Типы фотоэлектрических преобразователей

Автономные фотоэлектрические преобразователи предназначены для автономного энергоснабжения объекта - объектов, удаленных от основных линий электропередачи (в труднодоступных местах, куда затруднена или экономически невыгодна прокладка линий). Их мощность колеблется в пределах 0,01-100 кВт.

Фотоэлектрические станции, подключенные к электрическим сетям, отдают выработанную энергию в сеть, откуда она распределяется потребителям. Такие системы, установленные в городе, могут обеспечивать электричеством здание и компенсировать энергодефицит при пиковом энергопотреблении в полуденное время. Их мощность достигает нескольких МВт.

Резервные фотоэлектрические преобразователи подключается к сетям централизованного электроснабжения и в случае отключения электроэнергии.

Солнечный коллектор

Солнечный коллектор – установка, использующая энергию солнечной радиации для нужд отопления и горячего водоснабжения. Различают несколько типов солнечных коллекторов: плоские, с концентраторами, промышленные, вакуумные и комбинированные. Для использования солнечного коллектора в условиях отрицательных температур перспективным является вакуумный коллектор, имеющий высокий КПД.

Поглощает радиацию в солнечном коллекторе специальная поверхность, соединенная с медными трубками, по которым циркулирует теплоноситель. Теплоноситель, проходя по всей площади коллектора, нагревается и попадает в резервуар, где отдает тепло через теплообменник в бак - аккумулятор тепла. Коллекторы и трубопроводы имеют хорошую теплоизоляцию, уменьшающие потери энергии. Вся эта конструкция находится в стеклянных вакуумированных трубках. Стекло обладает высокой степенью химической стойкости, теплостойкости и ударной прочности. В кольцеобразном пространстве между внутренней и наружной трубами создается вакуум для эффективного уменьшения потери тепла. Такие трубки функционируют в пасмурную погоду и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло. Благодаря этому коллектор сохраняет до 95% тепловой энергии.

Солнечный коллектор позволяет поддерживать положительную температуру в здании зимой и удовлетворять потребности в горячей воде летом, а кроме того экономить электроэнергию. Однако минимальная мощность гелиосистемы должна быть не ниже 100 Вт/м2. В зависимости от солнечной радиации и температуры окружающей среды КПД солнечного коллектора может быть от 20 до 65%. При ярком солнце - до 650 Вт/м2, а в пасмурную погоду – порядка 10 Вт/м2.

Применение такой системы поможет сократить затраты на отопление на 30%, на горячее водоснабжение – на 70%. В климатических условиях средней полосы России солнечные водонагревательные установки могут эффективно использоваться в течение 6-7 месяцев в году (с марта по сентябрь) - в частных домах, мини-отелях, на базах отдыха, а также как резервный источник горячей воды в больницах, детских садах, на автомойках, АЗС и т.д. В летнее время солнечная установка из 2-3 м2 солнечных коллекторов будет обеспечивать ежедневный нагрев 100 л воды до температуры не менее 45 0С с вероятностью 70-80%.

Энергия биомассы

На территории Российской Федерации имеется огромное количество сырья для генерации энергии из биомассы. Только в результате деятельности сельскохозяйственных и животноводческих предприятий ежегодно вырабатывается около 250 млн. тонн органических отходов, из которых можно получить первоклассное биотопливо.

В условиях Белгородской области особенно перспективным направлением является переработка отходов агропромышленного комплекса. Суммарный годовой объем отходов отраслей птицеводства, свиноводства и разведения КРС в регионе превышает 15 миллионов тонн. Белгородская область является крупнейшим в России производителем мяса птицы и свинины. На территории региона, которая составляет 1% территории страны, уже производится порядка 1,2 тыс. тонн в год мясной продукции, т.е. 25% всего российского производства.

Интенсивное развитие животноводства и птицеводства привело к появлению проблемы переработки сельскохозяйственных отходов. Между тем, энергетический потенциал переработки отходов составляет более 200 МВт электрической мощности, 80 млн. кубометров биогаза в год. Производимых на территории региона отходов достаточно для самообеспечения всей инфраструктуры животноводческих и птицеводческих комплексов энергией, теплом, топливом, а также для получения собственных высококачественных органобактериальных удобрений, способных обеспечить высокие урожаи, восстановить урожайность почвы. Таким образом, природный потенциал Белгородской области достаточен для того, чтобы развивать возобновляемую энергетику. И биогазовые установки - отличное решение этой задачи.

