Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция № 16 . Основы энергосбережения. Топливно-энергетические ресурсы Республики Беларусь. Способы получения, преобразования и использования энергии
Энергия и ее виды. Традиционные способы получения тепловой и электрической энергии. Ископаемые виды топлива, их характеристика и запасы в Республике Беларусь. Энергия, ее виды, преимущества электрической энергии. Традиционные источники электрической энергии: тепловая (ТЭС), энергия потока воды (ГЭС), атомная энергия (АЭС). Экологические проблемы использования традиционных источников энергии.
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Краткая характеристика нетрадиционных источников энергии (энергия солнца, ветра, энергия приливов океана, геотермальная энергия). Экологические аспекты развития ветро- и гидроэнергетики. Понятие о биоэнергетике. Использование энергии биомассы в мире и в Республике Беларусь. Биогаз, роль технологии в решении глобальных экологических проблем.
ВВЕДЕНИЕ
Энергетика - один из основных секторов, влияющих на дефицит платежного баланса Беларуси. Стоимость импортных энергоносителей тяжелым грузом ложится на экономику страны и увеличивает дефицит госбюджета, т.к. Беларусь зависит от России на 100% в поставках мазута и газа для электростанций, а валовое потребление топливно-энергетических ресурсов за счет внутренних источников менее 20%. С другой стороны, мы тратим на выпуск продукции в среднем 1,5 - 2 раз больше энергии и сырья, чем в промышленно-развитых странах. Поэтому повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов и создание условий для целенаправленного перевода экономики Республики Беларусь на энергосберегающий путь развития является актуальнейшей задачей.
Энергия и ее роль в жизни человека и общества. Понятие энергии. Основные виды энергии.
Классическое определение гласит:
Энергия - (греч. - действие, деятельность) - общая количественная мера различных форм движения материи.Из данного определения вытекает:
- энергия, - это нечто, что проявляется лишь при изменении состояния (положения) различных объектов окружающего нас мира;
- энергия - это нечто, способное переходить их одной формы в другую ;
- энергия характеризуется способностью производить полезную для человека работу;
- энергия - это нечто, что можно объективно определить, количественно измерить.
Энергию в естествознании в зависимости от природы делят на следующие виды:
1) Механическая энергия - проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц.К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах - транспортных и технологических.
2) Тепловая энергия - энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ.Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.).
3) Электрическая энергия - энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов; дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэрозионная обработка).
4) Химическая энергия - это энергия, "запасенная" в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами.Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98%), но низкой емкостью.
5) Магнитная энергия - энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но "отдающих" ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом, каждую из них можно рассматривать как "оборотную" сторону другой.
6) Электромагнитная энергия - это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Оно включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны.Таким образом, электромагнитная энергия - это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.
7) Ядерная энергия - энергия, локализованная в ядрах атомов т.н. радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).Бытует и старое название данного вида энергии - атомная энергия, однако это название неточно отображает сущность явлений, приводящих к высвобождению колоссальных количеств энергии, чаще всего в виде тепловой и механической.
8) Гравитационная энергия - энергия обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это, например, энергия, "запасенная" телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли - энергия силы тяжести.
Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромира - гравитационную, энергию взаимодействия тел - механическую, энергию молекулярных взаимодействий - тепловую, энергию атомных взаимодействий - химическую, энергию излучения - электромагнитную, энергию заключенную в ядрах атомах - ядерную.
Современная наука не исключает существование и других видов энергии, пока не зафиксированных, но не нарушающих единую естественнонаучную картину мира и понятие об энергии. Единой единицей измерения энергии является 1 Дж (Джоуль). В то же время для измерения количества теплоты используют "старую" единицу - 1кал (калория) = 4,18Дж, для измерения механической энергии используют величину 1кгм = 9,8Дж, электрической энергии - 1кВтч = 3,
Энергия сыграла решающую роль в развитии цивилизации. Потребление энергии и накопление информации имеет примерно одинаковый характер измерения во времени, тесна связь между расходом энергии и объемом выпускаемой продукции. Рост потребления энергии поразительно высок. Но именно благодаря ему человек значительную часть своей жизни может посвятить досугу, образованию, созидательной деятельности, добился теперешней высокой продолжительности жизни.Мы считаем энергию чем-то нужным, способным работать на нас. Снабжение общества энергией необходимо для множества полезных дел: обогрева помещений, обеспечения передвижения, выпуска необходимых нам товаров, поддержания работоспособности различных машин, механизмов, приборов, приготовления пищи, освещения, поддержания жизнедеятельности и т.д. и т.п.
