На теплових електростанціях для отримання енергії використовують природний джерело енергії, і є їх основним ресурсом: на атомних електростанціях основним ресурсом є ядерне паливо, для гідроелектростанцій основним ресурсом є гідроенергетичні ресурси.
Основні ресурси теплових електростанцій
Наведемо характеристику основних типів природного палива.
Якщо зольність вугілля більше 40%, то таке вугілля називають паливними сланцями. Основні складові золи кам'яного вугілля - оксиди кремнію, Fe, Al, зустрічаються деякі рідкісні елементи - германій, ванадій, вольфрам, титан і дорогоцінні метали - Au, Ag.
Основні кам'яновугільні басейни України - Донецький, Західний Донбас і Південний Донбас.
Нафта - паливна копалина, суміш вуглеводнів з іншими органічними сполуками (сірчистими, азотистими, кисневими). Нафта - найважливіше джерело рідкого палива, а також сировини для хімічної промисловості. Мазут - залишок після відгону з нафти бензину і гасу.
Гази природні паливні - природні суміші вуглеводнів різного складу. За способом видобутку поділяються на:
• власне природні гази, що добуваються з чисто газових родовищ, практично не містять нафти;
• попутні гази, розчинені в нафті, видобутих разом з нею;
В гази конденсатних родовищ;
• містять гасові, іноді солярій фракції нафти.
Природне паливо класифікується:
- По агрегатному стані (тверді, рідкі, газоподібні)
- За походженням (природні і штучні, одержувані в процесі переробки природних - кокс, моторні палива, газ коксовий і ін.)
У золі палива містяться мінімальні кількості ванадію (0,001%) і натрію (0,0005%), які є основними корозійними агентами. Для порівняння різних видів палив прийнята умовна одиниця - умовне паливо - 1 т.уп = 7 • 106 ккал - 2,93 • 104МДж. Очевидно, що протікання процесу горіння залежить як від властивостей палив, так і від організації самого процесу горіння.
Властивості палива визначаються його хімічним складом, паливної масою і баластом. Хімічний склад палива прийнято записувати символами елементів: С, Н, O, N, S (табл.2.2). Для вмісту золи і вологи прийняті позначення А і W. Індекси справа зверху показують, до якого палива відносяться дані: м - до робочого палива, з - до сухого, г - до горючої маси, в - в органічної маси. Паливна маса - основні паливні елементи: вуглець (теплота згоряння 34,4 МДж / кг), водень (143 МДж / кг), сірка (9,3 МДж / кг).
Характеристики твердих і рідких палив
Сірка міститься в паливі в 3-х видах: органічна (в складі складних з'єднань), колчеданна (в з'єднаннях з Fe і іншими металами) і сульфатна.
Речовини, що не згорають, разом з вологою палива утворюють баласт палива. Мінеральні домішки, що характеризують зольність, присутні у вигляді силікатів (кремнезем, глинозем, глина), сульфідів (Fe), карбонатів (Са, Mg, Fe), сульфатів (Са, Mg), оксидів металів, фосфатів, хлоридів та інших солей лужних металів в різних поєднаннях, характерних для різних родовищ.
Найважливіша характеристика палива - теплота згоряння. Вища теплота згоряння палива - кількість теплоти, що виділяється в процесі повного згоряння твердого, рідкого або газоподібного палива, коли вся волога палива переходить в продукти реакції горіння. Нижча теплота згоряння менше вищої на ту кількість тепла, яке витрачається на випаровування води, що утворюється в процесі згорання палива, а також вологи, що міститься в ньому.
Основні ресурси атомних електростанцій
Енергетично вигідними є реакції синтезу легких ядер і ділення важких. У реакції синтезу ядер гелію з дейтерію
10й К). Дослідження з керованого термоядерного синтезу велися в установках "токомак".
До важких ядер, що діляться, відносяться природні ізотопи 235U • 232Th і штучні 233U • 239Рu і 241Pu. Єдиний природний ізотоп 235U, що ділиться під дією нейтронів будь-якої енергії, називається первинним ядерним паливом, інші ізотопи - вторинне ядерне паливо. Поділ ядер урану супроводжується виділенням близько 200 МеВ в результаті 1 реакції або 20 МВт / год пального.
Перша АЕС побудована і запущена в СРСР в м.Обнінськ потужністю 5МВт в 1954 році. Це АЕС на теплових (повільних) нейтронах. Її дія заснована на реакції
У процесі поділу утворюються вторинні нейтрони, вступають в нові реакції, підтримуючи протікання ланцюгової реакції поділу ядер. Уламки, що утворюються нестійкі і діляться самі до утворення стійкого ядра. Такі реактори використовують приблизно 1,5% енергії палива. В процесі взаємодії ядерного палива з швидкими нейтронами використовується до 50% енергії палива, одночасно створюється штучне ядерне паливо. Перша АЕС на швидких нейтронах побудована в 1973 році в М.Шевченко на Мангишлак. У такому реакторі паливо використовується повільніше, ніж виробляється нове паливо (239Ри або 233U) (такий реактор називається реактор-розмножувач або бридерів):
Для роботи електростанції потужністю 1000 МВт протягом 1 доби потрібно 750 т вугілля, 400 т нафти або 250 г 235U.
Уранова руда складається з трьох ізотопів: урану-233, -235, і - 238; і тільки уран-235 підходить як паливо для ядерних електростанцій. В процесі виробництва енергетичного палива спочатку до складу руди входить не більше 0,7% урану-235. У процесі збагачення руди концентрація цього ізотопу збільшується до 90%.
гідроенергетичні ресурси
Гідроенергетичні ресурси - це запаси потенційної енергії річкових потоків і водоймищ. Технічно доцільними для використання на території України можуть бути гідроенергетичні ресурси Дніпра - 46%; Дністра і Тиси - по 20% і на всі інші річки України - 14%. Особливо велике значення ГЕС Дніпровського каскаду мають для водопостачання маловодних районів Центру і Півдня країни. В цілому з ресурсів штучних накопичувачів води на Дніпрі забезпечується 35% промислової та комунально-побутової потреби країни.