Биогазовая энергетика – надежная и экономически выгодная альтернатива магистральному природному газу и централизованному электроснабжению. Сырьем для производства биогаза могут стать отходы животноводства, растениеводства, пищевой промышленности и канализационные стоки.
Органические отходы перерабатываются в биогаз на биогазовой установке.

При этом вы получаете:

• несколько видов энергоресурсов: электроэнергию, тепло, газ, моторное топливо
• решение проблем утилизации органических отходов с разделением их на чистую воду, биогумус и минеральные удобрения с высоким содержанием азотной и фосфорной составляющей
• независимость от растущих тарифов и возможных сбоев в поставках газа и электроэнергии

• Расчетный срок службы - до 40 лет.
• Срок окупаемости - от 3 до 7 лет (при условии комплексного использования конечной продукции)
• Себестоимость производства тепла и электроэнергии - 0,5-0,6 руб. за кВтч

Процесс получения биогаза из органических отходов позволяет предотвратить выброс в атмосферу метана, который в 20 раз сильнее влияет на парниковый эффект, чем углекислый газ, и находится в атмосфере порядка 12 лет. Производство 1000 м куб. биогаза обеспечивает замещение 10 т выбросов СО2. Помимо выбросов метана, накопление органических отходов ведет к проблемам окисления почв, отчуждению сельскохозяйственных земель и загрязнению грунтовых вод. Переработка отходов АПК в биогаз и удобрения решает эту проблему.

Работа биогазовой установки непрерывна и регулируется автоматикой.

Все компоненты подаются в приёмные резервуары. После смешивания сырьё поступает в ферментаторы через теплообменники, находящиеся в насосной станции. В результате процесса ферментации вырабатывается биогаз, который подаётся в резервуары дображивания, где завершает процесс ферментации. Газ через систему охлаждения и очистки поступает в блочную ТЭЦ, где вырабатываются электроэнергия и тепло, а продукт ферментации (биологические удобрения) — в хранилище удобрений.

В результате технологического цикла образуются биогаз и биологические удобрения. Биогаз – горючая смесь газов, образующаяся при разложении органических субстанций в результате анаэробного микробиологического процесса (метанового брожения). Количество биогаза зависит от состава субстратов и содержания в них органических веществ. На 1 м3 биогаза производится от 2 до 4 кВт э/э. Химический состав биогаза: 50-87 % метана, 13-50 % углекислого газа, незначительные примеси водорода, сероводорода и аммиака. В результате очистки получается биометан, который является аналогом природного газа. 10-15 % образующегося биогаза идет на обслуживание ферментатора (поддержание температуры 35-40 0С). Из оставшегося биогаза вырабатывается электрическая и тепловая энергия.

Химический состав биогаза:

Содержание веществ в сырой массе удобрения	кг/тонну
Азот общий	5,1
Азот органический	2,15
Азот активный (NH4-N)	3,05
Р205 Р=0,96 кг/тонну	2,20
К2О K=3,8 кг/тонну	4,60
MgO Mg=0,18 кг/тонну	0,30
Органические вещества, вода и микропримеси	Остальное

Преимущества биоудобрений перед другими органическими удобрениями (навозом, пометом, торфом)

• Высокий коэффициент усвояемости растениями
• Отсутствие семян сорняков, приводящих к потере урожая
• Отсутствие патогенной микрофлоры
• Наличие микрофлоры, способствующей интенсивному росту растений
• Отсутствие адаптационного периода для эффективного воздействия
• Стойкость к вымыванию из почвы питательных элементов
• Максимальное сохранение и накопление азота
• Высокая экологичность.
  

Водородная энергетика

Водородная энергетика — развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к нетрадиционным видам энергетики. Водород как источник энергии

Вопросы альтернативной энергетики, поисков экологически чистого и высокоэффективного дешевого энергоносителя, легкодоступного и практически неисчерпаемого источника энергии давно и прочно заняли ведущее место в перечне проблем, влияющих на перспективу дальнейшего не только развития, но и существования всего человечества.