Эти примеры применения энергии можно разделить на три большие группы:
а) энергия питания. Она дороже других видов энергии: пшеница в перерасчете на Джоули гораздо дороже, чем уголь. Питание дает тепло для поддержания температуры тела, энергию для его движения, для осуществления умственного и физического труда.
б) энергия в виде тепла для обогрева домов и приготовления пищи. Она дает возможность жить в различных климатических условиях и разнообразить пищевой рацион человека.
в) энергия для обеспечения функционирования общественного производства. Это энергия для производства товаров и услуг, физического перемещения людей и грузов в пространстве, для поддержания работоспособности всех систем коммуникаций. Затраты этой энергии на душу населения значительно выше, чем затраты энергии на питание.
Энергия, которая содержится в природных источниках и может быть преобразована в электрическую, тепловую, механическую, химическую названа первичной
К традиционным видам первичной энергии относят: органическое топливо (уголь, нефть и т.д.), гидроэнергия рек и ядерное топливо (уран, торий и др.).Энергия, полученная после преобразования первичной на специальных установках, называется вторичной.
В традиционной энергетике выделяют главным образом электроэнергетику и теплоэнергетику.
Наиболее удобный вид энергии - электрическая, которая может считаться основой цивилизации. Преобразование первичной энергии в электрическую производится на электростанциях: ТЭС, ГЭС, АЭС.
Примерно 70% электроэнергии вырабатывают на ТЭС. Они делятся на конденсационные тепловые электростанции (КЭС), вырабатывающие только электроэнергию и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые производят электроэнергию и теплоту.
Основное оборудование ТЭС - котел-парогенератор ПГ, турбина Т, генератор Г, конденсатор пара К, циркуляционный насос Н. В котле при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в энергию водяного пара. В турбине Т водяной пар превращается в механическую энергию вращения. Генератор Г превращает энергию вращения в электрическую. Тепловая энергия для нужд потребления может быть взята в виде пара из турбины либо котла. Схема ТЭЦ отличается тем, что вместо конденсатора ставят теплообменник, где пар при большом давлении нагревает воду, подаваемую в тепловые магистрали.
Есть ТЭС с газотурбинными установками. Рабочее тело в них - газ с воздухом. Газ выделяется при сгорании органического топлива и смешивается с нагретым воздухом. Газовоздушная смесь при 750-770°С подается в турбину, которая вращает генератор. ТЭС с газотурбинными установками более маневренна, легко пускается, останавливается, регулируется. Но их мощность в 5-8 раз пока меньше, чем паровых.
Процесс производства электроэнергии на ТЭС можно разделить на три цикла: химический - процесс горения и в результате теплота передается пару; механический - тепловая энергия пара превращается в энергию вращения; электрический - механическая энергия превращается в электрическую.
Практически с учетом потерь Чтэс=36-39%. Из-за более полного использования тепловой энергии кпд ТЭЦ=60-65%.
Атомная электростанция отличается от ТЭС тем, что котел заменен ядерным реактором. Теплота ядерной реакции используется для получения пара. Первичной энергией на АЭС является внутренняя ядерная энергия, которая при делении ядра выделяется в виде колоссальной кинетической энергии, которая, в свою очередь, превращается в тепловую. Установка, где идут эти превращения, называется реактором.
В нем происходит не просто деление ядер урана, а цепная реакция деления. Освобождаемая при делении ядер энергия - это кинетическая энергия движения ядер, нейтронов и осколков деления. При делении они разлетаются с огромными скоростями, и если их затормозить, то кинетическая энергия превращается в тепловую.
Для сравнения: при сжигании 1 кг каменного угля можно получить 8 кВт ч электроэнергии, а при сжигании 1 кг ядерного топлива вырабатывается 23 млн. кВт ч электроэнергии.
Реактор включает активную зону, отражатель, системы управления, регулирования и контроля, корпус и биологическую защиту.
