Віртуальна Виставка в області

12.08.2015

п. До поновлюваних джерел енергії відносять також геотермальне тепло, що надходить на поверхню Землі з її надр, низькопотенційне тепло навколишнього середовища, а також деякі джерела енергії пов’язані з життєдіяльністю людини (теплові «відходи» житла, промислових і сільськогосподарських виробництв, побутові відходи тощо)

До серйозних недоліків ВДЕ, що обмежує їх широке практичне застосування, належать невисока щільність енергетичних потоків і їх мінливість у часі і, як наслідок цього, необхідність значних витрат на обладнання, що забезпечує збір, акумулювання та перетворення енергії. Так, наприклад, щільність потоку сонячного випромінювання на поверхні землі опівдні ясного дня становить всього близько 1 кВт/м 2. а її середньорічне значення з урахуванням сезонних і погодних коливань для «сонячних» районів земної кулі не перевищує 250 Вт/м 2.

Разом з тим технології використання різних ВДЕ активно розвиваються в багатьох країнах світу, багато з них досягли комерційної зрілості й успішно конкурують на ринку енергетичних послуг.

За даними Європейської Комісії в 1997 році сумарний внесок відновлюваних джерел енергії в загальне енергоспоживання країн Європейського Союзу становив 5,8% або 82,13 мільйонів тонн нафтового еквівалента (Mtoe, 1Mtoe = 42 ГДж). Для кращого відчуття обсягів споживання зазначимо, що остання цифра приблизно відповідає обсягу сьогоднішнього російського експорту нафти. До 2010 року прогнозується збільшення питомої внеску ВДЕ в сумарне енергоспоживання до 11,5%, або в абсолютних цифрах до 182 Mtoe.

На жаль, по Росії надійна статистична інформація щодо використання ВДЕ відсутня. За експертними оцінками, якщо не брати до уваги велику гідроенергетику, внесок ВДЕ в енергобаланс країни сьогодні практично непомітний. Тим не менш, відповідні дослідження і розробки, спрямовані на просування ВДЕ на ринок, в країні ведуться, і певні успіхи досягнуті.

новий Важливий етап у розвитку нетрадиційної та малої енергетики в Росії пов’язаний з залученням до розробки та виробництва сучасного обладнання найбільших підприємств і конструкторських бюро, у тому числі оборонно-промислового комплексу. В даний час вітчизняними підприємствами освоєно виробництво широкої номенклатури обладнання і установок нетрадиційної і малої енергетики, які можуть знайти застосування і вже використовуються на практиці. У їх числі:

— вітроелектричні установки широкого ряду потужностей — від 100 Вт до 1 МВт;

— широка гамма фотоперетворювачів та модулів сонячних батарей зі строком служби від 5 до 20 років, а також їх систем з акумуляторами і інверторами; — теплові колектори, що використовують сучасні матеріали для корозійно-стійких панелей і оптичних покриттів; — агрегати малих і мікро-ГЕС різних типорозмірів і потужностей від 5 кВт до 3 МВт, які виробляють електроенергію згідно з вимогами Госту, мають повну автоматизацію і забезпечують ресурс не менше 5 років до капітального ремонту, повний ресурс — не менше 40 років; — геотермальні теплові станції блочно-модульного типу тепловою потужністю від 6 до 20 МВт і геотермальні електростанції електричною потужністю від 0,5 до 23 МВт; — газогенерирующие установки тепловою потужністю від 100 кВт до 3 МВт, які забезпечують виробництво паливного газу в обсягах від 70 до 2500 м 3 /год при переробки деревних відходів від 40 до 2200 кг/год; — котельні працюють на деревних відходах потужністю до 5 МВт; — біогазові установки для екологічно чистої безвідходної переробки різних органічних відходів (гній великої рогатої худоби, послід птиці, харчові і тверді побутові відходи), з отриманням палива — біогазу (продуктивністю одиничних агрегатів до 450 м 3 на добу) і екологічно чистих органічних добрив; — різні серії теплових насосів теплопродуктивністю від 100 кВт до 4 МВт з високим відношенням (від 3 до 7) одержуваної теплоти до електроенергії, що витрачається на привід компресора.

