati solidi a basse temperature e alte pressioni; in un tubo vortex; assorbente secco a base di sodio.

In geologia, si tratta di una ricerca complessa e di una dimostrazione su scala industriale del seppellimento della CO 2 in giacimenti di carbone profondi e non sviluppati; spostamento del gas naturale dai vuoti durante il riempimento con CO 2; condizioni geologiche ottimali per l'accumulo di CO 2 negli acquiferi salini porosi negli Stati Uniti; nuovi metodi per iniettare CO 2 in formazioni saline; fissazione chimica della CO 2 in formazioni di salinità profonda nel Midwest degli Stati Uniti.

Concetti promettenti: estrazione del gas dalle discariche; Mineralizzazione della CO2; tecnologie a membrana per separare la CO 2 da una miscela di gas; membrane ceramiche selettive ad alta temperatura per effettuare reazioni di reforming del gas con simultanea separazione di CO 2; convertire la CO 2 in biomassa utilizzando le alghe.

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla prevenzione delle emissioni di CO 2 quando si migliorano le tecnologie del carbone. Negli Stati Uniti si prevede la creazione di complessi energetici alimentati a carbone in grado di competere con le centrali termoelettriche alimentate a gas naturale. Si consiglia di costruirli in più fasi: la prima fase è una promettente unità CCGT ecologica con gassificazione; la seconda fase prevede l'introduzione di un sistema di rimozione e trasporto della CO 2 ; la terza fase è l’organizzazione della produzione di idrogeno o carburante pulito per i trasporti.

Inoltre, si stanno sviluppando intensamente progetti per nuovi impianti in cui l’anidride carbonica viene utilizzata come fluido di lavoro, trasformandosi infine in un liquido da seppellire. Tale centrale termica può basarsi sui seguenti processi:

• gassificazione di una sospensione di carbone-acqua con l'aggiunta di idrogeno e produzione di CH 4 e H 2 O. Le ceneri di carbone vengono rimosse dal gassificatore e la miscela vapore-gas viene purificata;
• il carbonio, che è passato allo stato gassoso, sotto forma di CO 2 viene legato dall'ossido di calcio nel reformer, dove viene fornita anche acqua purificata. L'idrogeno in esso generato viene utilizzato nel processo di idrogassificazione e, dopo una purificazione fine, viene fornito a una cella a combustibile a ossido solido per generare energia elettrica;
• nella terza fase, il CaCO 3 formato nel reformer viene calcinato sfruttando il calore rilasciato nella cella a combustibile e la formazione di CaO e CO 2 concentrata, adatta ad ulteriori lavorazioni;
• La quarta fase è la conversione dell'energia chimica dell'idrogeno in elettricità e calore, che viene reimmessa nel ciclo. La CO 2 viene rimossa dal ciclo e mineralizzata nei processi di carbonizzazione di minerali come,
• ad esempio, il silicato di magnesio, che è onnipresente in natura in quantità di ordini di grandezza superiori alle riserve di carbone. I prodotti finali della carbonizzazione possono essere sepolti nelle miniere estratte.

Efficienza la conversione del carbone in elettricità in un tale sistema sarà di circa il 70%. Con un costo totale di rimozione della CO 2 pari a 15–20 dollari. US per tonnellata, ciò causerà un aumento del prezzo dell’elettricità di circa 0,01 dollari. USA/kWh.

Problemi termofisici nell'ingegneria dell'energia termica che richiedono ulteriori ricerche e sviluppi

La rapida crescita del fabbisogno di elettricità nel 21° secolo, lo stato di crisi dell’ambiente e i problemi tecnologici che devono essere risolti per soddisfare tali bisogni, sulla base di criteri moderni per un forte aumento dell’efficienza energetica, riduzione dei costi e minimizzazione dell’impatto sull’ambiente, richiedono un significativo ampliamento della ricerca scientifica e dello sviluppo nel campo dell’ingegneria termoelettrica. Il lavoro di ricerca, sviluppo e progettazione nel settore dell'energia termica dovrebbe essere finalizzato alla creazione di centrali termoelettriche altamente efficienti e rispettose dell'ambiente utilizzando tecnologie avanzate e apparecchiature elettriche che forniscano soluzioni ai seguenti compiti: aumentare l'efficienza dell'approvvigionamento energetico aumentandone l'affidabilità e riducendo il costo della produzione di energia elettrica; massima riduzione delle emissioni nocive delle centrali termoelettriche nell'ambiente; aumento della produttività e miglioramento delle condizioni di lavoro; riduzione dei costi per lavori di riparazione e restauro.

Importanti aree di progresso scientifico e tecnologico nell'ingegneria dell'energia termica sono:

• creazione di nuove generazioni di apparecchiature elettriche;
• ricostruzione e ammodernamento delle attrezzature esistenti;
• transizione dal concetto di estensione della vita utile delle apparecchiature al concetto di gestione delle risorse basata su metodi e criteri combinati moderni con la considerazione congiunta degli indicatori della sua affidabilità ed efficienza;
• garantire il livello richiesto di sicurezza industriale delle apparecchiature elettriche.
• produzione altamente efficiente di elettricità e calore basata sull'uso di impianti a ciclo combinato e turbine a gas, riattrezzatura tecnica e ulteriore sviluppo di centrali termiche per aumentarne l'efficienza economica e ambientale, l'affidabilità, la manovrabilità e la controllabilità;
• sviluppo di tecnologie del carbone rispettose dell'ambiente basate sull'uso di caldaie a letto fluido circolante, sull'uso di sospensioni acqua-carbone, vari schemi di gassificazione del carbone, ecc.;
• creazione di efficaci sistemi di depurazione del gas per apparecchiature elettriche;
• automazione complessa di apparecchiature di unità e centrali elettriche;
• risoluzione di problemi scientifici e tecnici relativi allo sviluppo di apparecchiature per parametri di vapore supercritico, tecnologie per ottenere apparecchiature economiche per celle a combustibile, sistemi di stoccaggio dell'energia elettrica;
• realizzazione di piccoli impianti per la produzione combinata di energia elettrica e calore (cogenerazione) mediante motori a pistoni, turbine a gas (CHP di bassa e media potenza, mini-CHP).

La crescita del livello tecnico dell'ingegneria dell'energia termica, lo sviluppo dei parametri del vapore supercritico e supersupercritico, l'aumento delle capacità unitarie delle unità e delle unità di potenza sono accompagnati da un aumento delle densità del flusso di calore calcolate percepite sia dalle superfici di riscaldamento radianti che convettive, e richiedono l'intensificazione dei processi di combustione, nonché dei processi di generazione e surriscaldamento del vapore. È necessario intensificare lo scambio termico affinché, con l'aumento della potenza unitaria degli impianti, si mantengano caratteristiche accettabili di peso e dimensioni delle apparecchiature. Pertanto, le questioni relative allo studio del trasferimento di calore radiativo nei forni e all'irraggiamento dei gas, all'intensificazione del trasferimento di calore convettivo nei fasci tubieri, nonché allo stato termico delle superfici riscaldanti in condizioni di scorie e deriva intensiva di depositi di cenere, lavorano sul trasferimento di calore durante l'ebollizione l'acqua nei tubi, lo studio del trasferimento di calore del refrigerante supercritico sono parametri ancora rilevanti, flussi di calore critici.

Attualmente, il ruolo delle turbine a gas ad alta temperatura e degli impianti a ciclo combinato nel settore energetico è in aumento. Pertanto, lo sviluppo di sistemi di raffreddamento per turbine a gas, la ricerca sul trasferimento di calore turbolento nelle griglie delle turbine e sulla piastra, compreso il trasferimento di calore in condizioni di iniezione di refrigerante, nonché la ricerca su vari sistemi di raffreddamento, l'uso del vapore acqueo come promettente refrigerante e l’ottimizzazione degli schemi di raffreddamento rimangono rilevanti.

Le direzioni strategiche per lo sviluppo del settore dell'energia termica nazionale sono associate alla risoluzione di tutta una serie di problemi, anche nel campo dell'ingegneria energetica. Questi includono:

• creazione di turbine a gas domestiche ad alta efficienza con una capacità fino a 180 MW per elevate temperature iniziali del gas con l'obiettivo di un'introduzione diffusa delle tecnologie del gas a ciclo combinato nella costruzione di nuove centrali elettriche e nella ricostruzione di quelle esistenti;
• sviluppo e produzione di turbine a vapore ad alta efficienza di nuove generazioni con parametri di vapore supercritici e temperature di 600°C e superiori con efficienza crescente. fino al 55% o più;
• produzione di caldaie elettriche con una migliore organizzazione dei processi di combustione, l'uso di nuovi bruciatori e altri dispositivi che riducono le emissioni nocive nell'atmosfera;
• creazione e sviluppo di gruppi caldaia con forni a letto fluido circolante per unità di potenza con una capacità di 200-300 MW;
• realizzazione di apparecchiature per impianti gas a ciclo combinato ecologici con caldaie a letto fluido in pressione;
• sviluppo e padronanza di tecnologie avanzate di combustione di combustibili solidi;
• realizzazione di sistemi di gassificazione dei combustibili solidi con l'obiettivo di sviluppare impianti a gas a ciclo combinato ecocompatibili utilizzando carbone e per la riattrezzatura tecnica delle centrali elettriche a carbone polverizzato.

Le conseguenze ambientali e sociali negative della costruzione di grandi centrali idroelettriche ci costringono a considerare con attenzione la loro possibile collocazione nell’industria dell’energia elettrica del futuro.

Il futuro delle centrali idroelettriche

Le grandi centrali idroelettriche svolgono le seguenti funzioni nel sistema energetico:

1. produzione di energia;
2. abbinamento rapido della potenza di generazione con il consumo energetico, stabilizzazione della frequenza nel sistema di alimentazione;
3. accumulo e immagazzinamento di energia sotto forma di energia potenziale dell'acqua nel campo gravitazionale terrestre con conversione in energia elettrica in qualsiasi momento.

La generazione di elettricità e la manovra di potenza sono possibili nelle centrali idroelettriche di qualsiasi dimensione. E l'accumulo di energia per un periodo che va da diversi mesi a diversi anni (per l'inverno e gli anni secchi) richiede la creazione di grandi serbatoi.

Per fare un confronto, una batteria per auto da 12 kg, 12 V, 85 A ora può immagazzinare 1,02 kilowattora (3,67 MJ). Per immagazzinare questa quantità di energia e convertirla in elettricità in una centralina idraulica con efficienza 0,92, è necessario sollevare 4 tonnellate (4 metri cubi) d'acqua fino a 100 m di altezza oppure 40 tonnellate d'acqua fino a 10 m di altezza. M.

