ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Энергетическая безопасность и малая энергетика

Загрузка...

Рис. 1. Классификация энергоустановок малой энергетики

ДВС – поршневой двигатель внутреннего сгорания; ГТУ – газотурбинная установка; ГЭС – гидроэлектростанция.

Общепринятого термина «малая энергетика» в настоящее время нет. В электроэнергетике наиболее часто к малым электростанциям принято относить электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. Обычно такие электростанции разделяют на три подкласса:

  • микроэлектростанции мощностью до 100 кВт;
  • миниэлектростанции мощностью от 100 кВт до 1 МВт;
  • малые электростанции мощностью более 1 МВт.

Наряду с термином «малая энергетика» применяются понятия «локальная энергетика», «распределенная энергетика», «автономная энергетика» и «распределенная генерация энергии (РГЭ)». Последнее понятие определяют как производство энергии на уровне распределительной сети или на стороне потребителя, включенного в эту сеть. В дальнейшем в публикации будет использоваться термин «малая энергетика», как наиболее четкий и позволяющий рассматривать различные сферы применения.
Малая электроэнергетика России сегодня – это примерно 49000 электростанций (98,6% от их общего числа) общей мощностью17 млн кВт (8% от всей установленной мощности электростанций России), работающих как в энергосистемах, так и автономно. Общая годовая выработка электроэнергии на этих электростанциях достигает 5% от выработки всех электростанций страны. Если учесть приведенные данные, то средняя мощность малых электростанций составляет примерно 340 кВт.

Области применения малой энергетики

Несмотря на относительно скромную долю малой энергетики в общем энергобалансе страны по сравнению с большой энергетикой, которой уделяется основное внимание нашей науки и промышленности, значимость малой энергетики в жизни страны трудно переоценить.
Во-первых, по разным оценкам, от 60 до 70% территории России не охвачены централизованным электроснабжением. На этой огромной территории проживает более 20 млн человек и жизнедеятельность людей обеспечивается главным образом средствами малой энергетики.
Во-вторых, обширной сферой применения средств малой энергетики является резервное (иногда его называют аварийным) электроснабжение потребителей, требующих повышенной надежности и не допускающих перерывов в подаче энергии при авариях в зонах централизованного электроснабжения. В-третьих, малая энергетика может быть конкурентоспособна в тех зонах, где большая энергетика до сего времени рассматривалась как безальтернативная. Например, на промышленных предприятиях, когда постоянное повышение платы за подключение к централизованным сетям или за увеличение мощности подталкивает потребителей к строительству собственных источников энергии.
На рис. 1 представлена классификация различных по характеристикам энергетических установок (ЭУ) малой энергетики, которые в настоящее время широко распространены на энергетическом рынке России.
Рассмотрим возможности и перспективы использования ЭУ различного вида в указанных выше основных сферах их применения, а также современное состояние малой энергетики, её характерные проблемы и возможности в обеспечении надежности электроснабжения и ЭБ.

Зоны децентрализованного энергоснабжения

В зонах децентрализованного энергоснабжения роль малой энергетики в обеспечении ЭБ является определяющей. Рабочие (постояннодействующие) электростанции малой мощности обеспечивают постоянное электроснабжение объектов, размещенных в регионах, где отсутствуют централизованные системы электроснабжения, или удаленных от этих систем на такое расстояние, что строительство линий электропередачи экономически менее эффективно, чем создание рабочей электростанции. Рабочие электростанции должны обеспечивать потребности объектов в энергии в полном объеме в режиме нормального функционирования и в минимально гарантированном объеме в критических и чрезвычайных ситуациях.
Для таких объектов все аспекты обеспечения ЭБ (наличие на рынке, цена, качество, способ транспортировки, создание запасов топлива; технико-экономические характеристики, ресурс, состояние энергетического оборудования, возможность его замены и модернизации и т.п.) имеют значение не меньшее, чем для объектов большой энергетики. Более того, поскольку зоны децентрализованного энергоснабжения охватывают главным образом северную и северо-восточную часть территории нашей страны с суровым климатом, тяжелыми и дорогими условиями доставки грузов, удаленностью от центров снабжения, а маневрирование ресурсами и мощностью на малых объектах затруднительно, проблемы ЭБ для таких объектов становятся особенно острыми.
Рабочие электростанции являются, как правило, стационарными и прежде всего должны по возможности удовлетворять требованиям большого срока службы и малой удельной стоимости вырабатываемой электроэнергии. Однако рабочие электростанции малой энергетики по этим показателям, конечно, уступают крупным электростанциям централизованных систем электроснабжения.