В активную зону загружается ядерное топливо в виде стрежней - ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы) и замедлитель нейтронов - графит. Через активную зону проходит вещество теплоноситель, которое служит для отвода тепла (вода, инертные газы и т.д.). Теплоноситель омывает поверхность ТВЭЛов, нагревается и уносит тепло в парогенератор, отдавая его воде. Образующийся водяной пар поступает в турбину. Регулирование мощности реактора производится с помощью специальных стержней. Они вводятся в активную зону и изменяют поток нейтронов, а значит, и интенсивность ядерной реакции.
Природное ядерное горючее - уран. Биологическая защита - слой бетона в несколько метров толщиной.
Энергия воды используется на гидроэнергетических установках (ГЭУ) трех видов: 1) гидравлические электростанции (ГЭС); 2) приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов морей и океанов; 3) гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), накапливающие и использующие энергию водоемов и озер.
Гидроэнергетические ресурсы в турбине ГЭУ преобразуются в механическую энергию, которая в генераторе превращается в электрическую.
Таким образом, основные источники энергии: твердое топливо, нефть, газ, реки, энергия распада ядер урана и др. радиоактивных веществ.
Нетрадиционная энергетика ее характеристика
Ветроэнергетика
Ветровая энергетика - это получение механической энергии от ветра с последующим преобразованием ее в электрическую. Имеются ветровые двигатели с вертикальной и горизонтальной осью. Энергию ветра можно успешно использовать при скорости более 5 м/с. Недостаток - шум.
Ориентиром в определении технического потенциала Республики Беларусь могут служить официальные оценки возможной доли ветроэнергетики в сложившейся структуре электропотребления таких стран, как Великобритания и Германия. Доля ветроэнергетики в этих странах оценена в 20%.
Потенциал энергии ветра в мире огромен. Теоретически эта энергия могла бы удовлетворить все потребности Европы. Последние инженерные успехи в строительстве ветровых генераторов, способных работать при низких скоростях, делают использова¬ние ветра экономически оправданным. Однако ограничения на строительст¬во ВЭС, особенно в густонаселенных районах, значительно снижают потен¬циал этого источника энергии.
Наибольшая доля (до 3%) в производстве электроэнергии ВЭС получе¬на в 1993 г. в Дании, где ветровые турбины рассеяны по всей стране. Строительство современных ВЭС началось здесь в конце 70-х годов. А в начале 80-х в Калифорнии в США наблюдался особенно интенсивный рост ВЭС. Принятие здесь закона о налоговых льготах на инвестиции в возоб¬новляемые источники энергии в дополнение к федеральным налоговым льго¬там создало благоприятную обстановку. В результате Калифорния превра¬тилась в мирового лидера по производству электроэнергии из ветра. США могут потерять это лидерство, т.к. в ЕС поставили цель вырабатывать в 2005 году 8 тыс. МВт ветровой электроэнергии, что составляет 1% пот-ребностей ЕС в электроэнергии. Дания, Германия и Нидерланды должны до¬вести к этому времени выработку электроэнергии из ветра по крайней ме¬ре до 5000 МВт.
Стоимость ветровой энергии снижается где-то на 15% в год и даже сегодня может конкурировать на рынке, а главное, имеет перспективы дальнейшего снижения, в отличие от стоимости энергии, получаемой на АЭС (последняя повышается на 5% в год), при этом темпы роста ветроэнергетики в настоящее время превышают 25% в год. Использование энергии ветра в различных государствах набирает силу, что находит подтверждение в табл. 2.3.
Развитие ветроэнергетики в странах мира
|
Государство |
Мощности ветроэлектростанций, введенных в 1995 году, МВт |
Суммарные действующие мощности ветроэлектростанций по состоянию на 1996 г., МВт |
|
Германия |
500 |
1132 |
|
Индия |
375 |
576 |
|
Дания |
98 |
637 |
|
Нидерланды |
95 |
219 |
|
Испания |
58 |
133 |
|
США |
53 |
1654 |
|
Швеция |
29 |
69 |
|
Китай |
14 |
44 |
|
Италия |
11 |
33 |
|
Другие |
57 |
370 |
|
Всего |
1289 |
4897 |
Опыт освоения энергии ветра в развитых государствах показывает, что наиболее оптимальными являются ветроустановки мощностью более 100кВт, особенно в диапазоне 200-500 кВт. При этом в Дании, например, стоимость 1 кВт ч электроэнергии, произведенной на ветроэлектростанции, дешевле, чем на теплоэлектростанции.
