История электрификации горной промышленности

В Италии гелиоэлектростанция с паровой турбиной имеет мощность 200 кВт. В Армении была построена полупроводниковая солнечная электростанция мощностью 1200 кВт.

Ветровые электростанции. Ветровые электростанции (рис. 2.14) используют энергию ветра и представляют собой преобразование энергии солнца, вызывающее движение неравномерно нагретых масс.

Теоретические запасы энергии ветра в 100 раз превышают запасы гидроэнергии всех рек земного шара. Принято считать, что возможно реально использовать для нужд энергетики до 10 % теоретических запасов энергии ветра.

Строительство данных электростанций имеет многовековую историю ? с ветряных мельниц и до современных установок. Энергия ветра используется человечеством уже несколько тысячелетий, но для выработки электроэнергии – в основном в ХХ в. Чаще всего изготавливают ветродвигатели крыльчатого типа. Диаметр крыльев бывает от 8 до 30 м и более, а мощность таких установок – от 1 до 1000 кВт и более.

Дизельные электростанции. В местах (отдаленные районы Сибири и Крайнего Севера при относительно небольшой потребляемой мощности ), где нет возможности использовать электроэнергию, полученную одним из выше названных способов, находят широкое применение дизельные электростанции ( рис. 2.15).

Они состоят из двигателя внутреннего сгорания (дизельного или бензинового) и синхронного генератора, соединенного с двигателем.

На горных работах они используются в качестве резервных независимых источников при наличии потребителей первой категории.

2.4. Возобновляемые источники энергии

К возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) относятся солнечная энергия, энергия ветра, энергия рек и водотоков, приливов, волн, энергия биомассы (дрова, бытовые и сельскохозяйственные отходы, отходы животноводства, птицеводства, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности), геотермальная энергия, а также рассеянная тепловая энергия воздуха, воды, океанов, морей, водоемов.

ВИЭ сводятся к трем глобальным видам источников: энергии Солнца; тепла Земли; энергии орбитального движения планет.

Повсеместный переход на ВИЭ не происходит лишь потому, что промышленность, машины, оборудование и быт людей на Земле сориентированы в основном на органическое топливо. Кроме того, некоторые виды ВИЭ непостоянны и имеют небольшую плотность энергии.

Основные преимущества ВИЭ по сравнению с невозобновляемыми источниками энергии (газ, нефть, уголь и т. п.) – неисчерпаемость и экологическая чистота, использование ВИЭ не изменяет энергетического баланса планеты. Кроме того, они играют значительную роль в решении трех основных задач, стоящих перед человечеством: энергетика, экология, экономика.

Рассмотрим динамику использования ВИЭ в мире на рубеже ХХ – ХХI вв.

Ветроэнергетика (ВЭС). Установленная мощность в мире: 1996 г. – 6172 МВт; 2000 г. – 17 824 МВт; 2006 г. – 36 000 МВт. Лидирующие страны в этом направлении: Германия (6025 МВт), США (2495 МВт), Дания (2364 МВт), Испания (2538 МВт), Индия (1214 МВт). Россия – 7,5 МВт.

Геотермальная энергетика (ГТЭС). Установленная мощность в мире: 1970 г. – 678 МВт; 2000 г. – 8000 МВт. Страны-лидеры: США (2228 МВт), Филиппины (1908 МВт), Италия (785 МВт), Индонезия (589 МВт). Россия – 23 МВт.

Солнечная энергетика (ГЛЭС). Установленная мощность в мире на 2000 г. – 260 МВт. Страны-лидеры: Япония (80 МВт), США (60 МВт), Германия (50 МВт). Россия – 0,5 МВт.

Энергия биомассы (БЭ). Использование энергии биомассы идет по нескольким направлениям: производство биогаза и биомассы на малых установках (Китай, Индия – 6 млн установок); на больших установках по переработке городских сточных вод (10 000 установок) и на комбинированных установках сбраживания городских и промышленных сточных вод (более 100 новейших установок); на мощных комбинированных установках (фабриках) по переработке отходов продукции сельского хозяйства, животноводства и пр. (в Дании находится 18 таких установок из 50 во всей Европе).

Биогаз используется в быту, в водонагревателях, паровых котлах, дизель-генераторах, производящих электроэнергию, и др.

Широкое распространение получили электростанции, на которых сжигаются твердые бытовые производственные отходы (ТБО) городов (США, Дания), а также электростанции, работающие на биогазе свалок (Италия, Франция).

