Развитие малой и нетрадиционной энергетики в РБ

 

 

1.4 Газотурбинные электроустановки

 

 

Газотурбинные электроустановки находят относительно скромное применение в малой энергетике. Они обладают исключительно высокими массогабаритными показателями даже по сравнению с ДЭУ кратковременного использования. Их удельная массовая мощность составляет 0,11-0,14 кВт/кг, в то время как для ДЭУ этот показатель лежит в пределах 0,03-0,05 кВт/кг. Однако эти установки имеют по сравнению с ДЭУ меньший КПД (порядка 0,25-0,29), увеличенный расход топлива, требуют большого количества воздуха для охлаждения, обладают высокой шумностью. Поэтому ГТУ используются главным образом на передвижных резервных и автономных электростанциях.

Газотурбинная установка (ГТУ) состоит из двух основных частей - это силовая турбина и генератор, которые размещаются в одном  корпусе. Поток газа высокой температуры воздействует на лопатки силовой турбины (создает крутящий момент). Утилизация тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки.

ГТУ может работать как  на жидком, так и на газообразном топливе. В обычном рабочем режиме - на газе, а в резервном (аварийном) - автоматически переключается на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы газотурбинной установки является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ может работать как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок. [2]

Таким образом, малая  энергетика — это направление  энергетики, связанное с получением независимых от централизованных сетей  тепла и электричества. Характерной  чертой установок в малой энергетике являются компактные размеры генераторных блоков и, как правило, мобильность конструкций. Новые технологии и материалы позволяют сегодня делать компактные энергетические установки доступными для небольших производств и населенных пунктов. Массовое производство генераторов дает возможность создавать на их основе новые, интересные решения, используя при этом тот источник энергии, который доступен.

 

 

 

 

ГЛАВА 2 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

 

 

Под нетрадиционными (альтернативными  или возобновляемыми) топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР) понимают энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, биомассы, сточных вод и твердых бытовых отходов. Энергообъекты, использующие альтернативные ТЭР для получения тепловой, механической и электрической энергии, называют альтернативными источниками энергии. [8, с. 46]

Возобновляемые источники  энергии в настоящее время  являются одним из приоритетных направлений  в решении глобальных проблем  энергетической безопасности и сохранения климата. [1, с. 132]

Основной особенностью возобновляемых источников энергии  является то, что воспроизводство  их энергетического потенциала происходит быстрее, чем расходование. Установки, работающие на возобновляемых источниках, оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем традиционные потоки энергии.

В нашей стране разработана  Национальная программа “Развитие местных, возобновляемых и нетрадиционных энергоисточников на 2011-2015 годы”, согласно которой к 2020 году необходимо обеспечить долю использования собственных энергоресурсов в балансе энергоресурсов для производства тепловой и электрической энергии не менее 32%. Значительный вклад в выполнение программы должны внести и возобновляемые источники  энергии, доля которых в энергетическом балансе Республики Беларусь в 2010 году составила 5%. [9]

С учетом природных условий  республики предпочтение отдается малым  гидроэлектростанциям, ветро- и биоэнергетическим  установкам, установкам для сжигания отходов растениеводства и бытовых  отходов, гелиоводоподогревателям. В отличие от многих других мероприятий использование альтернативных ТЭР дает реальную, легко учитываемую экономию топлива и социальный эффект. Альтернативные источники энергии зачастую не требуют транспортирования, удобны для локального энергоснабжения небольших удаленных объектов, что особенно важно для агропромышленных комплексов (АПК). При выборе источников энергии следует иметь в виду их качество, оценивающееся долей энергии, которая может быть превращена в механическую работу. Возобновляемые источники энергии по их качеству условно делятся на три группы:

— источники механической энергии довольно высокого качества: около 30% - ветроустановки, 60% - гидроустановки, 75% - волновые и приливные станции;

— источники тепловой энергии с качеством не более 35% - прямое или рассеянное солнечное излучение, биотопливо;

— источники энергии, использующие фотосинтез и фотоэлектрические  явления, имеют различное качество на разных частотах излучения; в среднем  КПД (коэффициент полезного действия) фотопреобразователей составляет примерно 15%. Далее, характеризуя возможности различных возобновляемых энергетических ресурсов (ЭР), уделим особое внимание целесообразности их развития и использования в энергобалансе республики.[8, с. 47]

          Cегодняшние низкие темпы развития энергетики Республики Беларусь на основе использования ВИЭ определяются следующими факторами:

-неконкурентоспособностью проектов использования ВИЭ в существующей рыночной среде по сравнению с проектами на основе использования ископаемых видов органического топлива

-наличием барьеров институционального характера, связанных с отсутствием необходимых нормативных правовых актов, стимулирующих использование ВИЭ в сфере энергетики, отсутствием республиканской программы поддержки широкомасштабного использования ВИЭ;

 -отсутствием инфраструктуры, необходимой для успешного развития энергетики на основе ВИЭ, в том числе недостаточностью уровня и качества научного обслуживания ее развития и финансового обеспечения, отсутствием надлежащей информационной среды, включая информацию о потенциальных ресурсах ВИЭ, отсутствием нормативно-технической документации, программных средств, необходимых для проектирования, строительства и эксплуатации генерирующих объектов, недостаточным кадровым обеспечением, отсутствием механизмов использования общественного ресурса для поддержки развития энергетики на основе использования возобновляемых источников энергии.

Специалистами ряда организаций  проведены оценки энергетических потенциалов возобновляемых источников энергии Республики Беларусь, что позволит уменьшить импорт органического топлива в объеме 10,5–17,9 млн т у.т.

 

Таблица 1 – Оценка энергетических потенциалов возобновляемых                источников энергии Республики Беларусь

 

Вид ресурса	Технический потенциал
Биогаз из отходов животноводства, млн у.т.	1,25–1,75
Ветропотенциал, млрд кВт•ч	2,24–15,65
Гидроресурсы, млрд кВт•ч	0,4–2,27
Солнечная энергия, млн т у. т.	0,5
Фитомасса, млн т у.т.	0,3
Коммунальные отходы, млн т у. т.	0,5
Низкопотенциальное тепло земли и технологические выбросы, млн т у. т.	1,5–2,0
Энергия пара котельных, млн т у. т.	0,32

 

Проведя анализ имеющихся  данных о потенциале ВИЭ по Республике Беларусь, можно сделать вывод, что наиболее перспективными на ближайшие десятилетия направлениями ВИЭ являются ветровая и энергетика на основе биомассы. [7]

 

1. Солнечная энергия

 

 

Республика Беларусь не является благоприятным районом  для использования солнечной  энергии. В районе Минска в среднем  за год насчитывается 28 ясных дней, 167 пасмурных и 170 дней с переменной общей облачностью. В условиях нашей страны 80% энергии Солнца приходится на летний период, когда нет необходимости отапливать жилье, кроме того, солнечных дней в году недостаточно, чтобы использование солнечных батарей стало экономически целесообразным.

На основании двадцатилетнего  периода наблюдения установлено, что  средняя продолжительность солнечного сияния в Беларуси составляет 1815 часов  в год. Годовой приход суммарной  солнечной радиации на горизонтальную поверхность – 980-1180 кВт·ч/м2. Наиболее благоприятным для применения теплосистем является период с апреля по сентябрь. Проведенный сравнительный анализ продолжительности солнечного сияния и прихода суммарной солнечной радиации в странах Западной Европы с умеренным климатом, расположенных между 50 и 60 с.ш., показал, что Беларусь по продолжительности солнечного сияния имеет близкие значения с этими странами, а по приходу среднемесячной солнечной радиации даже превосходит северную часть Германии, Швецию, Данию, Великобританию. Эти государства наряду с «солнечными странами» считаются лидирующими в Европе по выпуску и применению гелиоэнергетического оборудования. [10]

В Республике Беларусь целесообразны  три варианта использования солнечной  энергии:

- пассивное использование солнечной энергии методом строительства домов «солнечной архитектуры». Расчеты показывают, что количество энергии, падающей на южную сторону крыши домов площадью 100 м2 на широте Минска, вполне хватает даже для отопления зимой (при том, что 10% солнечной энергии аккумулируется летом и затраты на отопление квадратного метра в отопительный сезон составляют 70 кВт·ч при хорошей теплоизоляции стен, полов, потолков). Размеры дешевого гравийного теплового аккумулятора под домом при этом вполне приемлемы: 10x10x1,5м3. Однако в настоящее время полностью игнорируются даже принципы пассивного солнечного отопления. Единственное здание в Беларуси, построенное с использованием этого принципа – немецкий Международный Образовательный Центр (IBB) в Минске;

- использование солнечной энергии для целей горячего водоснабжения и отопления с помощью солнечных коллекторов;

- использование солнечной энергии для производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок. [11]

На теплоснабжение зданий используется около 40% всего расходуемого топлива. В Беларуси существующие дома имеют теплопотребление более 250 кВт·ч/м2. Если проектирование зданий проводить с учетом энергетического потенциала климата местности и условий для саморегулирования теплового режима зданий, то расход энергии на теплоснабжение можно сократить на 20-60%. Так, строительство на принципах «солнечной архитектуры» может снизить удельное годовое теплопотребление до 70-80 кВт·ч/м2.

Солнечные коллекторы позволяют  обеспечить такие дома теплом, а  также теплой водой для нужд проживающих в них людей.

Результаты экспериментальных  исследований позволили выбрать  материалы, конструкцию гелиоколлекторов и схемы гелиоустановок. Разработан и внедрен ряд гелиоводоподогревателей  производственного и бытового назначения.

В настоящее время финансируется создание отечественной установки на фотоэлементах. Одна солнечная электростанция установлена в Беловежской пуще и отапливает два дома, еще несколько установлено в чернобыльской зоне. Солнечные коллекторы, вырабатывающие тепло, рекомендуется устанавливать в коттеджах и загородных домах. Они экономичнее традиционных угольных котлов.

Создано опытное производство систем горячего водоснабжения, базирующихся на использовании солнечной энергии. Эти устройства включают в себя солнечные  коллекторы (их число и площадь  может варьироваться в зависимости  от требований конкретного проекта) и теплонакопители.

Кроме того, в Республике Беларусь организовано производство гелиосистем  для нагрева воды. Они представляют собой легкие, компактные конструкции, собираемые по модульному принципу. В  зависимости от конкретных условий  можно получить установку любой производительности. Основой гелиосистем является пленочно-трубочный адсорбирующий коллектор. Он обладает высокой адсорбирующей способностью, благодаря чему даже небольшие дозы солнечного излучения превращаются в полезную тепловую энергию. Теплообменники, входящие в состав систем, изготовляются из специальных материалов, исключающих коррозию или замерзание. Пробные гелиосистемы устанавливают на земле, плоских и скатных крышах, в вагонах-бытовках и т.д. Гелиоустановки могут подключаться к централизованной системе отопления или работать автономно с заправкой бака-накопителя требуемой емкости. Приблизительная цена систем составляет 400 USD.

Однако в целом в  ближайшее время на значительное увеличение доли солнечной энергетики в Беларуси рассчитывать не приходится. Но специалисты убеждены, что к 2060 году доля энергии Солнца на мировом энергетическом рынке превысит 50%. [10]

 

 

2. Биоэнергетика

 

 

Биоэнергетика — это  наука, изучающая механизмы и  закономерности преобразования энергии  в процессах жизнедеятельности  организмов, энергетические процессы в биосфере.

Биомасса — общая  масса растений, микроорганизмов  и животных, приходящаяся на единицу  площади или объема их обитания. Численно она выражается в массе  сырого или сухого вещества (кг/м2; кг/га; кг/м3 и т. д.). Биомассу растений называют фитомассой, животных организмов — зоомассой. В Государственной программе вопросам использования фитомассы, коммунальных отходов, отходов растениеводства, получения биогаза, топливного эталона и биодизельного топлива в качестве возобновляемых ТЭР уделяется серьезное внимание. Общий годовой объем использования в Республике Беларусь этих энергоресурсов к 2015 г. оценивается примерно в 113 тыс. т у. т., а потенциальный запас составляет более 3,7 млн. т у. т. Эти цифры не учитывают использование древесного топлива, отходов деревообработки и лигнина в качестве топлива, потенциальный запас которых оценивается примерно в 7,58 млн. т у. т. Годовое использование к 2015 г. этих видов энергоресурсов планируется в объеме около 3,1 млн. т у. т. [8, с. 68]