Хотя средняя скорость ветра в Республике Беларусь считается недостаточной для мас-сового развития ветроэнергетики, у нас существует сотни отдельных мест и территорий, на которых можно устанавливать современные ветроустановки.
По оценкам комитета экономики ТЭК и химпрома Минэкономики РБ потенциал ветровой энергии в Беларуси составляет 150 МВт. Однако средняя скорость ветра в нашей стране - 4,1 м/с (в Голландии до 15 м/с). Кроме того, энергия ветра - величина непостоянная, помимо ветряков необходимо ставить резервные мощности по производству электроэнергии. В настоящее время кадастр ветроэнергетических площадок включает 800 позиций н территории РБ.
Например, в Гродненской области вблизи деревень Богуши Сморгоньского, Житрополь Новогрудского и Дебеси Островецкого районов, где ско¬рость ветра колеблется от 3 до 4,7 метра в секунду запланировано строительство ветроэнергетических установок (ВЭУ). Под Минском уже установлена и работает ВЭУ мощностью 100 кВт. Роторная ветроэнергетическая установка по использованию энергетического потенциала ветра на сегодняшний день пока является нетрадиционным источником энергии, своего рода "ноу-хау" в области энергосбережения. По своим техническим характеристикам она не имеет аналогов в мире. Установка способна работать при скорости ветра три метра в секунду, что характерно для континентального климата Беларуси. Как сообщили создатели проекта - руководители ООО "Аэрола", в ближайшие два года в республике можно будет разместить 1840 площадок для ветроэнергетических установок. А их дальнейшее внедрение позволит Беларуси пятую часть энергии получать с помощью ветра. Есть готовые проекты ВЭУ на 10, 20, 50 и 300 кВт, разработанные Белорусским государственным научно-исследовательским Теплоэнергетическим институтом (БелТЭИ). К концу 2010 г. количество ВЭУ возрастет до 17, за счет этого будет получено около 5 миллионов кВт/ч. электроэнергии. По оптимистическим прогнозам доля ветроэнергетики к 2015 году в Беларуси может составить 20%, однако все тормозится низкой эффективностью ВЭУ и экономической нецелесообразностью.
Расчеты, выполненные специалистами НАН РБ, НПО "Ветроэн", НИИ "Белэнергосетьпроект" показали, что энергия ветра позволит ежегодно произвести 6,5-7,0 млрд. кВт ч. электрической энергии, что эквивалентно использованию около 2 млн. т.у.т. в год.
Однако следует учитывать, что ветроагрегаты используют не весь потенциал энергии ветра, поэтому при внедрении важно определить количественные показатели ВЭУ по степени утилизации ветроэнергоресурсов.
Для Беларуси наиболее выгодным с данной точки зрения является ветроагрегат с трехлопастным ветроколесом, расположенным на горизонтальной оси вращения. При этом рабочий диапазон выработки электроэнергии - от 3,5 до 20 м/с при достижении номинальных показателей по энергетическим параметрам на уровне скоростей 7-10 м/с. Увеличение высоты оси ветроколеса свыше 10 м, близость водных массивов, естественные возвышенности, значительно расширяют сферу внедрения ВЭУ на территории Республики Беларусь.
Уже сейчас экономически целесообразна установка ВЭУ на Минской возвышенности, в Верхнедвинской зоне, возле Солигорска, озера Нарочь.
Гелиоэнергетика
Гелиоэнергетика - получение энергии от Солнца. Имеется несколько технологий солнечной энергетики. Фотоэлектрогенераторы для пря¬мого преобразования энергии излучения Солнца, собранные из большего числа последовательного и параллельно соединенных элементов, получили название солнечных батарей.
Получение электроэнергии от лучей Солнца не дает вредных выбросов в атмосферу, производство стандартных силиконовых солнечных батарей также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах много¬слойных элементов с использованием таких экзотических материалов, как арсенид галлия или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами.
Солнечные батареи занимают много места. Однако в сравнении с дру¬гими источниками, например с углем, они вполне приемлемы. Более того, солнечные батареи могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных до¬рог, а также использоваться в богатых солнцем пустынях.
Особенности солнечных батарей позволяют располагать их на значи¬тельном расстоянии, а модульные конструкции можно легко транспортиро¬вать и устанавливать в другом месте. Поэтому солнечные батареи, приме¬няемые в сельской местности и в отдаленных районах, дают более дешевую электроэнергию. И конечно, солнечных лучей по всему земному шару най¬дется больше, чем других источников энергии.