Використання енергії біомаси

Первинна біомаса є продуктом перетворення енергії сонячного випромінювання при фотосинтезі. К. п. д. фотосинтезу досить низький (0,2-0,5%). Незважаючи на це, щорічно тільки на території, займаної Росією, продукується до 14-15 млрд. тонн біомаси, енергія якої еквівалентна приблизно 8 млрд. тонн умовного палива.

За оцінками експертів в енергетичних цілях в Росії технічно можливо щороку використовувати до 800 млн. т деревної біомаси, до 400 млн. т (по сухій речовині) органічних відходів (від сільськогосподарського виробництва – 250 млн. т, від лісової і деревообробної промисловості – 70 млн. т), до 60 млн. т твердих побутових відходів міст і до 10 млн. т опадів комунальних стоків.

В залежності від властивостей органічної сировини» можливі різні технології його енергетичного використання.

Для використання сухої біомаси найбільш ефективні термохімічні технології (пряме спалювання, газифікація, піроліз тощо). Для вологої біомаси – біохімічні технології переробки з отриманням біогазу (анаеробне розкладання органічного сировини) або рідких біопалив (процеси зброджування).

Газифікація деревних відходів забезпечує отримання паливного газу, основу якого складає З, Н2 N2 і який може бути використаний в якості газоподібного палива в котельнях, газових турбінах і двигунах внутрішнього згоряння.

У Росії є досвід створення та дослідної експлуатації установок тепловою потужністю від 100 кВт до 3 МВт, які забезпечують виробництво паливного газу в обсягах від 70 до 2500 м 3 /годину, що відповідає обсягам переробки деревних відходів від 40 до 2200 кг/год.

Пряме спалювання деревини добре відомо на побутовому рівні. Технології енергетичного використання деревних відходів постійно вдосконалюється.

Найбільш поширеним є переклад котелень з рідкого палива або вугілля на деревні відходи, що вимагає реконструкції топкових пристроїв і створення необхідної інфраструктури зберігання і підготовки палива.

Серед біохімічних технологій переробки рідких органічних відходів найбільш широке застосування у багатьох країнах світу набула технологія анаеробного (у відсутності атмосферного кисню) розкладання органічної сировини з одержанням біогазу, що складається на 55-60 % з метану.

що Виробляється біогаз відводять з обсягу метантэнка і направляють в газгольдер – акумулятор, звідки газ відбирається по мірі необхідності в основному на цілі теплопостачання прилеглих об’єктів. Біогаз може також використовуватися як паливо в двигунах внутрішнього згоряння для виробництва механічної та/або електричної енергії.

Теплонасосні системи теплопостачання

Теплонасосні системи теплопостачання являються одним з найбільш ефективних доповнень до відомих систем теплопостачання. Теплові насоси знайшли широке застосування для теплопостачання житлових і адміністративних будівель у багатьох країнах світу зі схожими з Росією кліматичними умовами. Розширюється досвід застосування теплових насосів і в нашій країні.

У випарнику теплового насоса тепло невисокого температурного потенціалу відбирається від якогось джерела низькотемпературного тепла і передається низкокипящему робочого тіла теплового насоса. Отриманий пара стискується компресором. При цьому температура пари підвищується і тепло на потрібному температурному рівні в конденсаторі передається в систему опалення та/або гарячого водопостачання. Для того щоб замкнути цикл, пройдений робочим тілом, після конденсатора воно дросселируется до початкового тиску, охолоджуючись до температури нижче джерела низькопотенційного тепла, і знову подається у випарник. Таким чином, тепловий насос здійснює трансформацію теплової енергії з низького температурного рівня на вищий, необхідний споживачеві. При цьому на привід компресора витрачається електрична енергія. Однак при наявності відповідного джерела низькопотенційного тепла кількість тепла, що постачається споживачу в кілька разів перевищує витрати на привід компресора. Відношення корисного тепла до роботи компресора називають коефіцієнтом перетворення теплового насоса, і в найбільш поширених теплонасосних системах він досягає величини 3 і більше.

Вітроенергетичні установки

За експертними оцінками валовий потенціал вітрової енергії в Росії становить 26* 10 6 т. у.т./рік, а економічний– 12,5 * 10 6 т. у.т./рік.