Начинают внедряться электростанции, в топках которых сжигается древесина, отходы лесопереработки (страны Скандинавии) как при прямом сжигании этих отходов, так и через их газификацию с последующим сжиганием полученного газа.

2.5. Невозобновляемые источники энергии

К нетрадиционным невозобновляемым источникам энергии в первую очередь относят термоядерную энергетику и магнитогидродинамические генераторы.

Термоядерная энергетика. В процессе исследования ядерных реакций было обнаружено, что целесообразно не только делить атомное ядро урана или плутония, но также и соединять тяжелые атомы водорода (дейтерий, тритий). При этом образуется благородный газ – гелий. При слиянии (синтезе) тяжелых ядер водорода высвобождается громадная тепловая энергия, превышающая энергию деления атомного ядра в расчете на 1 кг атомов.

На рис. 2.16 показана схема основных технологических контуров термоядерного реактора, работающего на смеси дейтерия (D) и трития (Т).

Энергия термоядерных реакций, происходящих в плазме, выделяется в виде энергичных нейтронов (14,1 МэВ) и энергичных ионов гелия – альфа-частиц (3,5 МэВ), поглощается специальным устройством, окружающим плазму, – бланкетом, снимается теплоносителем первого контура охлаждения и используется для получения электроэнергии. Реактор требует снабжения дейтерием и литием. Тритий нарабатывается из лития в процессе работы реактора.

Магнитогидродинамические генераторы. Область науки, изучающая взаимодействие между магнитным полем и токопроводящими жидкостями и газами, называется магнитной гидродинамикой. Поэтому генераторы, работающие на плазменном проводнике, получили название магнитогидродинамических генераторов – МГД-генераторов (рис. 2.17).

Интерес к МГД-генераторам заключается в том, что с их помощью можно получать электроэнергию без движущихся машин. Газы нагреваются в камере сгорания 3 МГД-генератора до температуры 5000–7000 °С, т.е. до состояния плазмы, способной к электропроводимости, и проходят с огромной скоростью через магнитное поле магнита 2, в результате чего возбуждается электродвижущая сила. С помощью электродов генератора 1 электрический ток поступает во внешнюю цепь 9.

Однако до реализации в промышленных целях необходимо выполнить ряд специфических требований.

Энергопоезд. Учитывая тот факт, что разработка месторождений открытым способом интенсивно начала развиваться в начале ХХ в., в местах с дефицитом источников электроэнергии применялись и другие источники получения электроэнергии.

Так, для питания потребителей горных работ в 1945 г. в поселке Урал (Бородинское угольное месторождение) для получения электроэнергии использовался локомотив с установленной мощностью 1 МВт, а в 1950 г. установлен энергопоезд фирмы «Дженерал мо-торс». Энергопоезд Б-4 (брянского завода ) мощностью 4 МВТ применялся и на разрезе «Назаровский».

Необходимо отметить, что наряду с увеличением энергопотребления на горных работах интенсивно развивалась и инфраструктура района размещения мест отработки месторождений.

Рис. 2.1. Блок-станция с двумя генераторами для освещения одного дома

Рис. 2.2. Основные узлы тепловых электростанций\

Рис. 2.3. Паровая турбина

Рис. 2.4. Технологическая схема КЭС

Рис. 2.5. Схема плотины ГЭС

Рис. 2.6. Гидротурбина ГЭС

Рис. 2.7. Общий вид Саяно-Шушенской ГЭС

Рис. 2.8. Схема приливной электростанции: 1 – капсульный агрегат; 2 – повышающий трансформатор; 3 – козловой кран; 4 – кабельный коридор; 5 – мостовой кран машинного зала

Рис. 2.9. Гидроаккумулирующая электростанция

Рис. 2.10. Атомная электростанция

Рис. 2.11. Упрощенная схема АЭС

Рис. 2.12. Упрощенная схема геотермальной электростанции

Рис. 2.13. Гелиоэлектростанция

Рис. 2.14. Ветровые электростанции

Рис. 2.15. Дизельная электростанция

Рис. 2.16. Основные технологические контуры термоядерного реактора

Рис. 2.17. Схема МГД-генератора: 1 ? генератор; 2 ? магнит; 3 ? камера сгорания; 4 ? сопло; 5 ? подача топлива; 6 ? подача воздуха; 7 ? подача присадки (ионизирующей); 8 ? выход газов; 9 ? внешняя электрическая цепь

3. Электроснабжение горных работ

3.1. Особенности эксплуатации электрооборудования на открытых горных работах