Дизельные электростанции

Сегодня в малой электроэнергетике преобладающими являются дизельные электростанции (ДЭС). Из 49 тысяч малых электростанций России примерно 47 тысяч являются именно дизельными. Такое широкое применение ДЭС определяется рядом их важных их преимуществ перед другими типами электростанций:

  • высокий КПД (до 0,35–0,4) и, следовательно, малый удельный расход топлива (240–260 г/кВт·ч);
  • быстрота пуска (единицы-десятки секунд), полная автоматизация всех технологических процессов, возможность длительной работы без технического обслуживания (до 250 часов и более);
  • малый удельный расход воды (или воздуха) для охлаждения двигателей;
  • компактность, простота вспомогательных систем и технологического процесса, позволяющие обходиться минимальным количеством обслуживающего персонала;
  • малая потребность в строительных объемах (1,5–2 м3/кВт), быстрота строительства зданий станции и монтажа оборудования (степень заводской готовности 0,8–0,85);
  • возможность блочно-модульного исполнения электростанций, сводящая к минимуму строительные работы на месте применения.

Главными недостатками ДЭС являются высокая стоимость топлива и ограниченный по сравнению с электростанциями централизованных систем срок службы (ресурс).
Российская промышленность предлагает широкий выбор ДЭУ во всем необходимом диапазоне мощностей и исполнений (табл. 1). Однако следует отметить, что наши отечественные установки существенно уступают лучшим зарубежным образцам этой техники прежде всего по массогабаритным показателям, характеристикам шумности и экологическим показателям. Кроме того, например, ДЭУ на базе дизельного двигателя фирмы «Waukesha» P9390G при номинальной мощности 800 кВт имеет удельный расход топлива 0,215 кг/кВт•ч и ресурс до капитального ремонта 180000 ч.
Данные табл. 1 свидетельствуют о том, что все ДЭС мощностного ряда от 315 до 2500 кВт имеют относительно высокие значения моторесурса (32000–100000 часов) и высокие показатели топливной экономичности (значения коэффициента использования топлива 0,33–0,4). Стоимость электроэнергии, вырабатываемой ДЭС, составляет 5–7,5 руб./кВт·ч, а стоимость 1 кВт установленной мощности – порядка 5–6 тыс. руб. В стоимости электроэнергии доля топливной составляющей (для работы на дизельном топливе) доходит до 80–85%.

Список использованной литературы

1. Иванова И.Ю., Тугузова Т.Ф., Попов С.П., Петров Н.А. Малая энергетика Севера: проблемы и пути развития / Под ред. Б.Г. Санеева. - Новосибирск: Наука, 2002. - 180 с.

2. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России / Коллектив авторов // Под общей редакцией П.П. Безруких. - Спб.: Наука, 2002.-314 с.

3. Иванова И.Ю., Попов С.П., Симоненко А.Н., Тугузова Т.Ф. Энергетика Севера России в XXI веке / Энергетика XXI века: Условия развития, технологии, прогнозы // Л.С. Беляев, А.В. Лагерев, В.В. Посекалин и др.; Отв. ред. Н.И. Воропай. - Новосибирск: Наука, 2004. - С. 319-334.

4. Попов С.П., Иванова И.Ю., Тугузова Т.Ф. Возобновляемые источники энергии: эффективность и масштабы использования для потребителей Восточной Сибири и Дальнего Востока // Перспективы энергетики. - 2003. - Том 7. - С. 47-55.

 

Проблемы малой энергетики

 

Автор:

Ханин В.А.