Affinché una centrale idroelettrica con una capacità di solo 1 MW possa funzionare con acqua immagazzinata per 5 mesi all'anno, 6 ore al giorno con acqua immagazzinata, è necessario accumularla a 100 m di altitudine e poi passare attraverso una turbina 3.6 milioni tonnellate di acqua. Con un'area del serbatoio di 1 kmq, il calo del livello sarà di 3,6 m. Lo stesso volume di produzione in una centrale diesel con un'efficienza del 40% richiederà 324 tonnellate di gasolio. Pertanto, nei climi freddi, immagazzinare l’energia idrica per l’inverno richiede dighe alte e grandi serbatoi.

Inoltre, a b O Nella maggior parte del territorio russo, nella zona del permafrost, in inverno i fiumi di piccole e medie dimensioni ghiacciano fino al fondo. Da queste parti d’inverno le piccole centrali idroelettriche sono inutili.

Le grandi centrali idroelettriche sono inevitabilmente situate a notevole distanza da molti consumatori e bisogna tenere conto dei costi di costruzione delle linee elettriche, delle perdite di energia e del riscaldamento dei cavi. Pertanto, per la centrale idroelettrica Transiberiana (Shilkinskaya), il costo di costruzione della linea elettrica 220 fino alla Transiberiana con una lunghezza di soli 195 km (molto poco per una tale costruzione) supera il 10% di tutti i costi. I costi di costruzione delle reti di trasmissione dell’energia sono così elevati che in Cina la potenza delle turbine eoliche, ancora non collegate alla rete, supera la potenza dell’intero settore energetico russo a est del Lago Baikal.

Pertanto, le prospettive dell’energia idroelettrica dipendono dal progresso della tecnologia e insieme della produzione, stoccaggio e trasmissione dell’energia.

L’energia è un settore ad alta intensità di capitale e quindi conservatore. Alcune centrali sono ancora in funzione, soprattutto centrali idroelettriche costruite all'inizio del XX secolo. Pertanto, per valutare le prospettive per mezzo secolo, invece degli indicatori volumetrici di un particolare tipo di energia, è più importante guardare al tasso di progresso di ciascuna tecnologia. Indicatori idonei del progresso tecnico nella generazione sono l'efficienza (o percentuale di perdite), la potenza unitaria delle unità, il costo di 1 kilowatt di potenza di generazione, il costo di trasmissione di 1 kilowatt per 1 km, il costo di stoccaggio di 1 kilowattora al giorno.

Accumulo di energia

Magazzinaggio L’elettricità è una nuova industria nel settore energetico. Per molto tempo, le persone hanno immagazzinato carburante (legna, carbone, poi petrolio e prodotti petroliferi in serbatoi, gas in serbatoi a pressione e impianti di stoccaggio sotterranei). Poi sono apparsi i dispositivi meccanici di accumulo dell'energia (acqua sollevata, aria compressa, supervolani, ecc.) Le centrali elettriche con pompaggio rimangono i leader tra questi.

Al di fuori delle zone di permafrost, il calore accumulato dagli scaldacqua solari può già essere pompato sottoterra per riscaldare le case in inverno. Dopo il crollo dell’URSS, gli esperimenti sull’uso dell’energia termica solare per le trasformazioni chimiche cessarono.

Le batterie chimiche note presentano un numero limitato di cicli di carica-scarica. I supercondensatori hanno molto di più O maggiore durabilità, ma la loro capacità è ancora insufficiente. I dispositivi di accumulo dell'energia del campo magnetico nelle bobine superconduttrici vengono migliorati molto rapidamente.

Una svolta nella diffusione dello stoccaggio dell’energia si verificherà quando il prezzo scenderà a 1 dollaro per kilowattora. Ciò consentirà un ampio utilizzo di tipologie di generazione elettrica che non sono in grado di funzionare in modo continuo (energia solare, eolica, mareomotrice).

energia alternativa

Dalla tecnologia generazione Il ritmo di cambiamento più rapido si sta verificando nel settore dell’energia solare. I pannelli solari consentono di produrre energia in qualsiasi quantità richiesta, dalla ricarica di un telefono all'approvvigionamento di megalopoli. L'energia del Sole sulla Terra è cento volte maggiore di quella di altri tipi di energia messi insieme.

Gli impianti eolici sono usciti da un periodo di calo dei prezzi e si trovano ora in una fase di aumento delle dimensioni delle torri e della capacità del generatore. Nel 2012, la potenza di tutte le turbine eoliche del mondo ha superato quella di tutte le centrali elettriche dell’URSS. Tuttavia, negli anni ’20 del 21° secolo, le possibilità di miglioramento delle turbine eoliche saranno esaurite e l’energia solare rimarrà il motore della crescita.

La tecnologia delle grandi centrali idroelettriche ha superato la sua “ora migliore”; con il passare dei decenni vengono costruite sempre meno grandi centrali idroelettriche; L'attenzione di inventori e ingegneri si sta rivolgendo alle centrali elettriche legate alle maree e al moto ondoso. Tuttavia, le maree e le grandi onde non sono presenti ovunque, quindi il loro ruolo sarà limitato. Nel 21° secolo verranno ancora costruite piccole centrali idroelettriche, soprattutto in Asia.