Жители отдаленных районов используют энергию солнечных батарей для освещения, радиовещания и других бытовых нужд. Из других практических применений солнечной энергии следует отме¬тить подъем воды из скважин и нужды здравоохранения.
Главной причиной, сдерживающей использование солнеч¬ных батарей, является их высокая стоимость, которая в будущем, вероят¬но, снизится благодаря развитию более эффективных и дешевых техноло¬гий. Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5 долл. за один Вт мощности и, как результат, цена одного кВт/ч. электроэнергии в 6 раз дороже энергии, полученной традиционным путем сжигания топлива. Когда же цена производства солнечной энергии сравня¬ется с ценой энергии от сжигания топлива, оно получит еще более широкое расп¬ространение, причем с начала 90-ых годов темпы роста гелиоэнергетики составляют16% в год, в то время как мировое потребление нефти растет на 1,5% в год.
Целесообразным представляется использование солнечной энергии для получения тепловой, в частности, для отопления жилищ.
Однако 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 теплоносистем 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 РБ по продолжительности солнечного сияния имеет близкие значения, в 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.
Перспективы использования солнечной энергии в республике Беларусь предусматривают три вариант использования солнечной энергии:
- пассивное использование солнечной энергии методом строительства домов "Солнечной архитектуры". Наши расчет показывают, что количество энергии, падающей на южную сторону крыши домов площадью 100 м2 на широте Минска вполне хватает даже для отопления зимой (при 10% КПД аккумуляции солнечной энергии летом и затратах на отопление квадратного метра 70 кВт ч/отопительный сезон, что потребует хорошей теплоизоляции стен, полов, потолков). Размеры дешевого гравийного теплового аккумулятора под домом при этом вполне приемлемы: 10 х 10 х 1,5 м3. В настоящее время полностью игнорируются даже принципы пассивного солнечного отопления. Единственное здание в Беларуси (не говоря о Минске), построенное с использованием этого принципа - немецкий Международный Образовательный Центр (IBB);
- использование солнечной энергии для целей горячего водоснабжения и отопления с помощью солнечных коллекторов;
- использование солнечной энергии для производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок.
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 величину удельного годового теплопотребления до 70-80 кВт ч/м2.
Солнечные коллекторы позволяют обеспечить такие дома теплом, а также теплой водой для нужд проживающих в них людей.
Для условий Республики Беларусь установлено, что оптимальные углы ориентации гелиоколлекторов к горизонту с апреля по сентябрь составляет 31-51о, расстояние между рядами гелиоколлекторов - 0,5-0,8 м.
Результаты экспериментальных исследований позволил выбрать материалы, конструкцию гелиоколлекторов и схемы гелиоустановок. Разработан и внедрен ряд гелиоводоподогревателей производственного и бытового назначения.
В настоящее время в Беларуси финансируется создание отечественной установки на фотоэлементах. Одна солнечная электростанция установлена в Беловежской пуще и отапливается два дома, еще несколько установлено в чернобыльской зоне. Солнечные коллекторы, вырабатывающие тепло, рекомендуется устанавливать в коттеджах и загородных домах. Они экономичнее традиционных угольных котлов.
Солнечная энергетика развивается и в Беларуси. Конечно, массового распространения в нашей стране она еще не получила, но отдельные разработки уже реализованы. Существуют даже небольшие производства. Так, одна из минских фирм создала опытное производство систем горячего водоснабжения, базирующих на использовании солнечной энергии. Эти устройства включают в себя солнечные коллекторы (их число и площадь может варьировать в зависимости от требований конкретного проекта) и бойлеры-накопители. Оптимальный для местного климата вариант - система с четырьмя коллекторами - позволяет обеспечить потребности в горячем водоснабжении для семьи из 4-5 человек. Благодаря большой площади поверхности коллекторов система аккумулирует достаточное количество солнечной энергии даже в пасмурную погоду, а бойлер большей вместимости (более 500 л) позволяет создать стратегический запас горячей воды. В период с марта по октябрь система полностью удовлетворяет потребности здания в горячей воде. Зимой установку можно интегрировать со стандартной системой отопления. Стоимость оборудования варьирует в пределах Usd 900-3500.