Источник: журнал "Наука и техника"

Рис. 1 Вид панелей солнечной батареи

Рис. 2 Солнечные батареи с концентратором

Рис. 3 Вид традиционного ветрогенератора

Как только человек произошел от обезьяны, его потребности в энергии сильно выросли. Теперь ему нужно было не только добыть пищу, но и приготовить ее, обогреть себя, сделать орудия труда. В первую очередь в качестве энергоносителей человечество освоило то, что буквально лежало под ногами, недаром классическим способом получения огня считается трение друг о друга разнообразных деревянных конструкций. Помимо дров, в ходе истории использовались (и используются сейчас) уголь, торф, масло, парафин, а также многое другое – все, что горит, чем можно запастись и использовать для отопления, освещения, приготовления пищи.

Нужно заметить, что все источники энергии на земле, кроме, разве что, ядерных – результат работы солнца, естественного термоядерного реактора. В процессе эволюции Земли эта энергия была накоплена растительностью и за сотни миллионов лет превратилась в привычные для нас уголь, торф, нефть, газ. Эти энергоносители, в основном, и взяла на вооружение энергетическая промышленность. Но сжигание угля сильно вредит экологии, нефть и газ могут закончиться уже в обозримом будущем, а торф или другая биомасса низкокалорийны и идут на нужды населения. Успешно работают мощные гидроэлектростанции, но плата за это – непоправимый ущерб рекам, на которых они расположены и сельскому хозяйству в их поймах. Впоследствии вошли в строй атомные электростанции, которые при безаварийной работе почти не загрязняют окружающую среду. Однако, как показал опыт, авария на АЭС чревата серьезными последствиями.

Современный человек ассоциирует энергию прежде всего с электричеством. Электрическая энергия - это то же тепло от сгорания газа, угля или урана в ядерном реакторе, только преобразованное в удобный для транспортировки и использования вид. То, что мы сейчас относим к альтернативной энергетике, уже давно было освоено: вспомните ветряные и водяные мельницы, парусные суда или обыкновенные бочки с водой, стоящие на даче в летний солнечный день. Поэтому деление источников энергии на традиционные и альтернативные во многом условно. Альтернативные источники энергии считаются таковыми прежде всего потому, что их в балансе мировой энергетики гораздо меньше, чем традиционных, как правило не более 30% у самых развитых в этом отношении стран.

Основными направлениями в альтернативной энергетике считаются использование энергии солнца, ветра, гидроэнергетики малых рек, энергии биогаза, энергии приливов и геотермальной энергии. Последние два способа получения энергии уже давно и успешно используются, поэтому подробнее расскажем лишь о тех, которые могут быть интересными для мелких и домашних хозяйств, и прежде всего в аспекте получения электрической энергии.

Солнечная энергия

Есть место, где энергия светового излучения солнца занимает лидирующие позиции. Это космос. Здесь солнечным батареям не мешают ни погода, ни короткий солнечный день. В открытом космосе около Земли на один квадратный метр полупроводниковой солнечной батареи приходится приблизительно 1,4 кВт световой энергии солнца. Это и позволяет сотням искусственных спутников бесперебойно выполнять свои разнообразные задачи. Если же с этими батареями опуститься на землю, то придется считаться с рядом факторов, которые существенно понизят их отдачу, а в некоторых случаях вообще сделают их использование невозможным. Прежде всего, часть световой энергии солнца поглотит даже самая чистая атмосфера. И чем ниже солнце над горизонтом, тем больший путь проходят в атмосфере его лучи и тем меньше их остается нам. Это делает малоэффективной установку солнечных батарей в высоких широтах, несмотря на то, что там полгода длится полярный день.

Особенности климата заставляют применять солнечные батареи в тех местах, где больше солнечных дней в году, конечно, если речь идет о промышленном получении энергии этим способом. Для мелких хозяйств, скорее всего, такая энергетическая установка будет невыгодна, за исключением случаев, о которых будет сказано дальше.