La produzione di elettricità dal calore proveniente dalle viscere della Terra (energia geotermica) è promettente, ma solo in alcune zone. Le tecnologie di combustione dei combustibili fossili continueranno a competere con l’energia solare ed eolica per diversi decenni, soprattutto dove c’è poco vento e sole.

Le tecnologie per la produzione di gas infiammabili vengono migliorate più rapidamente attraverso la fermentazione dei rifiuti, la pirolisi o la decomposizione nel plasma). Tuttavia, i rifiuti solidi urbani richiederanno sempre la cernita (o meglio ancora, la raccolta differenziata) prima della gassificazione.

Tecnologie TPP

L’efficienza delle centrali a ciclo combinato ha superato il 60%. La conversione di tutte le centrali termoelettriche alimentate a gas in centrali elettriche a ciclo combinato (più precisamente, centrali elettriche a gas-vapore) aumenterà la produzione di elettricità di oltre il 50% senza aumentare la combustione del gas.

Le centrali termoelettriche a carbone e olio combustibile sono molto peggiori di quelle a gas in termini di efficienza, prezzo delle apparecchiature e quantità di emissioni nocive. Inoltre, l’estrazione del carbone richiede il maggior numero di vite umane per megawattora di elettricità. La gassificazione del carbone prolungherà l’esistenza dell’industria carboniera per diversi decenni, ma è improbabile che la professione del minatore sopravviva fino al 22esimo secolo. È molto probabile che le turbine a vapore e a gas verranno sostituite da celle a combustibile in rapido miglioramento in cui l'energia chimica viene convertita in energia elettrica aggirando le fasi di ottenimento di energia termica e meccanica. Nel frattempo, le celle a combustibile sono molto costose.

Energia nucleare

L’efficienza delle centrali nucleari è cresciuta più lentamente negli ultimi 30 anni. I miglioramenti ai reattori nucleari, che costano diversi miliardi di dollari ciascuno, sono stati lenti e i requisiti di sicurezza hanno fatto lievitare i costi di costruzione. Il “rinascimento nucleare” non ha avuto luogo. Dal 2006, la messa in servizio di centrali nucleari nel mondo è stata inferiore non solo a quella di centrali eoliche, ma anche solari. Tuttavia, è probabile che alcune centrali nucleari sopravvivranno fino al 22° secolo, anche se a causa del problema dei rifiuti radioattivi la loro fine sarà inevitabile. Forse i reattori termonucleari funzioneranno anche nel 21° secolo, ma il loro numero limitato, ovviamente, “non farà la differenza”.

La possibilità di realizzare un “termonucleare freddo” resta ancora poco chiara. In linea di principio, la possibilità di una reazione termonucleare senza temperature ultra elevate e senza formazione di scorie radioattive non contraddice le leggi della fisica. Ma le prospettive di ottenere energia a basso costo in questo modo sono molto dubbie.

Nuove tecnologie

E un po' di fantasia nei disegni. Tre nuovi principi di conversione isotermica del calore in elettricità sono attualmente in fase di sperimentazione in Russia. Questi esperimenti suscitano molti scettici: dopo tutto, la seconda legge della termodinamica è violata. Finora è stato ricevuto un decimo di microwatt. In caso di successo, verranno visualizzate per prime le batterie per orologi e dispositivi. Quindi lampadine senza fili. Ogni lampadina diventerà una fonte di freschezza. I condizionatori produrranno elettricità invece di consumarla. Non ci sarà bisogno di cavi in ​​casa. È troppo presto per giudicare quando la fantasia diventerà realtà.

Nel frattempo, abbiamo bisogno di cavi. Più della metà del prezzo di un kilowattora in Russia è rappresentato dai costi di costruzione e manutenzione delle linee elettriche e delle sottostazioni. Più del 10% dell'elettricità generata viene utilizzata per riscaldare i cavi. Le “reti intelligenti”, che gestiscono automaticamente più consumatori e produttori di energia, possono ridurre costi e perdite. In molti casi, per ridurre le perdite, è meglio trasmettere corrente continua piuttosto che corrente alternata. In generale, è possibile evitare di riscaldare i fili rendendoli superconduttori. Tuttavia, non sono stati trovati superconduttori che funzionano a temperatura ambiente e non si sa se verranno trovati.

Per le aree scarsamente popolate con costi di trasporto elevati, sono importanti anche la prevalenza e l’accessibilità delle fonti energetiche.

L'energia più comune proviene dal Sole, ma il Sole non è sempre visibile (specialmente sopra il Circolo Polare Artico). Ma in inverno e di notte soffia spesso il vento, ma non sempre e non ovunque. Tuttavia, gli impianti eolici e solari consentono già di ridurre significativamente il consumo di gasolio nei villaggi remoti.

Alcuni geologi sostengono che oggi il petrolio e il gas si formano quasi ovunque dall'anidride carbonica che cade sottoterra insieme all'acqua. È vero che l’uso della fratturazione idraulica (“fracking”) distrugge i luoghi naturali in cui possono accumularsi petrolio e gas. Se questo è vero, allora una piccola quantità di petrolio e gas (decine di volte meno di adesso) può essere estratta quasi ovunque senza danneggiare il ciclo geochimico del carbonio, ma esportare idrocarburi significa privarsi del futuro.

La diversità delle risorse naturali del mondo fa sì che la generazione sostenibile di elettricità richieda una combinazione di diverse tecnologie per adattarsi alle condizioni locali. In ogni caso, è impossibile ottenere una quantità illimitata di energia sulla Terra sia per ragioni ambientali che per ragioni di risorse. Pertanto, nel prossimo secolo la crescita della produzione di elettricità, acciaio, nichel e altri beni materiali sulla Terra sarà inevitabilmente sostituita da un aumento della produzione di beni intellettuali e spirituali.

