Активное использование солнечной энергии
Активное использование солнечной энергии осуществляется с помощью солнечных коллекторов и солнечных систем.
21. Ветроэнергетика: прогнозы использования, экономическая и экологическая оценка.
Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве.
Перспективы[править | править вики-текст]
 | Эта статья или часть статьи содержит информацию об ожидаемых событиях. Здесь описываются события, которые ещё не произошли. |
Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.
Германия планирует к 2025 году производить 40-45 % электроэнергии из возобновляемых источников энергии. Ранее Германия устанавливала цель 12 % электричества к 2010 году. Эта цель была достигнута в 2007 году.
Дания планирует к 2020 г. 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики[26].
Франция планирует к 2020 году построить ветряных электростанций на 25 000 МВт, из них 6000 МВт — офшорных[27].
В 2008 году Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить ветрогенераторов на 40 тыс. МВт, а к 2020 году — 180 тыс. МВт. Согласно планам Евросоюза общее количество электрической энергии, которые выработают ветряные электростанции, составит 494,7 Тв-ч.[28][29].
В Китае принят Национальный План Развития. Планируется, что установленные мощности Китая должны вырасти до 5 тыс. МВт к 2010 году и до 30 тыс. МВт к 2020 году[30]. Однако бурное развитие ветроэнергетического сектора позволило Китаю превысить порог в 30 ГВт установленной мощности уже в 2010 году.[31]
Индия планировала к 2012 году увеличить свои ветряные мощности в 2 раза (на 6 тысяч МВт) в сравнении с 2008 годом[32]. Эта цель была достигнута.
Венесуэла за 5 лет с 2010 года намеревалась построить ветряных электростанций на 1500 МВт.[33]. Цель не была достигнута.
Экономические аспекты ветроэнергетики[править | править вики-текст]
Лопасти ветрогенератора на строительной площадке.
Основная часть стоимости ветроэнергии определяется первоначальными расходами на строительство сооружений ВЭУ (стоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ ~$1000).
Экономия топлива[править | править вики-текст]
Ветряные генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.
Себестоимость электроэнергии[править | править вики-текст]
Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра[34].
| Скорость ветра | Себестоимость (для США, 2004 год) |
| 7,16 м/c | 4,8 цента/кВт·ч; |
| 8,08 м/с | 3,6 цента/кВт·ч; |
| 9,32 м/с | 2,6 цента/кВт·ч. |
Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США, 9 — 30 цента/кВт·ч. Средняя стоимость электричества в Китае 13 цента/кВт·ч.
При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15 %. Ожидается, что себестоимость ещё снизится на 35—40 % к концу 2006 г. В начале 80-х годов стоимость ветряного электричества в США составляла $0,38.
В марте 2006 года Earth Policy Institute (США) сообщил о том, что в двух районах США стоимость ветряной электроэнергии стала ниже стоимости традиционной энергии. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала ниже стоимости электроэнергии, произведённой из традиционных источников. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую из ветра, дешевле, чем электроэнергию, производимую из традиционных источников.
22. Биоэнергетика: мировой опыт, потенциал. Местные виды топлива.
Биоэнергетика – это наука, изучающая механизмы преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов. Исходным сырьем в биоэнергетике выступает биомасса, аккумулирующая в себе солнечную энергию в форме углеводородов растительного происхождения и из которой вырабатывается биотопливо в твердом, жидком и газообразном виде – в зависимости от технологии.
В мире в основном получили распространение следующие виды биотоплива:. 1. Биогаз – топливный газ, произведенный из биомассы и/или из биоразлагаемой фракции отходов, которая может быть очищена до качества природного газа ; 2. Биоэтанол – этиловый спирт, производимый из биомассы и/или биологически разлагаемых компонентов отходов и используемый в качестве биотоплива ; 3. Дизельное биотопливо – сложный метиловый эфир с качеством дизельного топлива, производимый из масла растительного или животного происхождения и используемый в качестве биотоплива , с получением сопутствующего продукта.
Лидерами в производстве и потреблении биотоплива являются Германия, Франция, Италия и США.