Солнечные батареи чаще всего выпускаются в виде плоских панелей (рис. 1), которые удобно устанавливать, например, на крышах домов. Они состоят из плоской основы, на которой закрепляются фотоэлементы. Один такой элемент дает довольно низкое напряжение, поэтому несколько элементов соединяются последовательно или параллельно для увеличения соответственно напряжения или тока. Фотоэлементы таких батарей чаще всего изготавливаются из кремния. Дороговизна таких панелей подтолкнула к тому, что появился другой их вид: здесь сам генерирующий элемент выполнен на поверхности трубки, а солнечный свет концентрируется на них с помощью отражателей, называемых концентраторами. Концентратор может быть параболической или другой формы (рис. 2). В этом случае на фотоэлементе создается очень большая плотность излучения, и трубка нуждается в постоянном охлаждении, для чего через нее пропускают воду или другое охлаждающее вещество. Сам фотоэлемент изготавливается уже из других материалов, способных работать при мощных излучениях. В солнечных батареях с концентраторами сам фотоэлемент имеет меньшую площадь, чем в плоских панелях, а потому при одинаковой мощности такая батарея будет иметь меньшую стоимость. А возможно и наоборот, использование более дорогих и эффективных фотоэлементов в солнечных батареях с концентраторами обеспечит большую мощность при той же цене.

Эффективность обычных плоских солнечных панелей заметно повышается, если снабдить их устройством слежения, которое направляет их точно на Солнце. Батареи с параболическими концентраторами вообще без такого устройства работать не будут.

Преимущество солнечных батарей состоит в том, что они превращают свет непосредственно в электрическую энергию, здесь нет ни нагрева воды, ни движущихся элементов, если не считать относительно простых устройств слежения, они бесшумны и не выбрасывают вредных веществ. Однако с их экологической чистотой можно поспорить: для изготовления материалов солнечных элементов требуется напряженная работа химической промышленности.

Другим недостатком полупроводниковых солнечных батарей является их низкий коэффициент полезного действия, порядка 10 – 15 процентов, остальная энергия солнечного света либо отражается, либо уходит на нагрев элемента, а нагрев в свою очередь еще больше понижает КПД. Различные фирмы и группы ученых сейчас заявляют об изобретении новых материалов для солнечных батарей с более высоким КПД (более 30%), но в массовом производстве они пока не замечены.

Наряду с непосредственным преобразованием солнечного света в электричество есть огромное количество проектов, где на солнце нагреваются вода или воздух, например, в одном из таких проектов предлагается часть пустыни Сахара покрыть крышей, под которой будет сильно нагреваться воздух, затем он будет выходить через огромной высоты трубу. При этом в трубе должна возникать мощная тяга, которая сможет вращать турбину. Это, конечно, сложнее обычных плоских панелей, но такие проекты могут быть гораздо выгоднее и экологически чище, к тому же их можно разместить в тех местах, которые могут быть непригодными для других видов хозяйства, например, в той же Сахаре или зоне радиоактивного заражения чернобыльской АЭС. О том, как солнце используется для нагрева воды, умолчим, ведь любой сельский житель об этом знает.

Энергия ветра

Также довольно широко используется, поскольку считается относительно дешевой. Целые леса ветрогенераторов можно встретить в Европе и Америке.

Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее – от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт·ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.

Как известно ветрогенератор - это большая машина. Можно даже сказать - грандиозное сооружение. Но любое сооружение невозможно построить без строительной техники, такой как экскаваторы, бульдозеры, краны,телескопические погрузчики. Вся эта техника очень нужна и незаменима при строительстве любых строительных объектов.

Для ветрогенератора с длиной лопасти три метра при скорости ветра 5 м/с полученная энергия составит 2280 Ватт·с, энергия при той же скорости ветра в течение часа - 2,28 КВт·ч. Однако воздушный винт ветрогенератора никогда не уловит всю эту энергию, поэтому реальная его мощность будет меньше в два – три раза.

Самый традиционный ветрогенератор изображен на рис. 3. Конструкция установлена на мачте, высота которой в зависимости от типа и мощности генератора может составлять от нескольких до нескольких десятков метров. Под действием ветра приходит во вращение воздушный винт. Внутри корпуса находится сам генератор, редуктор, повышающий обороты, и другие элементы, обеспечивающие работу генератора. Он может вращаться на мачте, подстраиваясь под изменяющееся направление ветра. Генератор дополняется модулем, где располагается электронное оборудование, которое служит для создания стабильного напряжения, пригодного для питания всевозможных бытовых приборов, а также обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи.

Если говорить о ветровой энергетике для сельского подворья или дачи, то средняя мощность такого ветряка может быть равной одному киловатту. Это позволит включить несколько ламп, холодильник и телевизор, но для нагревательных приборов энергии может уже не хватить.