Igor Eduardovich Shkradyuk

Indietro avanti

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La presentazione costituisce materiale aggiuntivo alle lezioni sullo sviluppo energetico. Il settore energetico di qualsiasi paese è la base per lo sviluppo delle forze produttive e la creazione della base materiale e tecnica della società. La presentazione riflette i problemi e le prospettive di tutti i tipi di energia, promettenti (nuovi) tipi di energia, utilizza l'esperienza della pedagogia museale, il lavoro di ricerca indipendente degli studenti (lavoro con la rivista "Japan Today") e i lavori creativi degli studenti ( manifesti). La presentazione può essere utilizzata nelle lezioni di geografia delle classi 9 e 10, nelle attività extrascolastiche (classi facoltative, corsi facoltativi), durante la Settimana della geografia “22 aprile – Giornata della Terra”, nelle lezioni di ecologia e biologia “Problemi globali dell'umanità. Materie prime e problema energetico”.

Nel mio lavoro ho utilizzato il metodo dell'apprendimento basato sui problemi, che consisteva nel creare situazioni problematiche per gli studenti e risolverle nel processo di attività congiunta tra studenti e insegnante. Allo stesso tempo, è stata presa in considerazione la massima indipendenza degli studenti e sotto la guida generale di un insegnante che ha diretto le attività degli studenti.

L'apprendimento basato sui problemi consente non solo di formare negli studenti il ​​sistema necessario di conoscenze, abilità e abilità, per raggiungere un alto livello di sviluppo degli scolari, ma, soprattutto, consente la formazione di uno stile speciale di attività mentale, attività di ricerca e l'indipendenza degli studenti. Lavorando con questa presentazione, gli studenti diventano consapevoli della direzione attuale: le attività di ricerca degli scolari.

L'industria unisce un gruppo di industrie impegnate nell'estrazione e nel trasporto di carburante, nella generazione di energia e nella sua trasmissione al consumatore.

Le risorse naturali utilizzate per produrre energia sono le risorse combustibili, le risorse idroelettriche, l'energia nucleare e i tipi di energia alternativa. L’ubicazione della maggior parte delle industrie dipende dallo sviluppo dell’elettricità. Il nostro Paese dispone di enormi riserve di carburante e di risorse energetiche. La Russia era, è e sarà una delle principali potenze energetiche del mondo. E questo non solo perché le profondità del paese contengono il 12% delle riserve mondiali di carbone, il 13% delle riserve mondiali di petrolio e il 36% delle riserve mondiali di gas naturale, che sono sufficienti per soddisfare pienamente il proprio fabbisogno e per l’esportazione verso i paesi vicini. La Russia è diventata una delle principali potenze energetiche del mondo, principalmente grazie alla creazione di un potenziale produttivo, scientifico, tecnico e di personale unico nel suo complesso di combustibili ed energia.

Problema di materia prima

Risorse minerarie– la fonte primaria, la base iniziale della civiltà umana in quasi tutte le fasi del suo sviluppo:

– Minerali combustibili;
– Minerali minerali;
– Minerali non metallici.

I moderni tassi di consumo energetico stanno crescendo in modo esponenziale. Anche se consideriamo che il tasso di crescita del consumo di elettricità diminuirà leggermente a causa del miglioramento delle tecnologie di risparmio energetico, le riserve di materie prime elettriche dureranno al massimo 100 anni. Tuttavia, la situazione è ulteriormente aggravata dalla discrepanza tra la struttura delle riserve e il consumo di materie prime biologiche. Pertanto, l’80% delle riserve di combustibili fossili proviene dal carbone e solo il 20% dal petrolio e dal gas, mentre 8/10 del consumo energetico moderno provengono da petrolio e gas.

Di conseguenza i tempi si restringono ulteriormente. Tuttavia, solo oggi l'umanità si sta liberando delle idee ideologiche, che sono praticamente infinite. Le risorse minerarie sono limitate e praticamente insostituibili.

Problema energetico.

Oggi il settore energetico mondiale si basa su fonti energetiche:

– Risorse minerarie combustibili;
– Fossili organici combustibili;
– Energia fluviale. Tipi di energia non tradizionali;
– Energia dell'atomo.

Con l'attuale ritmo di aumento dei prezzi delle risorse energetiche della Terra, il problema dell'utilizzo delle fonti energetiche rinnovabili diventa sempre più urgente e caratterizza l'indipendenza energetica ed economica dello Stato.

Vantaggi e svantaggi delle centrali termoelettriche.

Vantaggi del TPP:

1. Il costo dell’elettricità nelle centrali idroelettriche è molto basso;
2. I generatori delle centrali idroelettriche possono essere accesi e spenti abbastanza rapidamente a seconda del consumo di energia;
3. Nessun inquinamento atmosferico.

Svantaggi del TPP:

1. La costruzione di centrali idroelettriche può essere più lunga e più costosa rispetto ad altre fonti energetiche;
2. I serbatoi possono occupare vaste aree;
3. Le dighe possono danneggiare la pesca bloccando l’accesso alle zone di riproduzione.

Vantaggi e svantaggi delle centrali idroelettriche.