Один из энергоносителей, отвечающий многим этим требованиям, давно известен – водород. Водородная энергетика обладает огромным потенциалом и на это есть множество причин.

Запасы водорода неисчерпаемы и легкодоступны и автоматически возобновляемы, что устраняет затраты на поиск и разработку месторождений, а также на восполнение заменителями изъятых объемов при подземных разработках и на использование или восстановление отработанных пород:

· во-первых, основное "месторождение" – вода, разложение молекул которой дает чистый водород. Источниками водорода могут быть уголь, газ, биомасса – как отходов, так и живых растений. У некоторых представителей группы зелёных водорослей, например, Chlamydomonas reinhardtii, при нехватке кислорода и серы резко ослабевают процессы фотосинтеза, и начинается бурная выработка водорода. Этот эффект обнаружил в конце 90-х годов прошлого столетия исследователь из Беркли, Анастасиос Мелис.

· во-вторых, в результате сгорания водорода с доступом кислорода образуется снова вода, побочных продуктов сгорание не дает, нет не сгоревших частиц пепла, запыляющих атмосферу, нет выбросов вре дных газообразных соединений типа углекислого газа (парниковых газов).

Не последнее слово среди преимуществ водородной энергетики играют и энергетические показатели водорода. Теплота сгорания водорода наиболее высока, энергоотдача водорода при соединении с кислородом составляет 120,7 ГДж на тонну. Эффективность сгорания, в частности в двигателе внутреннего сгорания, у водорода на 30-40 % выше, чем у используемых сейчас углеводородов (производные нефти, природный газ). Водород в топливных элементах при использовании на транспорте имеет эффективность на 100-200 % выше, чем бензин. Применение в двигателях внутреннего сгорания благодаря уникальным свойствам водорода, дает возможность повысить по сравнению с бензиновыми двигателями КПД двигателя на 50-70 %.

Вторым достоинством водородной энергетики является экологичность. В процессе сгорания водорода образуется самая обыкновенная вода, которая безопасна для окружающей среды. При использовании в качестве топлива водородометановых смесей резко снижается токсичность выбросов: при сгорании смеси с содержанием водорода 20-40 % по объёму (5-10 % по весу) токсичность выбросов в 2-4 раза меньше, чем при сгорании безводородного топлива, при этом на 35-40 % уменьшается эксплуатационный расход топлива и на 20-25 % увеличивается эксплуатационная экономичность. При работе двигателей, использующих смеси с долей водорода 20 %, выполняются нормы Евро-4, а с долей 44-48 % – Евро-5. Правда, ради объективности, стоит упомянуть о том, что современные технологии промышленного производства водорода не отличаются высокой экологичностью, но в общем от внедрения водородной энергетики природа все-таки будет в выиграше.

Взяв к вниманию только эти преимущества водорода можно без доли сомнения констатировать, что у водорода огромное будущее, и в первую очередь – в качестве источника энергии. Мировая промышленность живо отреагировала: производство водорода ведется уже достаточно давно. Водород используют не только для потребностей отдельных производств (аммиака, метанола, мыла и пластмасс, маргарина из жидких растительных масел, упаковочного газа, для атомно-водородной сварки), но и в качестве энергоносителя – и в виде топливных элементов и как непосредственного топлива, в частности, ракетного, а в последние десятилетия – топлива для легкового, грузового и пассажирского транспорта.

США, Япония, страны Евросоюза уже более 30 лет постепенно переводят на водород все: крупные предприятия, автомобили, автобусы. В Лондоне в настоящее время эксплуатируется более 8000 автобусов с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде. Не останавливают своих исследований в области использования водорода для двигателей и ведущие автомобилестроительные компании, из года в год демонстрирующие на автомобильных выставках свои достижения. На данном этапе большинство уважающих себя автомобильных компаний могут похвастаться общественности прототипами автомобилей на водороде. До повсеместного внедрения водородной энергетики на транспорте дело еще не дошло, но эти времена уже на за горами.

Мир осознал, что водород – один из лучших источников энергии, и рано или поздно бал в энергетике будет править именно водород.