Недостатки ветряных электростанций – слабая отдача энергии при низких скоростях ветра и шум. Поскольку мощность ветрогенератора пропорциональна кубу скорости ветра, при ее уменьшении в два раза мощность уменьшится в восемь раз. Мощные же ветроэлектростанции излучают инфразвуковые волны, которые не слышны, но действуют отрицательно на человека, прежде всего, на его нервную систему, приводя к повышенной утомляемости и другим расстройствам.

Поскольку ветер дует не всегда, для постоянной работы ветровой энергетической установки нужны мощные аккумуляторы, которые накапливают энергию в ветреное время и отдают ее во время штиля. Это же касается и солнечных батарей.

Энергия малых рек

Существует огромное множество прудов, созданных для разведения рыбы. Многие из них из-за невыгодности уже не используются по своему назначению. Они уже перегорожены плотинами, поэтому весь возможный ущерб природе здесь уже причинен и ничто не мешает установить на этих плотинах гидротурбины небольшой мощности. Правда, этому, как всегда, мешает недостаток денег, но при правильном расчете эти затраты обычно окупаются. Несмотря на относительно малую мощность, от единиц до десятков киловатт, у такой энергетической установки будут преимущества перед солнечной батареей или ветряком. Поток воды через нее достаточно стабилен во времени, что позволит отказаться от мощных аккумуляторных батарей.

Отдача от такой электростанции зависит от расхода воды в реке и от высоты падения воды.

Ее недостатками могут быть трудности работы зимой и при спуске воды в водоеме, а также повышенный шум.

Чтобы не тратить больших денег на приобретение водяной турбины, ее подобие вполне можно построить силами, скажем, местной МТС. Малая гидроэлектростанция, наверное, не покроет всех потребностей в электроэнергии, но сама себя окупит и послужит небольшим (а, возможно, и большим) подспорьем хозяйству.

Получение биогаза

Это по сути альтернативный способ сжигания топлива биогенного происхождения, то есть древесины, соломы и просто бытовых отходов. Сейчас проектами получения биогаза интересуется промышленность, а использование его частными лицами и мелкими хозяйствами – большая редкость.

Биогаз получают в специальных реакторах, где отходы под действием бактерий разлагаются с выделением смеси метана и углекислого газа. Иногда не требуется даже постройка реакторов: отходы можно насыпать в большую яму, покрыть слоем грунта, не забыв при этом сделать устройства для вывода газа. Затем образовавшийся газ можно накапливать и сжигать на электростанциях как обыкновенный природный газ.

Плюсы такого альтернативного сжигания – получение относительно дешевого топлива, уменьшение вреда экологии, частичное решение проблемы бытовых отходов, ведь после откачки газа оставшуюся массу можно использовать в качестве удобрений, конечно, если она содержит в себе только биогенные отходы без токсичных компонентов.

Практические варианты

Многим хотелось бы иметь у себя на даче солнечную батарею или, например, ветряк и не зависеть от энергетических компаний с их все повышающимися тарифами. Но в каждом конкретном случае, в зависимости от климата, возможностей и целей, нужно выбрать самый выгодный вариант. Если нужна большая мощность, например, для обогрева дома зимой, больше всего подойдет ветровой генератор, при этом аккумуляторы могут вообще не понадобиться. Если нужен резервный источник тока, то наоборот, главное – аккумулятор, а чтобы обрести некоторую независимость от энергетических компаний, придется комбинировать солнечные батареи с ветряками и аккумуляторами, а если есть возможность - обратить внимание на местный пруд, объединиться с соседями и установить миниатюрную гидроэлектростанцию.

Промышленные ветрогенераторы, скорее всего, будут дороги для простого сельского жителя, а чтобы получить сколько-нибудь значительную мощность от солнечных батарей, придется выложить почти астрономическую сумму денег. Небольшой ветряк можно изготовить и самостоятельно, подавляющее большинство ветряков на личных подворьях – самодельные. Как правило, в них используются генераторы от тракторов или грузовых машин. Эти генераторы рассчитаны на напряжение бортовой сети – 12 вольт, кроме того, оно будет зависеть от скорости ветра, поэтому чтобы от ветряка могли питаться стандартные бытовые приборы, генератор обязательно должен быть дополнен преобразователями напряжения и стабилизаторами.