Vantaggi delle centrali idroelettriche:
– Sono costruiti in modo rapido ed economico;
– Operare in modalità costante;
– Situati quasi ovunque;
– La predominanza delle centrali termoelettriche nel settore energetico della Federazione Russa.

Svantaggi delle centrali idroelettriche:

– Consumare una grande quantità di carburante;
– Richiede una lunga sosta durante le riparazioni;
– Molto calore si disperde nell’atmosfera, molti gas solidi e nocivi vengono immessi nell’atmosfera;
– I maggiori inquinatori ambientali.

Nella struttura della produzione di elettricità nel mondo, il primo posto appartiene alle centrali termoelettriche (TPP): la loro quota è del 62%.
Un’alternativa ai combustibili fossili e una fonte di energia rinnovabile è l’energia idroelettrica. Centrale idroelettrica (HPP)- una centrale elettrica che utilizza l'energia del flusso d'acqua come fonte di energia. Le centrali idroelettriche vengono solitamente costruite sui fiumi costruendo dighe e bacini artificiali. L’energia idroelettrica è la produzione di elettricità attraverso l’uso di risorse idriche rinnovabili, fluviali, mareografiche e geotermiche. Questo utilizzo di risorse idriche rinnovabili implica la gestione delle inondazioni, il rafforzamento dei letti dei fiumi, il trasferimento delle risorse idriche in aree colpite dalla siccità e la preservazione dei flussi di acque sotterranee.
Anche in questo caso, però, la fonte energetica è piuttosto limitata. Ciò è dovuto al fatto che i grandi fiumi, di regola, sono molto lontani dai centri industriali o la loro capacità è quasi completamente utilizzata. Pertanto, l'energia idroelettrica, che attualmente fornisce circa il 10% della produzione energetica mondiale, non sarà in grado di aumentare significativamente questa cifra.

Problemi e prospettive delle centrali nucleari

In Russia la quota dell’energia nucleare raggiunge il 12%. Le riserve di uranio estratto disponibili in Russia hanno un potenziale elettrico di 15 trilioni. kWh, questo è quanto tutte le nostre centrali elettriche potranno produrre in 35 anni. Oggi solo energia nucleare
è in grado di indebolire drasticamente e in un breve periodo di tempo l’effetto serra. Una questione urgente è la sicurezza delle centrali nucleari. L'anno 2000 ha segnato l'inizio della transizione verso approcci fondamentalmente nuovi alla regolamentazione e alla garanzia della sicurezza dalle radiazioni delle centrali nucleari.
Nel corso di 40 anni di sviluppo dell'energia nucleare nel mondo, sono state costruite circa 400 centrali in 26 paesi. I principali vantaggi dell'energia nucleare sono l'elevata redditività finale e l'assenza di emissioni di prodotti di combustione nell'atmosfera, i principali svantaggi sono il potenziale pericolo di contaminazione radioattiva dell'ambiente con prodotti di fissione del combustibile nucleare in caso di incidente e il problema del ritrattamento utilizzato; combustibile nucleare.

Non tradizionale (energia alternativa)

1. Energia solare. Questo è l'uso della radiazione solare per produrre energia in qualche forma. L’energia solare utilizza una fonte di energia rinnovabile e ha il potenziale per diventare ecologica in futuro.

Vantaggi dell'energia solare:

– Disponibilità pubblica e inesauribilità della fonte;
– Teoricamente completamente sicuro per l’ambiente.

Svantaggi dell'energia solare:

– Il flusso di energia solare sulla superficie terrestre dipende fortemente dalla latitudine e dal clima;
– L’impianto solare non funziona di notte e non funziona in modo sufficientemente efficiente al crepuscolo mattutino e serale;
Le celle fotovoltaiche contengono sostanze tossiche come piombo, cadmio, gallio, arsenico, ecc. e la loro produzione consuma molte altre sostanze pericolose.

2. Energia eolica. Questo è un ramo dell'energia specializzato nell'uso dell'energia eolica, l'energia cinetica delle masse d'aria nell'atmosfera. Poiché l’energia eolica è una conseguenza dell’attività del sole, è classificata come forma di energia rinnovabile.

Prospettive per l'energia eolica.

L’energia eolica è un settore in rapida crescita e alla fine del 2007 la capacità totale installata di tutte le turbine eoliche era di 94,1 gigawatt, essendo quintuplicata rispetto al 2000. Nel 2007 i parchi eolici in tutto il mondo hanno prodotto circa 200 miliardi di kWh, pari a circa l’1,3% del consumo globale di elettricità. Parco eolico costiero Middelgrunden, vicino a Copenhagen, Danimarca. Al momento della costruzione era il più grande del mondo.

Opportunità per l'implementazione dell'energia eolica in Russia. In Russia il potenziale dell’energia eolica è ancora oggi praticamente irrealizzato. Un atteggiamento conservatore nei confronti dello sviluppo a lungo termine del complesso dei combustibili e dell’energia ostacola praticamente l’effettiva implementazione dell’energia eolica, soprattutto nelle regioni settentrionali della Russia, così come nella zona steppa del Distretto Federale Meridionale, e in particolare nel Regione di Volgograd.

3. Energia termonucleare. Il sole è un reattore termonucleare naturale. Una prospettiva ancora più interessante, anche se relativamente distante, è l’uso dell’energia da fusione nucleare. I reattori termonucleari, secondo i calcoli, consumeranno meno carburante per unità di energia, e sia questo combustibile stesso (deuterio, litio, elio-3) sia i prodotti della loro sintesi non sono radioattivi e, quindi, sicuri per l'ambiente.

