Возобновляемые источники энергии

Существует множество примеров разницы температуры в природе. Можно говорить о разных температурных местах, расположенных в высоких и низких широтах, между верхними и нижними слоями атмосферы. Для получения энергии технически осуществимо, если оба объекта (теплый и холодный) располагаются недалеко друг от друга так, чтобы их можно было использовать в одной установке.

Такие условия существуют в двух случаях. Первый наблюдается в океанской воде, где температура верхних слоев в тропических широтах может достигать 25-28 градусов Цельсия. В том же самом месте температура на глубине составляет около 3-4 градусов.

В низких широтах, где поток солнечной энергии велик, верхний слой воды нагревается. Температура на глубине 50-100 метров почти всегда постоянна, благодаря температурной конвенции и перемешиванию в поверхностном слое. Ниже этого слоя температура воды резко падает и на глубине 1000 м температура уже составляет всего 4 градуса.

Второй случай, при котором использование разницы температур осуществимо, можно наблюдать в высоких широтах. Здесь температура воды в зимние месяцы близка к 0, в то время как температура воздуха до минус 40 градусов. Это разница температур поддерживается благодаря высокой теплоёмкости океанской и речной воды.

Проблема получения полезной энергии, в упомянутых различиях температур, является технической в такой степени, как и экономической. Общей чертой является то, что разница температур, которая может быть использована, очень мала и составляет всего 30 градусов Цельсия. Это значит, что КПД термического цикла составляет всего лишь несколько процентов, в то время как КПД электростанции составляет 55% и выше.

Использование разницы температур воды и воздуха.

В высоких широтах зимой можно зарегистрировать достаточно большие температурные различия между океанской или речной водой, температура которой близка к 0 градусов Цельсия и холодным воздухом температурой до -30 градусов и даже ниже. Такие условия чаще всего встречаются на арктическом побережье Сибири, в отдельных местах Канады и в Антарктике. Эти температурные различия могут быть использованы в тепловых электростанциях для выработки электричества для отдельных районов, лишенных других источников энергии. Эта идея известна как преобразование термальной энергии воздуха и воды.[3]

Электростанция, использующая преобразование термальной энергии океана, даже средней мощности перемещает большие объемы поверхностной и глубинных вод. Например, станции на 10 МВт требуется тепловой поток поверхности воды равный 40 м3/с и приблизительно 20 м3/с холодной глубинной океанской воды. После использования в установке оба потока выбрасываются на глубине залегания - 60-70 метров, в этом случае не следует ожидать никаких серьезных экологических последствий. Однако при смешении большого количества холодной, богатой питательными веществами и лишенной бактерий воды из нижних слоев океана с поверхностной водой могут возникнуть температурные аномалии, что может привести к усиленному росту числа живых организмов и растений в верхнем слое океанской воды, где достаточно солнечного света для фотосинтеза. Чтобы избежать этого следует сбрасывать использованную воду на глубинах с такой же плавучестью и обеспечивать её полное перемешивание с окружающей теплой водой.[1]

4. Энергия  приливов и отливов

В отличие от источников энергии, обсуждаемых выше, приливы вызываются гравитационным взаимодействием между Луной, Землёй и Солнцем, причем наибольшее значение имеет взаимодействие между Луной и Землей. Гравитационное притяжение проявляет себя в поднятии земной поверхности вдоль прямой, соединяющие эти два небесных тела. На суше этот подъем едва заметен, в то время в океане он может достигать в высоту несколько метров. Сила гравитационного притяжения накладывается на центробежную силу, возникающая вследствие вращения системы Земля-Луна вокруг их общего центра притяжения. Он находится внутри земной сфер на расстоянии 4670 км от центра планеты.

Солнце вызывает такие же приливы, но так как расстояние между Землёй и Солнцем огромно, следовательно, приливы слабей.[3]

Согласно документам, люди начали использовать энергию приливов ещё в XI в. Для получения энергии маленькие заливы отгораживались от моря дамбами, в которых были проделаны шлюзовые ворота. Ворота открывались приливным потоком, в то время как прибывающая вода заполняла бассейн, и закрывались во время отлива. Вода, оставшаяся в бассейне, использовалась во время отлива для приведения в движение различных механизмов. В XIX в. подобные установки использовались в Гамбурге для перекачки сточных вод, а в 1824 г. Лондонский Сити снабжался питьевой водой при помощи огромных водяных колес, установленных ещё в 1580 г. Под арками Лондонского моста, где они продолжали работать в течение 250 лет. И в наши дни в штате Новая Англия, США, существуют установки, использующие энергию приливов для приведения в движение лесопильной рамы.