При этом, правда, чаще всего полностью обеспечить себя собственным электричеством не получится, а если и получится, то это электричество может оказаться дороже, чем казенное.

Приведем пример: стоимость самодельного ветряка, если основные детали купленные, может составить 1000 грн., без учета затрат на ремонт в течение срока эксплуатации. Срок эксплуатации – 5 лет. Среднегодовая выработка электроэнергии – 1000 КВт·ч, или 5000 КВт·ч в течение всего срока эксплуатации. Цена одного киловатт-часа составит 20 копеек. Цифры эти весьма приближенные и оптимистические, так что можно сказать, что для получения более дешевого электричества, чем в промышленности, нужно будет сильно потрудиться. Все-таки в промышленной энергетике достигаются более высокие КПД, ее работа точно рассчитана, научно и экономически обоснована. Если же упомянуть ветряки заводского изготовления, то при той же мощности их цена будет раз в десять выше, а срок эксплуатации - всего раза в три. Соответственно, и цена киловатт-часа будет выше в три раза.

На сегодняшний день проекты постройки малых электростанций, работающих на энергии воды, ветра и солнца, могут быть выгодны главным образом в тех районах, куда трудно или невыгодно проводить линии электропередачи. Но если промышленность начнет массовый выпуск недорогих мини-электростанций, население сочтет их приобретение выгодным, а цены на традиционные энергоносители будут и дальше повышаться ударными темпами, у миниатюрной энергетики есть реальные шансы найти свою нишу.

Окончание

Приливные электростанции (ПЭС).Общий потенциал использования приливной энергии мирового океана оценивается в 800 ГВт, что может обеспечить до 15% мирового энергопотребления. В настояшее время действует ПЭС Ранс во Франции (249 МВт), Аннаполис - в Канаде (20 МВт), три ПЭС - в Китае, одна - в Корее, а также Кислогубская ПЭС (400 кВт) в России.

В России есть большие возможности для строительства приливных станций. По расчетам ученых, лишь в Европейской части и на Дальнем Востоке нашей страны от энергии прилива может быть получено более 120 ГВт мощности.

Специалистами Научно-исследовательского института энергетических сооружений разработана для приливных электростанций принципиально новая, ортогональная турбина, не имеющая аналогов в мире. Ими подготовлены также предложения по строительству на базе типового блок-модуля, с использованием ортогональной турбины, Тугурскую ПЭС (мощностью 8 млн. кВт) и Мезенской ПЭС (11,4 млн. кВт). Использование новой турбины на этих ПЭС позволиет уменьшить капитальные вложения на их сооружение на 17 %, по сравнению с затратами на ПЭС с осевыми капсульными агрегатами.

Энергоустановки с использованием топливных элементов (ТЭ).В последние годы во многих странах высокими темпами развивается электрохимическая энергетика с использованием водорода и топливных элементов. Высокая эффективность ТЭ, отсутствие движущихся частей, шума, экологическая чистота вызывают всё больший интерес к таким установкам.

Рынок топливных элементов в США, например, за последние 5 лет вырос с 218 млн. до 2,4 млрд. долларов, при среднегодовом росте 62 %. Большое внимание использованию топливных элементов уделяют Европейский союз, Япония и Англия. В Японии, например, планируется создать до 2010 г. энергоустановок на топливных элементах общей мощностью 2000 МВт. В Великобритании с помощью регенеративных топливных элементов планируется выравнивать графики нагрузки.

В США, Германии и Японии создаются комбинированные энергетические установки по выработке электроэнергии и тепла с использованием топливных элементов, ГТУ, ПГУ, энергии ветра и солнца, получившие название гибридных энергоустановок (ГИЭУ). Реально достигнутый КПД ГИЭУ в настоящее время составляет 60 %, к 2010 г. намечается достигнуть 70 %, а в перспективе, при комбинированной выработке электрической и тепловой энергии, - 85-90 %.

В России также многие годы успешно ведутся работы по созданию энергоустановок на базе топливных элементов, предназначенных в первую очередь для космических исследований. В последнее время к созданию высокоэффективных энергоустановок на основе топливных элементов, в том числе и гибридных, подключились и наши отраслевые институты. Одним словом, это перспективное направление в энергетике, несомненно, получит дальнейшее развитие и займёт важное место в малой энергетике нашей страны.

