Возобновляемые источники энергии. Краткий обзор. Введение в ветроэнергетику. Альтернативная энергетика – совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии. Альтернативный источник энергии – способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле.
Разновидности альтернативной энергетики: - солнечная энергетика, - ветроэнергетика, - водородная энергетика, - биомассовая энергетика, - волновая энергетика, - градиент-температурная энергетика, - эффект запоминания формы, - приливная энергетика, - геотермальная энергия.
Солнечная энергетика – преобразование солнечной энергии в электроэнергию фотоэлектрическим и термодинамическим методами. Для фотоэлектрического метода используются фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) с непосредственным преобразованием энергии световых квантов (фотонов) в электроэнергию. Термодинамические установки, преобразующие энергию солнца вначале в тепло, а затем в механическую и далее в электрическую энергию, содержат "солнечный котёл", турбину и генератор. Однако солнечное излучение, падающее на Землю, обладает рядом характерных особенностей: низкой плотностью потока энергии, суточной и сезонной цикличностью, зависимостью от погодных условий. Поэтому изменения тепловых режимов могут вносить серьезные ограничения в работу системы. Подобная система должна иметь аккумулирующее устройство для исключения случайных колебаний режимов эксплуатации или обеспечения необходимого изменения производства энергии во времени. При проектировании солнечных энергетических станций необходимо правильно оценивать метеорологические факторы.
Геотермальная энергетика – способ получения электроэнергии путем преобразования внутреннего тепла Земли (энергии горячих пароводяных источников) в электрическую энергию. Этот способ получения электроэнергии основан на факте, что температура пород с глубиной растет, и на уровне 2–3 км от поверхности Земли превышает 100°С. Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции. Прямая схема: природный пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами. Непрямая схема: пар предварительно (до того как попадает в турбины) очищают от газов, вызывающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшийся в результате конденсации, удаляют не растворившиеся в ней газы. Стоимость "топлива" такой электростанции определяется затратами на продуктивные скважины и систему сбора пара и является относительно невысокой. Стоимость самой электростанции при этом невелика, так как она не имеет топки, котельной установки и дымовой трубы. К недостаткам геотермальных электроустановок относится возможность локального оседания грунтов и пробуждения сейсмической активности. А выходящие из-под земли газы могут содержать отравляющие вещества. Кроме того, для постройки геотермальной электростанции необходимы определенные геологические условия.
Ветроэнергетика – это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра (кинетической энергии воздушных масс в атмосфере). Ветряная электростанция – установка, преобразующая кинетическую энергию ветра в электрическую энергию. Состоит она из ветродвигателя, генератора электрического тока, автоматического устройства управления работой ветродвигателя и генератора, сооружений для их установки и обслуживания. Для получения энергии ветра применяют разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров; вертикальные роторы и др. Производство ветряных электростанций очень дешево, но их мощность мала, и их работа зависит от погоды. Наконец, для использования ветряных электростанций необходимы огромные площади, много больше, чем для других типов электрогенераторов.
Отечественная история ветроэнергетики берет начало в 30х годах прошлого века: в 1929 году в Курске начала работать первая в мире ветроэлектрическая станция мощностью 8 кВт, а еще через два года была построена ветряная станция мощностью 100 кВт для снабжения энергией Севастополя. "Расцвет" ветроэнергетической индустрии пришелся на 50-е года ХХ века, когда в СССР производили по 9000 ветроэнергетических установок в год. Однако в дальнейшем развитие гидроэнергетики и нефтедобычи привело к тому, что ветроэнергетические программы были остановлены. На сегодняшний день Россия отстает от других стран как по установленным ветроэнергетическим мощностям, так и по темпам роста отрасли. На конец 2009 года в России было около 17-18 МВт ветроэнергетических установок. Внедрение новых ветроэнергетических мощностей происходит в России достаточно медленными темпами: на конец 2005 года их было — 14 МВт, 2006 — 15.5 МВт, 2007 — 16.5 МВт. В среднем темпы прироста составляют 8% в год, это один из самых низких показателей в мире (в Китае он составляет ~60%, США ~30%, Испании ~20%).
Водородные технологии – пока не существует удовлетворительного способа аккумулировать электроэнергию, но на помощь может прийти водород. Расчеты показывают, что с помощью аккумулирования водорода затраты на производство электроэнергии могут быть снижены примерно на 15% по сравнению с традиционным способом -- АЭС плюс пиковая теплоэлектростанция на водороде. Аккумулировать водород можно не только в сжатом и жидком виде, а и в специально разработанных аккумуляторах водорода. Принцип работы таких аккумуляторов основан на свойстве полиметаллических композиций поглощать водород. Один из видов такого аккумулятора представляет собой емкость из нержавеющей стали заполненную сплавом титана, ванадия и железа. Сплав обладает свойством выделять чистый водород, даже если он аккумулировался с примесью кислорода и влаги.