Середина XIX века была отмечена большим количеством предлагаемых проектов и предложений по применению энергии приливов. С развитием электричества приливная энергия стала рассматриваться в качестве ресурса для получения электроэнергии. Основные принципы использования энергии приливов остались прежними, но вырос масштаб установок, произошло существенное усовершенствование оборудования и были разработаны новые идеи и объединения приливных электростанций в единую энергосистему.

Выделяются деньги на постройку различного рода приливных электростанций на больших заливах или устьях рек, где наблюдаются высокие приливы. За этим следует постройка дамбы при входе в залив, для того чтобы отгородить бассейн от моря. В дамбы, которые в некоторых проектах достигают несколько километров в длину, вмонтировано большое количество турбин, так что суммарная мощность приливной электростанции может достигать сотен и даже тысяч мегаватт.

Что касается извлечения энергии, современные приливные электростанции схожи с гидроэлектростанциями. В некоторых случаях турбины приливной электростанции - в отличии от гидроэлектростанции - работают в двухстороннем режиме: при потоке воды, направленном в одну сторону, когда прилив заполняет бассейн, и когда вода движется в другую сторону при опустошении бассейна. Такой режим работы называется двойным действием, или двойным эффектом.

Приливные электростанции по сравнению с гидроэлектростанциями имеют один серьезный недостаток, а именно - пульсирующий характер приливов, известный как непостоянство приливов. Энергетический потенциал прилива меняется не только с суточным чередованиями прилива и отлива, но также в связи с изменениями его высоты в течении лунного месяца, когда Луна переходит из сигизии в квадратуру. Например, в соответствии с проектными расчетами производительная мощность приливной электростанции в Кводди, США, будет возрастать с 30 до 70 МВт, затем снова снижаться до 30 МВт. Ещё более значительные изменения мощности будут происходить в ходе сигизийных приливов. Совершенно ясно, что такое положение вещей не устраивает потребителей электроэнергии, которые нуждаются в постоянном и не перебойном электроснабжении.

Было множество предложений относительно способов решения этой проблемы. Наиболее простым способом приведения объемов выработки энергии станцией в соответствие с потреблением является разделение бассейна на две или более секции (многоотсековая схема бассейна), накапливать некоторый объем воды, а затем использовать её по мере надобности, таким образом, сглаживая колебания уровня прилива. Это преимущество достигается за счет максимальной мощности станции, которая сокращается прямо пропорционально количеству секций.

Существует ещё один способ рационального использования приливной электростанции, когда она входит в крупномасштабную энергосистему, объединяющую электростанции различного типа: тепловые, гидроэлектростанции, атомные. В этом случае используется одинарный бассейн, и приливная электростанция производит максимальное количество энергии в соответствии с циклом прилива. Если в системе наблюдается избыток мощности, то в этом случае тепловая электростанция может снизить выработку электричества, экономя тем самым запасы ископаемого топлива; в случае аналогичного снижения объемов выработки энергии гидроэлектростанцией используется специальный верхний резервуар, в котором хранится воды.

Дальнейшее усовершенствование этой системы может быть достигнуто при использовании приливной электростанции в качестве запасника воды в перерыве между приливами. В такой схеме излишек производимой энергии тратится на перекачивание воды из моря в бассейн станции. В это время генераторы электростанции используются в качестве электромоторов, а её турбины работают в режиме насосов. Когда системе потребуется достижение пиковой нагрузки, накопленная вода будет выпущена через турбины электростанции, что позволит выработать необходимую дополнительную энергию. Достижение оптимального контроля над работой такой схемы - достаточно сложная задача, требующая учета реальных характеристик системы и особенностей приливной электростанции.

Сегодня по всему миру уже действует несколько приливных электростанций. Первой коммерческой проливной электростанцией является 240 МВт в Рансе (Франция), которая была ведена в эксплуатацию в 1967 году и до сих пор функционирует. За ней последовала пробная станция «Кислая Губа» в России, построенная в 1965-1968 гг. приливная электростанция в Анаполисе мощность 20 МВт была сооружена в Канаде в 984 году в качестве пробного проекта для будущей мощной электростанции. В течение 1960-х гг. в Китае был установлен ряд более мощных установок. Сейчас действуют 7 приливных электростанций суммарной мощностью в 10 МВт. Электростанция Цзянся мощность 3,2 МВт была сделана в Китае в 1986 г. Кроме этих действующих электростанций существуют ещё ряд проектов, для которых ведется поиск мест установки с подходящими условиями. Однако их сооружение обычно откладывается, главным образом по причине высоких капитальных расходов, которые делают цены на электричество, производимое приливными электростанциями, не конкурентно способными по сравнению с ценами на энергию, произведенную другими типами станций, особенно если принять во внимание низкие в последнее время цены на нефть.

Тем не менее конструкторские работы в этом направлении продолжаются, проявляются новые проекты, предлагающие новые более дешевые способы возведения приливных электростанций, и с развитием оборудования наблюдается тенденция к снижению затрат на их строительство и эксплуатацию. Они оказываются ещё более привлекательными, если принять во внимание то, что они являются экологически безопасными источниками энергии. Многие исследования также подтверждают, что сооружение приливных электростанций может оказаться выгодно с социальной точки зрения. Всё это говорит о том, что в ближайшем будущем мы станем свидетелями строительства новых мощных приливных электростанций во многих странах мира.[2]

5.Возобновляемая энергетика в Беларуси.

Республика Беларусь относится к категории стран, которые не обладают значительными собственными топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР). Собственные ТЭР: нефть, газ, дрова, торф, гидроресурсы и биомасса. Обеспеченность Pеспублики собственными энергоресурсами находится на уровне 15-17% потребности Республики в ТЭР.

В Беларуси кроме возобновляемых источников энергии практически отсутствуют другие источники. Таким образом, доля возобновляемых источников энергии составляет до 80% в структуре собственных ТЭР.

В настоящее время в республике выполняется «Целевая программа обеспечения не менее 25% объема производства электрической и тепловой энергии за счет использования местных видов топлива и альтернативных источников энергии на период до 2012 года». Для обеспечения получения тепловой и электрической энергии в объеме 25 процентов из местных ТЭР необходимо увеличение использования последних до 5,93 млн.т у.т. в год, а также использования тепловых вторичных энергоресурсов, ветроустановок, биогаза в топливном эквиваленте до 0,82 млн.т у.т. в год. Таким образом, планируется к 2012 году обеспечить прирост использования местных энергоресурсов, включая тепловые вторичные энергоресурсы, энергию ветра, солнца, биомассы на 2,8 млн.т у.т. К настоящему времени в реализации данной программы акцент сделан на использование дров и древесных отходов. Потенциал остальных возобновляемых источников энергии используется незначительно.

Возобновляемая и альтернативная энергия в энергетической политике Беларуси Одним из основных индикаторов в концепции энергобезопасности является доля местных видов топлива в балансе ТЭР. В Беларуси доля использования местных видов топлива (МВТ) в настоящее время составляет около 17 %. В соответствии с концепцией будет 
проходить увеличение доли МВТ к 2010 году до 20,5 %, 2015-му – до 27,5 %, к 2020 году – до 31,6–34,5 %. 

В настоящее время проект закона «О нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии» находится на согласовании в Совете Министров. Ожидается, что закон будет определять: (1) направления государственного регулирования в сфере развития и использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НВИЭ) и (2) 
направления государственной поддержки НВИЭ. Проект закона не опубликован, поэтому согласно официальной позиции в числе наиболее важных положений данного закона указаны следующие положения: (1) гарантированное подключение энергетических установок, использующих нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, (2) 
обязательное приобретение государственными электроснабжающими организациями энергии, производимой на таких объектах, (3) а также оплата энергии по стимулирующим тарифам (предполагается, что оплата по стимулирующим тарифам будет проводиться в течение всего периода эксплуатации таких установок).

 
Таким образом, закон «О нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии» может стать гарантом поддержки развития альтернативной и возобновляемой энергетики и позволит преодолеть многие проблемы и барьеры в реализации увеличения доли возобновляемых источников энергии в структуре ТЭР до 25% и более. Однако, говорить 
об эффективности закона еще рано, необходимо вначале ознакомится с основными его положениями.

Согласно постановления Совета Министров Республики Беларусь от 24.04.1997 №400 в редакции от 28.02.2002 №288 «О развитии малой и нетрадиционной энергетики» (1) разработана концепция развития малой и нетрадиционной энергетики в Республике Беларусь; (2) гарантируется подключение к сетям энергосистемы республики объектов малой и нетрадиционной энергетики, принадлежащих субъектам хозяйствования независимо от форм собственности, а также оплата поставляемой этими объектами энергии; (3) разработан порядок формирования тарифов на электроэнергию, покупаемую энергосистемой от объектов малой и нетрадиционной энергетики. Так, постановление №91 Министерства экономики РБ от 31.05.2006 г. устанавливает повышенный тариф на покупку электроэнергии, выработанной с помощью ВИЭ, с коэффициентом 1,3, что составляет ориентировочно 10 – 11 евроцентов (а для мини-ТЭЦ на природном газе – 
0,85).