Ветроэнергетические установки (ВЭУ).Передовые страны мира определили своей целью увеличить долю выработки электроэнергии ветроэлектростанциями к 2020 году до 12%. При поддержке и поощрении государства ветроэнергетика успешно развивается в таких странах, как: Германия, Дания, США, Великобритания, Испания, Индия. В 2002 году суммарная мощность ветроустановок в мире достигла 31 ГВт, к концу 2003 г. - почти 37 ГВт, в текущем году - более 50 ГВт.

В США, например, мощность смонтированных ветроустановок сегодня составляет порядка шести тысяч МВт, а к 2020 году, в соответствии с принятой программой развития ветроэнергетики в стране, должна достигнуть 80 тысяч МВт.

Россия также обладает огромными ветроэнергетическими ресурсами, особенно на территории Крайнего Севера, Юга России и Дальнего Востока - где использование энергии ветра экономически выгодно. Экономический потенциал ветровой энергии в нашей стране составляет примерно 260 млрд. кВт×ч/год, т.е. около 30% производства электроэнергии всеми электростанциями России.

Первая в мире ветроэлектростанция ЦАГИ Д-30, мощностью 100 кВт была построена в 1932 году в Крыму. Но увлечение масштабными энергетическими проектами в шестидесятые-восьмидесятые годы в нашей стране надолго затормозило развитие малой энергетики.

Тем не мене, в России уже действуют:

• Заполярная ветроэлектростанция мощностью 1,5 МВт (Комиэнерго),

• Куликовская ВЭС - 5,1 МВт (Янтарьэнерго),

• Маркинская ВЭС - 300 кВт (Ростовэнерго),

• Марпосадская ВЭС - 215 кВт (Чувашэнерго),

• ВЭС «Тюпкельды» - 2,2 МВт (Башкирэнерго),

• Чукотская ВЭС на мысе Обсервации - 2,5 МВт (Чукотэнерго),

• ВЭС на острове Беринга - 500 кВт (Камчатскэнерго).

На Калмыцкой ВЭС мощностью 22 МВт (Калмэнерго), из-за отсутствия средств смонтированы пока только 2 ВЭУ «Радуга-1000», а работает одна. На побережье Финского залива в Ленинградской области намечается построить первую в России промышленную ветроэлектрическую станцию мощностью 75 МВт. На её строительство потребуется примерно 100 млн. долларов США.

В настоящее время изучается возможность строительства в Калининградской области "Морского ветропарка", состоящего из 25 ветроустановок по 2 мегаватта каждая, в 500 метрах от берега Балтийского моря. Реализация этого проекта, явится первым шагом в нашей стране по использованию шельфовой зоны моря для возведения ВЭС большой мощности.

Строительство ветроэлектростанций, безусловно, будет продолжаться и дальше, но их сооружение должно осуществляться, прежде всего, в тех местах, где не только хорошие ветра, но и отсутствует централизованное электроснабжение, так как эффективность ВЭС пока мала, а стоимость электроэнергии, произведенной ими, в 3 раза больше, полученной от традиционных источников. Поэтому сроки окупаемости таких станций велики.

Солнечные энергоустановки.На мой взгляд, достойное место в энергобалансе многих регионов нашей страны в перспективе могут занять солнечные энергоустановки, особенно горячего водоснабжения.

Солнечные установки теплоснабженияи горячего водоснабжения наибольшее распространение получили в Краснодарском крае. Одна из первых энергоустановок в крае действует с 1989 г. на крыше издательства "Советская Кубань"(432 коллектора), В пансионате "Лесная поляна" в 1999 г. установлено 68 коллекторов, которые обеспечивают горячее водоснабжение в летнее время. Хорошо себя зарекомендовали солнечные установки горячего водоснабжения Краснодарской краевой больницы и санатория «Лазаревское» в г. Сочи.

Сегодня наиболее перспективными являются солнечные установки теплоснабжения и горячего водоснабжения для индивидуальных потребителей. Стоимость системы горячего водоснабжения и отопления, например, для дома площадью до 250 м2, с использованием солнечных коллекторов, срок эксплуатации которых не менее 30 лет, обойдётся владельцу около десяти тысяч долларов США, или 90 центов в день.