Волновая энергетика – способ получения электрической энергии путем преобразования потенциальной энергии волн в кинетическую энергию пульсаций и оформлении пульсаций в однонаправленное усилие, вращающее вал электрогенератора. По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м. То есть, при освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии. В механическую и электрическую энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха – до 85 процентов. Приливная энергетика, как и прочие виды альтернативной энергетики, является возобновляемым источником энергии. Для выработки электроэнергии электростанции такого типа используют энергию прилива. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены гидротурбины, которые вращают генератор. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность приливной электростанции зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины. Недостаток приливных электростанции в том, что они строятся только на берегу морей и океанов, к тому же они развивают не очень большую мощность, да и приливы бывают всего лишь два раза в сутки. И даже они экологически не безопасны. Они нарушают нормальный обмен соленой и пресной воды и тем самым – условия жизни морской флоры и фауны. Влияют они и на климат, поскольку меняют энергетический потенциал морских вод, их скорость и территорию перемещения.
Градиент-температурная энергетика. Этот способ добычи энергии основан на разности температур. Он не слишком широко распространен. С его помощью можно вырабатывать достаточно большое количество энергии при умеренной себестоимости производства электроэнергии. Большинство градиент-температурных электростанций расположено на морском побережье и используют для работы морскую воду. Мировой океан поглощает почти 70% солнечной энергии, падающей на Землю. Перепад температур между холодными водами на глубине в несколько сотен метров и теплыми водами на поверхности океана представляет собой огромный источник энергии, оцениваемый в 20-40 тысяч ТВт, из которых практически может быть использовано лишь 4 ТВт. Вместе с тем, морские теплостанции, построенные на перепаде температур морской воды, способствуют выделению большого количества углекислоты, нагреву и снижению давления глубинных вод и остыванию поверхностных. А процессы эти не могут не сказаться на климате, флоре и фауне региона.
Биомассовая энергетика. При гниении биомассы (навоз, умершие организмы, растения) выделяется биогаз с высоким содержанием метана, который и используется для обогрева, выработки электроэнергии и пр. Существуют предприятия (свинарники и коровники и др.), которые сами обеспечивают себя электроэнергией и теплом за счет того, что имеют несколько больших "чанов", куда сбрасывают большие массы навоза от животных. В этих герметичных баках навоз гниет, а выделившийся газ идет на нужды фермы. Еще одним преимуществом этого вида энергетики является то, что в результате использования влажного навоза для получения энергии, от навоза остается сухой остаток являющийся прекрасным удобрением для полей. Также в качестве биотоплива могут быть использованы быстрорастущие водоросли и некоторые виды органических отходов (стебли кукурузы, тростника и пр.).
Эффект запоминания формы – физическое явление, впервые обнаруженное советскими учеными Курдюмовым и Хондросом в 1949 году. Эффект запоминания формы наблюдается в особых сплавах и заключается в том, что детали из них восстанавливают после деформации свою начальную форму при тепловом воздействии. При восстановлении первоначальной формы может совершаться работа, значительно превосходящая ту, которая была затрачена на деформацию в холодном состоянии. Таким образом, при восстановлении первоначальной формы сплавы вырабатывают значительно количество тепла (энергии). Ресурсы альтернативной энергии практически необозримы. Оценка глобального потенциала возобновляемой энергии на поверхности Земли (Терра-Ватты): | Наименование ресурса | Оцениваются как возобновляемые | Ресурсная база | | Солнечное излучение | 1000 ТВт | 90 000 ТВт | | Ветер | 10 ТВт | 1200 ТВт | | Волны | 0,5 ТВт | 3 ТВт | | Приливы | 0,1 ТВт | 30 ТВт | | Геотермальные потоки | - | 30 ТВт | | Биомасса на корню | - | 450 ТВт/год | | Геотермальное тепло | > 50 ТВт | 10-11 ТВт/год | | Кинетическая энергия атмосферных и океанических течений | - | - | Если Вас интересует альтернативная энергетика, «зеленое» электричество или т.н. возобновляемые источники питания, перед тем, как приобретать то или иное устройство, внимательно оцените условия Вашего региона.
