Основные характеристики ВЭУ.
Мощность ветроколеса в первую очередь зависит от скорости ветра (пропорциональна и3). Но при достаточно большом
геометрическом заполнении ветроколесо развивает большую мощность даже при относительно слабом ветре, и наоборот.Энергетическая программа Республики Беларусь до 2010 г. предусматривает использование ветроэнергетических ресурсов для привода насосных установок в качестве источников электроэнергии небольших производственных предприятий и в сельскохозяйственных целях (табл. 13.4). К 2010 г. мощность ВЭУ в Беларуси планируется довести до 15 МВт, что обеспечит экономию 9 тыс. т у. т. в год.
Ветротехнические показатели ветроагрегатов, рекомендуемых к внедрению на территории Республики Беларусь
Зональная среднегодовая скорость ветра, м/с | Диапазон рабочих скоростей ветра ВЭУ, м/с | Расчетная скорость ветра, соответствующая номинальной мощности, м/с | Ориентировочная доля использования ВЭУ, % |
До 4,5 | 3-20 | ||
4,5-5,5 | 4-24 | ||
Выше 5,5 | 4-24 | 10-12 |
По данным Государственного комитета по гидрометеорологии Республики Беларусь, среднегодовая скорость ветра на территории республики (на высоте 30-40 м) составляет 4,3 м/с. На пригодной для внедрения ветроэнергетических установок территории среднегодовая скорость ветра превышает 5м/с. При правильном выборе места установки ветро-агрегата (на возвышенностях открытой местности, берегах водных массивов и т. п.) среднегодовая скорость ветра может достигать 6-7 м/с. Наиболее эффективно можно применять ВЭУ на возвышенностях большей части севера и северо-запада Беларуси, в центральной части Минской области, включая прилегающие к ней с запада районы. Так, в Мя-дельском районе Минской области около деревни Занарочь работают две ветроустановки , одна из которых имеет мощность 2 50 кВт при минимальной скорости ветра, необходимой для работы, 3 м/с. ВЭУ. Мядельский район
По расчетам специалистов республики, энергия ветра может позволить ежегодно производить 6,5-7,0 млрд кВт-ч электроэнергии и тем самым сберегать около 2 млн т у. т. в год.
Гидроэнергетика
Гидроэнергетика является наиболее распространенной и технологически развитой областью энергетики на возобновляемых ресурсах.
Основным рабочим органом гидроэнергетической установки (ГЭУ), непосредственно преобразующим энергию движущейся воды, является гидротурбина. КПД гидротурбин достигает 90 %. Они бывают активные и реактивные. В а к -тивных гидротурбинах рабочее колесо вращается навстречу потокам воды. Перед активной турбиной водный поток с помощью водовода и сопла формируется в струю, которая направляется на ковши, расположенные на ободе колеса. КПД действующих активных гидротурбин колеблется от 50 % (ГЭУ малой мощности) до 90% (ГЭУ большой мощности). В реактивных гидротурбинахрабочее колесо полностью погружено в воду и вращается за счет разности давления перед колесом и за ним. КПД реактивной турбины выше, чем активной.
Мощность гидротурбины (Рт) пропорциональна мощности водяного потока (Рп), падающего на колесо гидротурбины, и ее коэффициенту полезного действия (Л):
Рт = Л Рп Л
Гидроэнергетическую установку, производящую электроэнергию и использующую энергию движущейся воды, называют гидроэлектростанцией. Для работы гидроэлектростанции необходим постоянный объем воды, способный двигаться с большой скоростью (водохранилище), подводящий водопад, регулятор расхода воды. Гидроэлектростанции строят на реках, которые перекрываются плотинами.
Учитывая, что волны на глубоких водоемах (морях, океанах) обладают огромной энергией, возможно строительство волновых электростанций, а также других энергетических установок, использующих энергию волн.
Оборудование гидроэлектростанций эксплуатируется очень долго (более 50 лет). Электроэнергию, выработанную ГЭС, легко регулировать, что очень существенно при ее использовании в энергосистемах со значительными колебаниями нагрузки. Суммарная мощность ГЭС в мире ежегодно возрастает примерно на 5 %, т. е. удваивается каждые 14 лет. Потенциальные возможности гидроэнергетики оцениваются в 1,5-106 МВт.