Prospettive dell'energia termonucleare. Questo settore energetico ha un potenziale enorme; attualmente, nell’ambito del progetto ITER, a cui partecipano Europa, Cina, Russia, Stati Uniti, Corea del Sud e Giappone, in Francia si sta costruendo il più grande reattore termonucleare, l’obiettivo di che consiste nello sviluppo della CTS (fusione termonucleare controllata) a un nuovo livello. La costruzione dovrebbe essere completata nel 2010.

4. Biocarburante, biogas. Il biocarburante è un carburante ottenuto da materie prime biologiche, solitamente ottenuto dalla lavorazione dei gambi della canna da zucchero o dei semi di colza, mais e soia. Esistono biocarburanti liquidi (per i motori a combustione interna, ad esempio, etanolo, metanolo, biodiesel) e gassosi (biogas, idrogeno).

Tipi di biocarburante:

– Biometanolo
– Bioetanolo
– Biobutanolo
– Dimetiletere
– Biodiesel
– Biogas
– Idrogeno

Al momento i più sviluppati sono il biodiesel e l’idrogeno.

5. Energia geotermica. Nascoste sotto le isole vulcaniche del Giappone ci sono grandi quantità di energia geotermica, che può essere sfruttata estraendo acqua calda e vapore. Vantaggio: emette circa 20 volte meno anidride carbonica durante la produzione di elettricità, riducendone l'impatto sull'ambiente globale.

6. Energia delle onde, dei flussi e dei riflussi. In Giappone, la fonte di energia più importante sono le turbine ondose, che convertono il movimento verticale delle onde dell’oceano in pressione atmosferica che fa ruotare le turbine dei generatori elettrici. Sulla costa del Giappone sono installate numerose boe che sfruttano l'energia delle maree. Ecco come viene utilizzata l’energia oceanica per garantire la sicurezza del trasporto marittimo.

L'enorme potenziale dell'energia solare potrebbe teoricamente soddisfare tutto il fabbisogno energetico mondiale. Ma l’efficienza di conversione del calore in elettricità è solo del 10%. Ciò limita le possibilità dell’energia solare. Difficoltà fondamentali sorgono anche quando si analizzano le possibilità di creare generatori ad alta potenza utilizzando l’energia eolica, le maree, l’energia geotermica, il biogas, il combustibile vegetale, ecc. Tutto ciò porta alla conclusione che le capacità delle cosiddette risorse energetiche considerate “rinnovabili” e relativamente rispettose dell’ambiente sono limitate, almeno in un futuro relativamente prossimo. Anche se l'effetto del loro utilizzo nella risoluzione di alcuni particolari problemi di approvvigionamento energetico può già essere molto impressionante.

Naturalmente, c'è ottimismo riguardo alle possibilità dell'energia termonucleare e di altri metodi efficaci per generare energia, che vengono studiati intensamente dalla scienza, ma su scala moderna di produzione di energia. Lo sviluppo pratico di queste possibili fonti richiederà diversi decenni a causa dell’elevata intensità di capitale e della corrispondente inerzia nella realizzazione dei progetti.

Lavori di ricerca degli studenti:

1. Relazione speciale “Energia verde” per il futuro: “Il Giappone è il leader mondiale nella produzione di elettricità solare. Il 90% dell'energia solare prodotta in Giappone proviene dai pannelli solari presenti nelle case comuni. Il governo giapponese si è posto l'obiettivo per il 2010 di ottenere circa 4,8 milioni di kW di energia dai pannelli solari. Produzione di energia elettrica da biomasse in Giappone. Il gas metano viene rilasciato dai rifiuti della cucina. Questo gas alimenta un motore che genera elettricità e crea anche condizioni favorevoli per la tutela dell'ambiente.

Le centrali termiche e nucleari, le loro attrezzature e schemi tecnologici devono soddisfare una serie di requisiti tecnici ed economici: la fornitura di energia elettrica affidabile e ininterrotta ai consumatori in conformità con il programma di carico è particolarmente importante per la fornitura di elettricità, perché la sua produzione e il suo consumo avvengono quasi contemporaneamente.

L’elettricità non viene immagazzinata o immagazzinata nei magazzini. Sono in corso i lavori per creare dispositivi di accumulo dell'energia. Gli indicatori di qualità dell'elettricità devono soddisfare standard stabiliti: garantire requisiti di sicurezza, normali condizioni di lavoro per il personale, protezione ambientale, compresa la sicurezza antincendio, la radioprotezione, i requisiti di emergenza e di protezione biologica.

I locali delle centrali termoelettriche e delle centrali nucleari devono avere una buona illuminazione naturale, aerazione e ventilazione. Il bacino aereo deve essere protetto dall'inquinamento da emissioni nocive intrappolando particolato, ossidi di zolfo e di azoto e disperdendoli negli strati superiori dell'atmosfera.

Le riserve idriche sono protette dalle acque reflue inquinanti. Dovrebbero essere implementati prevalentemente schemi tecnologici privi di rifiuti per il trattamento delle acque, la raccolta delle ceneri, ecc.