Виданий у 2002р. «Атлас вітрів Росії» дозволяє раціонально вибрати місце установки з техніко-економічними показниками, рекомендованих вітроелектричних установок (ВЕУ).

Найбільш поширеним типом ВЕУ є вітрова турбіна з горизонтальним валом, на якому встановлено робоче колесо з різним числом лопатей – найчастіше 2-3. Багатолопатеву колеса застосовуються в малих установках, призначених для роботи при невисоких швидкостях вітру. Турбіна і електрогенератор розміщуються в гондолі, встановленої на верху щогли. Спектр одиничних потужностей випускаються вітроустановок у світі дуже широкий: від кількох сотень Вт до 2-4 МВт.

Малі ВЕУ потужністю до 100 кВт) знаходять широке застосування для автономного живлення споживачів, і сфери їх використання багато в чому збігаються з фотопреобразователями. Особливо ефективно використання малих установок для водопостачання (підйом води з колодязів і свердловин, іригація). Автономні малі вітроустановки можуть комплектуватися акумуляторами електричної енергії та/або працювати спільно з дизельгенераторами. У ряді випадків використовуються комбіновані вітро-сонячні установки, що дозволяють забезпечувати рівномірну вироблення електроенергії, враховуючи ту обставину, що при сонячній погоді вітер слабшає, а при похмурій – навпаки, посилюється.

Великі вітроустановки (потужністю понад 100 кВт), як правило, — мережеві, тобто призначені для роботи на електричну мережу.

Питома вартість великих ВЕУ сьогодні лежить в інтервалі 800-1000$/кВт, а малих ВЕУ, як правило, вище і збільшується із зменшенням потужності, досягаючи величини 3000 $/кВт (іноді і вище) для установок потужністю від кількох сотень Вт до 1 кВт.

Зараз в Росії рядом виробників випускаються в основному малі вітроустановки потужністю 500 Вт – 16 кВт як для водопідйому, так і виробництва електроенергії. Розроблені ВЕУ потужністю 100 і 250 кВт, кілька таких установок експлуатується в північних регіонах країни. У Калмикії ведуться випробування вітчизняної вітроустановки мегаватного класу. Разом з тим відставання Росії від провідних європейських країн, як в області технологічних розробок, так і в сфері практичного застосування ВЕУ стало очевидним.

Геотермальна енергія

Геотермальне теплопостачання є досить добре освоєної технологією.

У Росії найбільш перспективним регіоном для будівництва ГеоЭС є Камчатка, володіє унікальними геотермальними родовищами. Там діє Паужетская ГеоЭС потужністю 11 МВт(е). В 1999р. введені в експлуатацію 3 блоки по 4 МВт(е) Верхньо-Мутновской ГеоЭС, розпочато будівництво Мутновской ГеоЭС проектною потужністю 250 МВт(е). Температура пароводяної суміші на виході з свердловин для цього родовища становить близько 160 0 С, тиск – 7 бар.

У розвиток геотермальної енергетики Камчатки визначальний внесок вносить спеціально створений для цієї мети ВАТ «ГЕОТЕРМ», Калузький турбінний завод, який розробив і засвоїв у виробництві сучасне спеціалізоване обладнання, що поставляється не лише на Камчатку, але й за кордон.

Є досвід теплопостачання малих міст, селищ, тепличних комплексів і т. п. з використанням геотермального тепла, насамперед, на Камчатці, Курилах і Північному Кавказі. Як перспективні для впровадження геотермального теплопостачання розглядаються Омська і Тюменська області, західна частина Новосибірської області і північна частина Томської області.

Основні проблеми геотермального теплопостачання пов’язані з солеотложением і корозійною стійкістю матеріалів і устаткування, що працюють в умовах агресивного середовища. В цьому зв’язку представляє великий практичний інтерес впровадження двоконтурних систем теплопостачання з використанням ефективного і корозійно-стійкого сучасного теплообмінного обладнання, виготовленого, зокрема з титанових сплавів. Такі теплообмінники і модульні установки геотермального теплопостачання з тепловою потужністю від 6 до 20 МВт розроблені і випускаються, наприклад, Калузьким турбінним заводом.