Перспективным в настоящее время является использование гидроэнергетических ресурсов малых рек без создания искусственных водохранилищ. Республика Беларусь - преимущественно равнинная страна. Но ее гидроэнергетические ресурсы достаточно существенны. Энергетическая программа Республики Беларусь до 2010 г. в качестве основных направлений развития малой гидроэнергетики предусматривает: восстановление ранее существовавших малых ГЭС путем капитального ремонта и частичной замены оборудования; сооружение новых на водохранилищах неэнергетического назначения без затопления, на промышленных водосбросах, на реках с большим расходом воды.
Предполагается, что все восстанавливаемые и вновь сооружаемые малые ГЭС будут работать параллельно с другими энергосистемами, что позволит значительно упростить схемные и конструктивные решения.
К 2010 г. общую мощность малых ГЭС в республике предполагается довести до 100 МВт установленной мощности, что обеспечит экономию 120 тыс. т у. т. в год.
Проведенный специалистами анализ показывает, что в перспективе на притоках рек Западная Двина, Неман, Вилия, Днепр, Припять и Западный Буг может быть построено около 50-ти малых ГЭС суммарной мощностью 50 тыс. кВт и среднегодовой выработкой электроэнергии 160 млн кВт-ч.
Энергия биомассы
Сложный комплекс веществ, из которых состоят растения и животные, называют биомассой. Ее основа - органические соединения углерода. Биомасса является основным исходным веществом для образования ископаемых видов топлива (торфа, угля, нефти, газа), в ней содержится энергия, накопленная в результате фотосинтеза. Образование биомассы зависит от местных условий.
Промышленное использование биомассы может быть достаточно значительным. Например, за счет отходов производства сахара в производящих его странах покрывается до 40 % потребностей в топливе. Применение биомассы в виде дров, навоза и ботвы растений обеспечивает до 50 % бытового потребления энергии. Чистая удельная энергия, которую можно получить при сжигании биомассы, колеблется от 10 (сырая древесина) до 40 (жиры) и 55 МДж/кг (метан). Теплота сгорания сухой биомассы составляет около 20 МДж/кг. Биомассу используют в качестве сырья для получения жидкого и газообразного топлива. Для получения биотоплива применяют следующие процессы, связанные с переработкой биомассы:
1. Прямое сжигание для получения тепловой энергии.
2. Пиролиз. Получаемые разновидности топлива обладают значительно меньшей, по сравнению с исходной биомассой, суммарной энергией сгорания, но большей универсальностью применения, лучшей управляемостью горения, удобством обращения и транспортировки, более широким диапазоном использования и в итоге - меньшим загрязнением окружающей среды.
3. Гидрогенизация. Измельченную или переваренную биомассу нагревают в атмосфере водорода до температуры 600 °С при давлении около 5 МПа. Полученные при этом газы при сжигании выделяют теплоту около 6 МДж/кг.
4. Анаэробная переработка. При отсутствии кислорода некоторые микроорганизмы способны получать энергию, непосредственно перерабатывая углеродосодержащие составляющие, производя при этом метан СН4. Получается смесь метана и попутных газов, которая называется биогазом. Получение биогаза становится экономически оправданным, если соответствующий биогазогенератор перерабатывает имеющиеся потоки отходов, например, стоки канализационных систем, ферм и т. д.
5. Спиртовая ферментация. Микроорганизмы в процессе ферментации вырабатывают этиловый спирт, который можно использовать вместо бензина.
6. Экстракция топлива. Жидкое или твердое топливо в некоторых случаях может быть получено непосредственно от растений. Например, сок с живых растений собирают, надрезая кору стволов, или из срезанных выдавливают под прессом. В результате получают углеводороды с более низкой молекулярной массой, чем у каучука, которые могут быть использованы в качестве заменителей бензина.
Широкое развитие получили биогазовые установки (БУ) . В конце 80-х гг. в Китае количество БУ объемом 8-10 м3 превышало 10 млн шт., а большего объема - 40 тыс. БУ обеспечивали 70 % крестьянских семей биогазом и удобрением. К 2009 г. Китай планирует производить 500 млрд м3 биогаза в год, что эквивалентно 400 млн т у. т. Такие установки внедряются в Дании, Германии, Швеции, Франции, Бельгии и других странах.