Опыт Евросоюза - это использование не только энергосырья из свалок, сельскохозяйственного или деревообрабатывающего производства, но и специально выращенных быстрорастущих энергетических культур. В мире известно немало таких растений - тополь, ива, акация, безыгольного роза, топинамбур, подсолнечник, просо, сорго, тростник, мискантус, фаларис, конопля, бамбук и многие другие. Наиболее благоприятные энергетические культуры для получения твердого биотоплива - это ива и тополь. В Швеции и Дании, например, они используются в местных системах отопления для комбинированного производства тепловой и электрической энергии. На сегодня есть немало станций комбинированного сжигания угля с добавлением биотоплива (солома, щепа), использование которого уменьшает потребление ископаемого топлива, а также вредные выбросы в атмосферу. Конечно, использование биомассы в качестве специально выращенной, так и изъятой из отходов производства или коммунальных свалок - это трудозатратно процесс. В целом себестоимость такой "зеленой" энергии выше, чем полученной из угля, ведь нужно учитывать измельчения, сушки и ответственное хранение.
В странах Евросоюза использование энергетических культур очень популярно.
Кроме растительного материала, получать энергию можно с различных твердых и жидких отходов, образующихся в процессе жизнедеятельности людей в больших количествах. Это бытовые отходы, канализационные стоки городов, стоки и отходы производства и переработки сельскохозяйственной продукции, огромное количество органических остатков после лесозаготовок и переработки древесины и тому подобное.
Утилизация твердых бытовых отходов (ТБО) с получением энергетического эффекта предполагает их сжигания на мусоросжигательных заводах для производства электрической и тепловой энергии, а также получение из полигонов их складирования горючего газа (ГГ). Возможна также утилизация отходов древесины и сельскохозяйственного производства: избыток соломы злаков, стебли и стержни початков кукурузы, стебли и корзины подсолнечника, костра лубяных культур непосредственно сжигаются в энергетических установках с получением энергетического эффекта и превращаются путем конверсии на ГГ (биогаз и генераторный газ) с последующим использованием его в качестве моторного и котельно-печного топлива.
Недостатком подобных технологий остается то, что сжигание мусора сопровождается образованием новых отходов - твердых и газообразных. Нужны специальные фильтры для их очистки, а это удорожает процесс.
Но совсем другая возможность получения энергии из биомассы животного и растительного происхождения, имеет много преимуществ
Эти микроорганизмы активно развиваются в любых органических остатках, а в результате процессов их жизнедеятельности образуется биогаз - газ, который примерно на 60% состоит из метана (СН4) и на 40% - из углекислого газа (С02).
В мире функционирует много предприятий, где внедрены технологии получения биогаза. Например, молокоперерабатывающие предприятия в Германии и Швеции, где перерабатывают сыворотку с целью получения биогаза. Современные технологии позволяют использовать биогаз, газ сточных вод, газ мусорных полигонов, пиролизный, синтез-газ и другие особые газы для получения электроэнергии и тепловой энергии. Постоянное совершенствование двигателей и специализация на использование особых газов обеспечивают возможность применения газов с низкой теплотой сгорания.
В качестве сырья для получения биогаза можно использовать органические отходы различных производств сельского хозяйства и перерабатывающих предприятий, имеющих жидкую или полужидкую консистенцию или доведены до такого пруда.
Кроме биогаза, есть и другие виды биотоплива, которые можно использовать для получения энергии, в том числе и на транспорте - это биодизель и биоэтанол. Считается, что именно топливный этанол имеет наибольший потенциал, учитывая неисчерпаемые источники его получения. Ими могут быть травянистые растения и древесина, отходы сельского хозяйства и деревообрабатывающей промышленности, а также бытовой мусор. В США каждый четвертый тонна произведенного бензина содержит этиловый топливный биоспирт. С возобновляемого сырья (главным образом, из кукурузы) на 58 предприятиях производится более 4 млн т в год топливного этанола.
Биодизельное топливо производится из рапса и сои и сегодня стоит дороже традиционного дизельное топливо. Для получения биодизельного топлива можно использовать также подсолнечное и кукурузное масло, но чаще всего используют рапсовое, поскольку себестоимость производства зерна рапса по сравнению с другими масличными культурами, самая низкая
Итак, мировой опыт показывает, что жидкое биотопливо становится перспективной категорией энергоресурсов, которая по своему значению занимает следующую позицию после твердого топлива из биомассы. Небольшая пока доля жидкого биотоплива от общего использования моторных масел, минерального дизеля и бензина в странах ЕС объясняется прежде всего высокой стоимостью производства, что делает жидкое биотопливо неконкурентоспособным по сравнению с традиционным. Несмотря на высокую себестоимость, производство жидкого топлива из биомассы в европейских странах динамично растет. Это становится возможным благодаря экологически продуманной экономической политике на государственном уровне.