Порівняно низькотемпературні гідрометрія (15-30 0 С) представляють собою ідеальний джерело низькопотенційного тепла для теплових насосів. Такі джерела є, наприклад, в Новосибірській області, де реалізується програма опалення за допомогою теплових насосів натомість котелень, що працюють на органічному паливі.

Сонячна енергія

Серед широкого спектру технологій використання сонячної енергії для виробництва теплової та електричної енергії в російських умовах найбільший практичний інтерес представляють технології сонячного нагріву води і прямого перетворення енергії сонячного випромінювання в електроенергію за допомогою фотопреоьразователей.

Найпростішим і найдешевшим способом використання сонячної енергії є нагрівання побутової води в так званих плоских сонячних колекторах.

Плоский сонячний колектор являє собою теплоізольований з тильного боку і боків ящик, всередині якого вміщено тепловоспрінімающіе металева або пластикова панель, пофарбована для кращого поглинання сонячного випромінювання в темний колір і закрита зверху світлопрозорим огорожею (один або два шари скла або прозорого стійкого під впливом ультрафіолету пластику). Панель є теплообмінником, по каналах якого прокачується нагрівається вода. Вода направляється в теплоізольований бак гідравлічно з’єднаний з сонячним колектором. За день вода з бака може кілька разів проходити через колектор, нагріваючись до розрахункового рівня температури, що залежить від співвідношення між об’ємом бака і площею сонячного колектора, а також від кліматичних умов. Циркуляція води в замкненому контурі сонячний колектор – бак – сонячний колектор може здійснюватися примусово з допомогою невеликого циркуляційного насоса або природним чином за рахунок різниці гідростатичних тисків в стовпах холодної і нагрітої води. В останньому випадку бак повинен розташовуватися вище верхньої відмітки сонячного колектора.

У Росії число діючих сонячних установок сьогодні досить обмежена. Тим не менш, за останні роки в Росії сформувалося близько десятка потенційних виробників сонячних колекторів та водонагрівачів, які здійснюють випуск досвідчених і дрібних партій.

На жаль, великих замовлень виробники не мають і випускають сонячні водонагрівальні установки від випадку до випадку, в зв’язку з чим ціна на них встановлюється досить високою – в більшості випадків від 150 до 300 $ в розрахунку на 1 кв. м площі колектора.

Фотоелектричні установки знаходять все більш широке застосування як джерело електроенергії для малих і середніх споживачів, що потребують автономного енергопостачання, а в ряді випадків і підключених до електричних мереж.

Для фотоперетворювачів (ФЕП) з монокристалічного кремнію в лабораторних умовах на досвідчених зразках досягнутий ккд 24%; на малих досвідчених модулях – 18%. Для поликристалличческого кремнію ці рекордні значення дорівнюють 17 і 16 %, для аморфного кремнію на досвідчених модулях досягнуті ккд близько 11 %.

В середньому вартість модулів ФЕП потужністю 50-70 Вт на світовому ринку сьогодні знизилася до 4-4,5$/Вт (вартість ФЕП у російських виробників 3,5-4$/Вт). Однак з урахуванням вартості опор, комутаційних пристроїв, системи автоматики та іншого необхідного комплектуючого обладнання, вартість установки в цілому зростає як мінімум вдвічі і може становити до 7-10$/Вт.

У Росії сумарні виробничі потужності з випуску ФЕП за даними виробників становлять кілька МВт в рік. Проте використовуються вони лише в обсязі близько 100 кВт/рік. Вироблені російськими підприємствами ФЕП відповідають міжнародним стандартам і, в основному, поставляються в розвиваючі країни.

Малі гідроенергетичні ресурси

У відповідності з загальноприйнятою міжнародною класифікацією до мікро-ГЕС відносять гідроенергетичні агрегати потужністю до 100 кВт, а до малих від 100 кВт до 10 МВт.

В останні роки досягнуто значний технічний прогрес у розробці малих гідроагрегатів, в тому числі в Росії, що відкриває нові можливості для відродження малої гідроенергетики.

В даний час на російському ринку пропонуються десятки різних типів гідроагрегатів для мікро — та малих ГЕС електричною потужністю від 10 кВт до 10 МВт.

Короткий опис статті: нові джерела енергії

Джерело: Віртуальна Виставка в області
енергозбереження

Також ви можете прочитати