I requisiti economici sono quelli di ridurre i costi iniziali e i costi operativi. Tale riduzione dovrebbe essere effettuata a seguito di una progettazione razionale delle attrezzature e della progettazione delle centrali termoelettriche nel loro insieme, dell'industrializzazione della costruzione e dell'installazione. Uno dei requisiti più importanti per l’efficienza è la riduzione dei costi del carburante.

L'efficienza termica delle centrali termoelettriche dovrebbe probabilmente essere elevata; gli indicatori energetici delle centrali termoelettriche non dovrebbero essere inferiori nei loro valori agli indicatori dei migliori esempi di energia nazionale ed estera.

Prospettive per lo sviluppo delle centrali termoelettriche e delle centrali nucleari

All’inizio del 21° secolo, la questione della modernizzazione e dello sviluppo dell’energia russa è diventata estremamente acuta, tenendo conto dei seguenti fattori:

L'ammortamento delle apparecchiature delle centrali elettriche, del riscaldamento e delle reti elettriche entro la fine del primo decennio potrebbe superare il 50%, il che significa che entro il 2020 l'ammortamento potrebbe raggiungere il 90%;

Le caratteristiche tecniche ed economiche della produzione e del trasporto di energia sono piene di numerosi centri di costi improduttivi delle risorse energetiche primarie;

Il livello di equipaggiamento degli impianti energetici con apparecchiature di automazione, protezione e tecnologia dell'informazione è significativamente inferiore rispetto agli impianti energetici dell'Europa occidentale e degli Stati Uniti;

La risorsa energetica primaria nelle centrali termoelettriche russe viene utilizzata con un'efficienza non superiore al 32-33%, a differenza dei paesi che utilizzano tecnologie avanzate del ciclo energetico a vapore con un'efficienza fino al 50% e superiore;

Già nei primi cinque anni del 21° secolo, con la stabilizzazione dell’economia russa, divenne evidente che il settore energetico da “locomotiva” dell’economia avrebbe potuto trasformarsi in un “percorso a ostacoli”. Nel 2005 il sistema energetico della regione di Mosca divenne carente;

Trovare fondi per la modernizzazione e lo sviluppo della base energetica russa in un'economia di mercato e per una riforma energetica basata sui principi di mercato.

In queste condizioni sono stati creati diversi programmi, ma le loro integrazioni e il loro “sviluppo” continuano.

Ecco uno dei programmi realizzati alla fine del secolo scorso (Tabella 6).

Tabella 6. Messa in servizio delle capacità delle centrali elettriche, milioni di kW.

Tabella 7. Fabbisogno di investimenti del settore dell'energia elettrica, miliardi di dollari

La gravità della situazione dell'approvvigionamento energetico dell'economia e della sfera sociale russa, secondo gli esperti della RAO UES della Russia, è illustrata dall'emergere di regioni carenti di energia (durante il periodo autunno-inverno di massimi carichi di consumo).

È così che è nato il programma energetico GOELRO-2. Va notato che diverse fonti forniscono indicatori significativamente diversi l’uno dall’altro. Ecco perché nelle tabelle precedenti (Tabella 6, Tabella 7) presentiamo gli indicatori massimi pubblicati. Ovviamente, questo livello “tetto” delle previsioni può essere utilizzato come guida.

Le direzioni principali dovrebbero includere:

Focus sulla realizzazione di centrali termoelettriche a combustibile solido. Man mano che i prezzi del gas naturale raggiungeranno i livelli mondiali, le centrali termoelettriche che utilizzano combustibili solidi saranno economicamente giustificate. I moderni metodi di combustione del carbone (in un letto fluido circolante), e quindi le tecnologie del carbone a ciclo combinato con gassificazione preliminare del carbone o la sua combustione in caldaie a letto fluido sotto pressione, consentono di rendere competitive sul “mercato” le centrali termoelettriche che utilizzano combustibili solidi delle centrali termoelettriche del futuro.

L'uso del gas naturale "costoso" nelle centrali termoelettriche di nuova costruzione sarà giustificato solo quando si utilizzano impianti a ciclo combinato, nonché quando si creano mini centrali termoelettriche basate su turbine a gas, ecc.

La riattrezzatura tecnica delle centrali termoelettriche esistenti rimarrà una priorità a causa della crescente usura fisica e morale. Va notato che quando si sostituiscono componenti e assiemi, diventa possibile introdurre soluzioni tecniche avanzate, anche in materia di automazione e informatica.

Lo sviluppo dell'energia nucleare nel prossimo futuro è associato al completamento della costruzione di unità ad alta prontezza, nonché ai lavori per prolungare la durata delle centrali nucleari per un periodo di tempo economicamente fattibile. A lungo termine, la messa in esercizio della capacità delle centrali nucleari dovrebbe essere effettuata sostituendo le unità smantellate con unità di nuova generazione che soddisfino i moderni requisiti di sicurezza.

Il futuro sviluppo dell'energia nucleare è determinato dalla soluzione di una serie di problemi, i principali dei quali sono il raggiungimento della completa sicurezza delle centrali nucleari esistenti e nuove, la chiusura delle centrali nucleari che hanno esaurito la loro vita utile e la garanzia della competitività economica delle centrali nucleari. energia nucleare rispetto alle tecnologie energetiche alternative.

Una direzione importante nel settore dell'energia elettrica per le condizioni moderne è lo sviluppo di una rete di capacità di generazione distribuita attraverso la costruzione di piccole centrali elettriche, principalmente centrali termiche di piccola capacità con turbine a gas a ciclo combinato e turbine a gas.