Если у Вас постоянно дует ветер, но нет Солнца, -приобретайте ветроэнергетическую установку (ВЭУ)! Если наоборот, ветер дует слабо и редко, зато круглый год солнечные дни – нужны солнечные батареи. Если же нет ни ветра, ни Солнца, но зато рядом гейзеры –необходим геотермальный источник электроэнергии. Если нет ничего из вышеперечисленного, но Вы живете на берегу реки – воспользуйтесь достижениями гидроэнергетики. Если же из окна видно море или океан – можно использовать энергию волн, прибоя, приливов-отливов и т.д. Среди возобновляемых источников энергии ветроэнергетика занимает важное место. По оценкам Pacific Northwest Laboratory (США), площадь, на которой среднегодовая скорость ветра на высоте флюгера (8-10 м) превышает 5,1 м/с, составляет 25% поверхности земли. С учетом экономических, технических, экологических и других ограничений к 2020 г. можно было бы установить ветроэлектростанции общей мощностью около 450 млн кВт со среднегодовой выработкой электроэнергии более 900 млрд кВт/ч в год, что составило бы примерно 3,5% вырабатываемой в мире электроэнергии. В большинстве государств, обладающих значительным ветровым потенциалом и развитой промышленностью, в том числе ветроэнергетической, разработаны и выполняются государственные программы развития ветроэнергетики, осуществляется в разных видах государственная поддержка, действующая до тех пор, пока ветроэнергетика не станет самостоятельным коммерческим способом выработки электроэнергии. Динамика развития ветроэнергетики за последние годы в некоторых странах мира (МВт): | СТРАНЫ | 2003 год | 2004 год | 2005 год | | Германия | 14609 | 16628 | 18427 | | Испания | 6202 | 8263 | 10027 | | США | 6370 | 6740 | 9149 | | Индия | 2110 | 2985 | 4430 | | Китай | 567 | 764 | 1260 | | Япония | 506 | 896 | 1040 | | Франция | 248 | 386 | 757 | | Норвегия | 100 | 276 | 276 | | Россия | 10 | 10,8 | 14 | | Европа | 28 730 | 34 616 | 40932 | | МИР | 39 293 | 47 616 | 58 981 | Расчетную долю ветровой энергии в национальных энергобалансах ряда стран к 2020 г. предусматривается довести до следующих цифр: 50% - Дания, 30% - Германия, 24% - США, 15% - Китай. На 2010 г. доля выработки электроэнергии ветроэнергетическими установками в РФ ничтожно мала (около 0.5%). Идея замены углеродного топлива источниками возобновляемой энергии становится все более популярной. В Швеции, Швейцарии, Австрии, Норвегии, Канаде вклад возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергетику стран уже превысил 25 %. В Польше с 1 января 2001 года энергетическим компаниям предписано обеспечить производство 2,4 % энергии за счет ВИЭ, а к 2010 году указанный норматив будет увеличен до 7,5 %. По программе Министерства энергетики США в ближайшие годы предусматривается удвоение мощности ВЭС по сравнению с 1995 г. и доведение стоимости полученной на них электроэнергии до 2-3 центов Вт/ч. Программой Министерства исследований и технологии Германии предусматривалось в 1997 г. установить ВЭУ общей мощностью более1500 МВт, в 2000 г. - 2000 МВт, а в 2010 - 6000 МВт. Эта программа перевыполняется. В Дании производство электроэнергии на ветроэнергетических установках составляет 3,5% общего энергопотребления страны. В Нидерландах предполагается к 2010 г. довести общую мощность ВЭУ до 2000 МВт, в Финляндии в ближайшие 5-10 лет - 200 МВт, в Австрии - 100, в Индии - 4000, в Испании - 80, в Бразилии - 120 МВт. Недооценка роли ВЭУ в энергетике будущего приводит к отставанию России в развитии сетевой и автономной ветроэнергетики. Россия, Польша, Украина, Чехия в 2010 году замыкают список 37 стран, использующих ветровую энергию, имея нулевые показатели ввода новых мощностей ВЭУ.
Мировой энергетический рынок и цены в ветроэнергетике. Для сравнительного анализа мировых цен на ветроэнергетические установки приведены данные мировых производителей ВЭУ. Необходимо понимать, что чем меньше ветроустановка, тем дороже ее стоимость из расчета на кВт вырабатываемой мощности. Анализ мировых цен показывает, что стоимость ВЭУ зависит от устанавливаемой мощности: - 1...10 кВт - $7-20 за Вт - 10...100 кВт - $3-10 за Вт - 100...1000 кВт - $1-4 за Вт Ветроэнергетические установки мегаваттного класса: | ВЭУ | СТРАНА | МОЩНОСТЬ, МВт | СТОИМОСТЬ УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ, USD/кВт | | Nordex N-54/1000 | Дания | 1 | 8… Продолжение »
|
|
sellerpage.ru