Главными видами биотоплива, которые используются в России и мире являются древесина, торф и отходы сельского хозяйства. Все больше лесов подвергается вырубке, что в свою очередь влечет за собой снижение экологических, климатических, и социально-экономических характеристик и приводит к усилению парникового эффекта из-за снижения объемов фотосинтеза. Торф, в свою очередь, не наносит такого вреда окружающей среде, и при этом затраты на возобновление этого ресурса, при соблюдении определенных способов добычи и переработки, значительно ниже, чем восполнение лесного фонда. Торф используется в различных отраслях деятельности: энергетика, сельское хозяйство, медицина, животноводство. Торфоэнергетика является безотходным, экологичным производством. На сегодняшний день в России есть работающие решения по использованию торфа в сегменте ЖКХ.
23. Геотермальная энергия: проблемы и перспективы использования
Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве тепловой и электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.
Достоинства и недостатки[править | править вики-текст]
Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.
Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.
Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России, также в Казахстане.
Главная из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, свинца, цинка, кадмия), неметаллов (например, бора, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.
Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.
Перспективы в России
Активные термальные воды в России распространены в нескольких регионах. Речь идёт в том числе о Саяно-Байкальской горной системе в Бурятии, где количество таких источников достигает четырёх сотен, на Чукотке, в Якутии и Западной Сибири. Наибольшая концентрация горячих вод наблюдается в Курило-Камчатском вулканическом поясе. На самой Камчатке выявлено 70 групп источников, более половины из которых нагреваются до 100 °C. Для сравнения, в системах геотермального снабжения полуострова себестоимость получения тепла в десять раз ниже, чем в котельных города Петропавловска-Камчатского.
Именно поэтому регион и был выбран для строительства первой станции такого рода — Паужетской. Её возвели ещё во времена СССР, в 1966 году. Возможности её расширения открывают широкие перспективы. За все время своего функционирования станция никогда не была убыточной, несмотря на то, что установлены самые низкие тарифы в регионе.
На Камчатке также работает Верхне-Мутновская ГеоЭС, удовлетворяющая 25% энергетических потребностей края. Мощность геотермального месторождения в районе её постройки оценивается в 300 МВт. Напомним, строительство геотермальной станции стартовало и в Чечне. При наличии соответствующих природных условий и с учётом опыта эксплуатации уже имеющихся мощностей, перспективы развития такого вида энергетики в России более чем заманчивы.
24. Понятие вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) и их классификация
Вторичные энергетические ресурсы, ВЭР - источники энергии, получаемые из побочных продуктов или отходов основного производства, включающие горючие газы технологических процессов (нефтезаводские, доменные, попутные нефтедобычи и др.), отработанный пар, а также часть электрических потерь, получающихся в технологическом процессе, которые могут быть повторно использованы для получения энергии (в том числе тепловой) за пределами данного процесса.
| ВЭР по видам энергии подразделяют на горючие, тепловые и избыточного давления. Горючие (топливные) ВЭР — отходы, содержащие химическую связанную энергию отходов технологических процессов, не используемую или не пригодную для дальнейшего использования в технологических процессах. Тепловые ВЭР — тепловые отходы, представляющие собой энтальпию отходящих газов технологических агрегатов и теплоту рабочих тел систем охлаждения технологических агрегатов и установок, энтальпию горячей воды и пара, отработанного в технологических установках. К тепловым ВЭР относится также теплоэнергия (пар и горячая вода), попутно получаемая в технологических и энерготехнологических установках. ВЭР избыточного давления — потенциальная энергия газов, выходящих из технологических агрегатов с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед следующей ступенью использования или при выбросе в атмосферу. |
25. Использование ВЭР в народном хозяйстве и сельскохозяйственном производстве.
В зависимости от видов и параметров рабочих тел различают четыре основных направления использования ВЭР: топливное (непосредственное использование горючих компонентов в качестве топлива); тепловое (использование теплоты, получаемой непосредственно в качестве ВЭР, или теплоты или холода, вырабатываемых за счет ВЭР в утилизационных установках или в абсорбционных холодильных установках; силовое (использование механической или электрической энергии, вырабатываемой в утилизационных установках (станциях) за счет ВЭР; комбинированное (использование теплоты, электрической или механической энергии, одновременно вырабатываемых за счет ВЭР).