В последние годы в нашей стране не только расширяется производство солнечных коллекторов, но и повышается их качество, снижается себестоимость. Например, солнечные коллектора ОАО «Ковровский механический завод» и ФГУП НПО «Машиностроение» по своим характеристикам не уступают лучшим мировым аналогам. Причём один м2 такого коллектора стоит примерно 170 долларов США.

В области солнечной электроэнергетикинаиболее перспективными признаны фотоэлектрические установки с прямым преобразованием солнечного излучения в электроэнергию с помощью солнечных фотобатарей. Фотоэлектрические модули, преобразующие энергию солнечных лучей в электричество, имеют в своей основе кристаллический или аморфный кремний и, в зависимости от площади модуля, мощность его может достигать 80-1000 и более Вт, а снимаемое напряжение составляет 12, 24, 48 В (табл. 3).

 

В настоящее время в мире наблюдается настоящий бум производства фотоэлементов для прямого преобразования солнечной энергии - в электрическую. Ежегодные темпы их роста за последние годы составили 30 %. В США, их годовое производство достигло 60 МВт, в Японии - 80 МВт, в Германии - 50 МВт. В Германии и США успешно реализуется специальные программы в этой области электроэнергетики.

Однако, солнечная энергия пока дорога и малоэффективна, требует больших затрат на эксплуатацию. Цена электроэнергии на солнечных фотоэнергетических установках хотя и снизилась за последние годы, но всё ещё велика, около 20 центов за кВт.ч.

Энергетические установки с использованием биомассы.В большинстве стран Западной Европы, в США, Канаде, а также в Китае, Индии и Бразилии, большое внимание уделяется использованию биомассы, как источника экологически чистого топлива и энергии.

В России ежегодное количество органических отходов составляет более 390 млн. тонн, в том числе сельскохозяйственных - более 250 млн. тонн. Сегодня у нас имеются интересные разработки энергетических установок для использования энергии биомассы, налаживается производство отечественного оборудование для них.

Но пока мы имеем дело, как правило, лишь с экспериментальными и демонстрационными образцами. Например, на рис. 4 представлена схема биогазоэнергетического модуля БИОНЭ - 1, разработанного ЗАО ЦЕНТР «ЭКОРОС». На его базе построена первая биоэнергетическая мини-тепло-электростанция, с попутным производством органического удобрения, в Агроплемфирме «Искра» Московской области. Одним словом, разработки есть, но дальше опытно-эсперементальных установок дело не идёт. Хотя возможности для использования таких энергоустановок в нашей страны очень велики.

Мусоросжигательные заводы с энергетическими установками.Необходимость переработки во многих регионах постоянно увеличивающихся твёрдых бытовых отходов, настоятельно требует расширения строительства мусоросжигательных заводов с выработкой тепла и электроэнергии.

Сегодня мусоросжигательных заводов, производящих энергию, много в Германии, Японии, Швейцарии, Бельгии и других странах. В России такие заводы, активно стали строиться только в последние 15-20 лет. Они имеются во Владивостоке, Владимире, Москве, Мурманске, Пятигорске, Сочи и Челябинске. Строится такой завод и Санкт-Петербурге. В Москве имеется программа строительства 10 таких заводов. Однако эйфории по поводу дальнейшего тиражирования таких заводов, видимо, не должно быть. И на это имеются серьёзные причины.

Во-первых, сжигание твёрдых бытовых отходов, дело крайне дорогое и, во-вторых, далеко не безвредное. Все такие заводы относятся к опасным производствам, не ниже 2-й категории. Выбрасываемые ими диоксины - являются большой текущей проблемой этих заводов, а загрязнение окружающих территорий тяжёлыми металлами - большой и перспективной, так как избавиться от них не возможно в течение многих лет.

Именно этими причинам вызвано закрытие в последние годы некоторых мусоросжигательных заводов в Англии, Нидерландах, заражение территории вокруг которых диоксинами превышает среднее по стране в 50-100 раз. Такие же проблемы возникли в Польше и других странах. Одним словом, некоторые из этих заводов оказались опасней полигонов для захоронения мусора.

Поэтому решение о строительстве таких заводо

Загрузка...

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти