Альтернативные источники энергии

При этом в вулканических  регионах планеты высокотемпературное тепло, нагревающее геотермальную воду до значений температур, превышающих 140—150°С, экономически наиболее выгодно использовать для выработки электроэнергии.

Подземные геотермальные  воды со значениями температур, не превышающими 100°С, как правило, экономически выгодно использовать для нужд теплоснабжения, горячего водоснабжения и для других целей.

Область применения геотермальной  воды при ее температуре, °С:

• выработка электроэнергии более 140°С;
• системы отопления зданий и сооружений менее 100°С;
• системы горячего водоснабжения 60°С;
• системы геотермального теплоснабжения теплиц  менее 60°С;
• геотермальные холодильные установки  менее 60°С.

Примечание.

Значительно повышается эффективность применения термальных вод при их комплексном использовании.

Также получить содержащиеся в термальной воде ценные компоненты (йод, бром, литий, цезий, кухонная соль, глауберова соль, борная кислота и многие другие) для их промышленного использования.

Преимуществом геотермальной  энергетики является ее практически полная безопасность для окружающей среды. Количество С0₂, выделяемого при производстве 1 кВт электроэнергии из высокотемпературных геотермальных источников, составляет от 13 до 380 г (например, для угля он равен 1042 г на 1 кВт/ч).

Недостатки геотермальной  энергии:

• необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт.
• высокая минерализация термальных вод большинства месторождений.
• наличие в воде токсичных соединений и металлов.

Эти недостатки, в большинстве случаев, исключает  возможность сброса этих вод в расположенные на поверхности природные водные системы.

Отмеченные выше недостатки геотермальной энергии приводят к

тому, что для практического  использования теплоты геотермальных

вод необходимы значительные капитальные затраты:

• на бурение скважин;
• обратную закачку отработанной геотермальной воды;
• на создание коррозийно-стойкого теплотехнического оборудования.

Говоря о недостатках, следует отметить, что тепло Земли  очень «рассеянно», и в большинстве  районов мира человеком может  использоваться с выгодой только очень небольшая часть энергии. Из них пригодные для использования геотермальные ресурсы составляют около 1% общей теплоемкости верхней 10-километровой толщи земной коры.

Рынок геотермальной  энергетики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перспективы развития.

Однако в связи с  внедрением новых, менее затратных, технологий бурения скважин, применением  эффективных способов очистки воды от токсичных соединений и металлов капитальные затраты на отбор  тепла от геотермальных вод непрерывно снижаются. Поэтому геотермальная энергетика в последнее время существенно продвинулась в своем развитии. Так, последние разработки показали возможность выработки электроэнергии при температуре пароводяной смеси ниже 80 °С, что позволяет гораздо шире применять ГеоТЭС для выработки электроэнергии. В связи с этим ожидается, что в странах со значительным геотермальным потенциалом, в первую очередь в США, мощность ГеоТЭС в самое ближайшее время удвоится.

Hot-Dry-Rock технология. Еще более впечатляет появившаяся несколько лет тому назад новая, разработанная австралийской компанией Geodynamics Ltd., поистине революционная технология строительства ГеоТЭС — так называемая технология Hot-Dry-Rock, существенно повышающая эффективность преобразования энергии геотермальных вод в электроэнергию. Суть этой технологии заключается в следующем.

До самого последнего времени  в термоэнергетике незыблемым считался главный принцип работы всех геотермальных станций, заключающийся в использовании естественного выхода пара из подземных резервуаров и источников. Австралийцы отступили от этого принципа и решили сами создать подходящий «гейзер».

Для создания такого гейзера  австралийские геофизики отыскали в пустыне на юго-востоке Австралии  точку, где тектоника и изолированность скальных пород создают аномалию, которая круглогодично поддерживает в округе очень высокую температуру.

Прогнозная динамика ввода новых геотермальных мощностей, МВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСПОЛЬЗУЕМ ЭНЕРГИЮ БИОМАССЫ

Биомасса —  это органические вещества, сохранившие  в себе энергию Солнца, благодаря процессу фотосинтеза.

Источниками топлива из биомассы являются наземная и водная растительность, отходы сельскохозяйственного и  лесозаготовительного производства, муниципальные отходы и отходы животноводства. Она образуется в ходе работы пищевой цепочки. В первоначальном виде существует в форме растений, затем передается травоядным животным, а если их съедят — то и плотоядным. Человек тоже ест растения и животных.

Биомасса характеризуется  способностью к возобновлению, низкой ценой, небольшим объемом выбросов, исключением повышения содержания С0₂ в атмосфере, неэкономичностью транспортировки на большие расстояния и сильной тенденцией образования нагара и шлака при сжигании.

При сгорании биомассы (древесины, высушенной растительности) освобождается  накопленная энергия и углекислый газ.

Примечание.

На сегодняшний  день эта отрасль занимает второе место после гидроэнергии из списка альтернативных источников из-за своей  дешевизны и доступности. Она  составляет 15% от мировой поставки энергии  и до 35%— в развивающихся странах.

В принципе, биомасса – это  любой материал органического происхождения, не только растения и животные, но и экскременты животных или остатки растений, такие как солома. Бумага и целлюлоза, отходы бойни, органические отходы, растительное масло и этанол — все это биомасса и может быть использовано для производства энергии.

Используются разные методы для превращения этих материалов в жидкий, твердый или газообразный источник энергии. Часто существует несколько путей превращения биомассы в энергию. Она, например, может быть сожжена в энергетической установке для получения тепла, переброжена в анаэробном реакторе, чтобы потом получить газ и затем электричество и тепло или может быть преобразована в синтетический газ или топлива путем термохимической газификации.

Схема биогазовой установки.

 

 

 

Одновременное получение  холода, тепла и электроэнергии из биогаза.

Достоинства и  недостатки технологии.

Когенерация — это высокоэффективное использование первичного источника энергии (биогаза, газа или дизельного топлива) для получения двух форм полезной энергии — тепловой и электрической.

Тригенерация — это выработка одновременно трех форм полезной энергии—электричества, тепла, горячей воды, холода и холодной воды.

Система когенерации позволяет использовать то тепло, которое в других случаях просто теряется. При этом снижается потребность в покупной энергии, что способствует уменьшению производственных расходов. Главное преимущество состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью.

Рассмотрим КПД. Любое  производство электроэнергии, использующее технологию сжигания топлива, сопровождается выделением тепла. В газопоршневых агрегатах максимальный КПД по выработке электроэнергии составляет около 40%.

Тепловой КПД таких  установок составляет 40—45%. То есть полезно используется только половина высвобождаемой энергии, а другая половина уходит с теплом в окружающую среду.

Ситуация меняется, если использовать технологию когенерации и тригенерации. Когенерационная установка, одновременно с производством электроэнергии полезно утилизирует теплоту двигателя, производя горячую воду или пар. Это резко повышает общий КПД установки. В некоторых случаях он достигает 90%. Отношение электрической мощности к тепловой составляет 1:1,2. Тригенерация. Использование технологии тригенерации позволяет сохранить высокий КПД круглогодично. Например, летом отопление не требуется, но необходимо кондиционирование жилых помещений, офисов, больниц. В промышленности широко используется холодная вода и холод.

Недостатком когенераторов является только ограниченная мощность до 3 МВт для одной машины. Средний промышленный потребитель в России имеет установленную мощность в 1—2 МВт. При необходимости могут быть установлены несколько параллельно работающих когенераторов.

Распределение потоков  энергии при работе когенерационной установки.

 

 

 

 

 

 

 

Особенности установки  и использования.

Когенераторы легко перевозить и устанавливать. Они позволяют решить острый вопрос неравномерного суточного потребления электроэнергии, неразрешимый для крупных генерирующих установок. Действительно, для когенератора, линейная зависимость потребления топлива имеет место, начиная с 15—20% номинальной мощности. Секционируя (пакетируя) общую мощность на 4—8 блоков, работающих параллельно, появляется возможность работы с 1,5—4% до 100% номинальной нагрузки при расчетном удельном потреблении топлива.

При отсутствии нагрузки невостребованные когенераторы останавливаются, на этом в значительной степени экономится моторесурс первичных двигателей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Области применения когенерационных систем.

В качестве источника энергии  в мини-ТЭЦ используются двигатели  внутреннего сгорания (ДВС): дизельные, газовые и газотурбинные. Энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, переходит в энергию электричества  и утилизируюмую энергию тепла.

В газовых двигателях могут  использоваться такие виды газов  как: природный газ пропан, факельный  газ, газ сточных вод, биогаз, газ  мусорных свалок, коксовый газ, попутный газ, пиролизный газ, древесный газ, газ химической промышленности.

Примечание.

Наибольшей эффективностью, надежностью и универсальностью отличаются установки на основе газовых (газопоршневых) двигателей.

Это вызвано, прежде всего, современными требованиями к экологической чистоте окружающей среды, а также к снижению эксплуатационных расходов на органическое топливо и доступностью его использования.

Газовые двигатели используются для работы в составе генераторных установок, предназначенных для постоянной и периодической работы (снятие пиковых нагрузок) с комбинированной выработкой электроэнергии и тепла (когенерация).

Кроме того, установки могут  использоваться для обеспечения  работы абсорбционных холодильных  установок (тригенерация) в системах кондиционирования.

Секционирование когенераторных установок из нескольких блоков, позволяет достичь эффективности такой же, как и у большой установки, при этом получая ряд значительных преимуществ.

Это точное управление мощностью. Максимальный КПД достигается при загрузке на 100%. Это значит, что при секционировании, в минимальные часы энергопотребления, есть возможность нагрузить часть блоков, а часть – оставить в нерабочем состоянии. Это приводит к увеличению ресурса всей системы в целом.

В последнее время стремительно растет количество оборудования, которое использует для своей работы биогаз, свалочный газ, газ с водоочистных станций или другое альтернативное топливо как, например, метан.

Принцип использования  биогаза: а. на очистных сооружениях; б. на свалке отходов; в. При использовании отходов животноводческих ферм.

 

Биогазовая станция строится, прежде всего, возле очистных сооружений сточных вод, на свалках коммунальных отходов или в сельскохозяйственных предприятиях, занимающихся животноводством.

Поскольку биогаз обычно возникает  как побочный продукт во время  обработки органических отходов, эксплуатация когенерационных установок, работающих на этом виде топлива, является с экономической точки зрения очень выгодной.

Примечание.

Новое энергетическое законодательство в таком случае гарантирует потребителям когенерационной технологии, которые используют возобновляемые источники энергии, долговременные стабильные закупочные цены электричества на экономически привлекательном уровне.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВЕТРА

Ветроэнергетика.

Ветроэнергетика является растущей отраслью энергетики. На сегодня установлено  более 6400 ветровых турбин, имеющих название «Сименс». Их пиковая производительность составляет 5700 мегаватт; их использование  снижает выбросы углекислого  газа более чем на восемь миллионов  метрических тонн год. В морском  секторе парков ветроустановок компания «Сименс» является мировым лидером по поставке ветровых турбин. Благодаря компании «Сименс» был построен крупнейший в Европе парк установленных на суше ветроустановок в Вайтли (Шотландия). Самая большая модель турбины в портфеле продуктов по ветроэнергетике имеет номинальную мощность 3,6 мегаватта и диаметр ротора 107 метров. Лопасти ротора, при изготовлении которых используется запатентованный способ получения цельной лопасти, состоят из стекловолокон, они не имеют швов и способны выдержать ветер даже ураганной силы. В будущем планируется производить лопасти длиной 60 метров, которые будут способны вращать еще более мощные турбины. Наиболее эффективная эксплуатируемая в настоящее время ветровая турбина может выработать в 100 раз больше электроэнергии, чем ветровые турбины, использовавшиеся 25 лет назад. Для удовлетворения большого спроса на продукцию в отдельных регионах компания «Сименс» построила собственные производственные мощности, например, в штате Айова (США).