Многие отрасли народного хозяйства располагают значительным резервом топливных и тепловых ВЭР. В черной металлургии топливные ВЭР об-разуются за счет доменного газа; конвертерного газа мартеновских печей (при охлаждении без доступа воздуха) и газа ферросплавных печей (феррогазы). Использование этих газов в качестве топлива позволяет экономить топливно-энергетические ресурсы и исключать вредные выбросы токсичного оксида углерода с металлургических заводов. В настоящее время на предприятиях черной металлургии используется примерно 30 % ВЭР от их количества, определяемого полной утилизацией. Наибольшая по объему утилизация достигнута в производстве мартеновской стали посредством установки котлов-утилизаторов, использующих теплоту газов, от-ходящих от высокотемпературных печей, теплоту горячих технологических газов, а также посредством использования систем испарительного охлаждения. Такое охлаждение, впервые осуществленное на мартеновских печах, позволило повысить КПД этих печей от 15-20 до 25-35%, резко сократить расход охлаждающей воды и соответственно уменьшить расход энергии на ее перекачку. Кроме того, водоохлаждаемые элементы в этих условиях вырабатывают пар (0,05-0,4 МПа и выше), пригодный для теплофикации или для использования в паровых турбинах низкого давления. Наибольшее количество тепловых ВЭР образуется при производстве меди, свинца, цинка, никеля, олова, алюминия, а также при переработке вторичных цветных металлов. Для их использования применяются котлы-утилизаторы различного типа, воздухонагреватели, установки испарительного охлаждения металлургических агрегатов и другие утилизационные установки. На современных заводах синтетического каучука за счет утилизации тепловых ВЭР покрывается до 25 % общей потребности в теплоте. На нефтеперерабатывающих заводах в основном используется теплота уходящих газов технологических печей, регенерации катализатора на установках каталитического крекинга, при сжигании сероводорода в процессе получения серы и серной кислоты.Большой экономический эффект может быть получен также за счет максимального вовлечения в топливный баланс таких видов ВЭР, как метано-водородной фракции, получаемой в процессе производства этилена, низкокалорийных отходящих газов производства технического углерода, генераторного газа, получаемого при разложении сланца, в процессе пиролиза и коксования смол, а также максимального использования отработавшего пара, пара вторичного вскипания и теплоты конденсата. Тепловые ВЭР в газовой промышленности образуются за счет физической теплоты уходящих газов компрессорных станций, трубчатых печей газопереработки и теплоты охлаждения продуктовых потоков газопереработки. В настоящее время теплота уходящих газов ГТУ утилизируется в основном для теплоснабжения самих компрессорных станций, прилегающих к ним жилых поселков и небольших тепличных хозяйств.
Использование энергии отработанного пара на предприятиях пищевой промышленности (молочные и спиртовые заводы, сахарное производство и др.) позволяет сэкономить большое количество энергии на сушку получаемой продукции и отопление помещений.
Установка современного котельного оборудования для отопления небольших производственных, административных и жилых помещений позволяет использовать теплоту отработавших в топке котла газов для горячего водоснабжения. Значительный резерв экономии содержится в использовании тепловой энергии двигателей внутреннего сгорания как стационарных (дизельэлектрические станции), так и на транспорте.
Низкотемпературные вентиляционные выбросы используются в системах микроклимата животноводческих помещений для подогрева приточного воздуха, для обогрева бытовых и жилых помещений, теплиц и др.
Заслуживает внимания также опыт ряда стран (Германии, США и др.), когда отработанный воздух из животноводческого помещения или птичника подаётся в теплицы для обогрева и питания растений углекислым газом.
В настоящее время в Германии, Франции, Финляндии, Швеции и других странах на основе отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности изготавливаются гранулы (пиллеты).
Древесные гранулы в отличие от обычной древесины становятся конкурентноспособными наряду с другими видами твердого, жидкого и газообразного топлива. Их выгодно перевозить на большие расстояния, они занимают меньше места при хранении.
использование вторичных энергетических ресурсов в сельском хозяйстве для обогрева парников, сушки кормов, зерна и т.п.
26. Типы утилизаторов энергии и их использование в народном хозяйстве и сельскохозяйственном производстве.
27. Ядерная энергетика и перспективы ее использования.
Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии[1].