Несколько лет назад о себе заявила и другая отечественная компания, организовавшая производство гелиосистем для нагрева воды. Они едставляют собой легкие, компактные конструкции, собираемые по модульному принципу. В зависимости от конкретных условий можно получить установку любой производительности. Основой гелиосистем является пленочно-трцбочный коллектор. Он обладает высокой обсобирующей способностью, благодаря чему даже небольшие дозы солнечного излучения превращает 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 составляла Usd 400.
Однако, в целом, в ближайшее время на значительное увеличение доли солнечной энергетики в Беларуси рассчитывать не приходится.
С другой стороны, специалисты убеждены, что к 2060 году доля энергии Солнца на мировом энергетическом рынке превысит 50%.
Интересны примеры использования солнечной энергии в разных странах.
В условиях Великобритании жители сельской местности покрывают потребность в тепловой энергии на 40-50% за счет использования энергии Солнца.
В Германии (под Дюссельдорфом) проводились испытания солнечной водонагревательной установки площадью коллекторов 65 м2. Эксплуатация установки показала, что средняя экономия тепла, расходуемого на обогрев, составила 60%, а в летний период - 80-90%. Для условий Германии семья из 4-х человек может обеспечить себя теплом при наличии энергетической крыши площадью 6-9 м2.
Современные солнечные коллекторы могут обеспечить нужды сельского хозяйства в теплой воде в летний период на 90%, в переходный период - на 55-65%, в зимний - на 30%.
В Австрии установлено, что для обеспечения 80% теплой водой в жилых сельских домах на 1 человека требуется установка солнечных коллекторов с поверхностью 2-3 м2 и емкостью бака для воды 100-150 л. Установка площадью 25 м2 с бойлером для воды на 1000-1500 л обеспечивают теплой водой 12 человек или небольшой сельский двор.
Наиболее эффективно в странах ЕС солнечные энергоустановки эксплуатируются в Греции, Португалии, Испании, Франции: выработка энергии солнечными энергоустановками составляет соответственно 870000, 290000, 255200, 174000 МВт ч в год.
В целом по Европейскому Союзу вырабатывается 185600 МВт ч в год (по данным 1992 г.).
Наибольшей суммарной площадью установленных солнечных коллекторов располагают: США - 10 млн. м2, Япония - 8 млн. м2, Израиль - 1,7 млн. м2, Австралия - 1,2 млн. м2. В настоящее время 1 м2 солнечного коллектора:
вырабатывает:
4,86-6,48 кВт ч в сутки;
1070-1426 кВт ч в год.
нагревает воды в сутки:
420-360 л (при 30 оС);
210-280 л (при 40 оС);
130-175 л (при 50 оС);
90-120 л (при 60 оС);
экономит в год:
электроэнергии 1070-1426 кВт ч;
условного топлива 0,14-0,19 т;
природного газа - 110-145 нм3;
угля - 0,18-0,24 т;
древесного топлива - 0,95-1,26 т.
Площадь солнечных коллекторов 2 млн. - 6 млн. м2 обеспечит выработку 3,2-8,6 млрд. кВт ч. энергии и экономит 0,42-1,14 млн. т.у.т. в год.
Биоэнергетика.
Биоэнергетика - энергетика, основанная на использовании биотопли¬ва. Она включает использование растительных отходов, искусственное выращивание биомассы (водорослей, быстро¬растущих деревьев) и получение биогаза. Биогаз - смесь горючих газов (примерный состав: метан - 55-65%, углекислый газ - 35-45%, примеси азота, водорода, кислорода и сероводорода), образующаяся в процессе биологического разложения биомассы или органических бытовых расходов. Способы про¬мышленного получения биогаза известны с конца прошлого века (1885 г.). В мире эксплуатируется более 8 млн. установок для получения биогаза.
Биомасса - наиболее дешевая и крупномасштабная форма аккумулирования возобновляемой энергии. Под термином биомасса подразумеваются любые материалы биологического происхождения, продукты жизнедеятельности и отходы органического происхождения. Источники биомассы, характерные для нашей республики, могут быть разделены на несколько основных групп:
1. Продукты естественной вегетации (древесина, древесные отходы, торф, листья и т.п.).
2. Отходы жизнедеятельности людей, включая производственную деятельность (твердые бытовые отходы, лигнин и др.).
3. Отходы сельскохозяйственного производства (навоз, куриный помет, стебли, ботва и т.д.).
4. Специально выращиваемые высокоурожайные агрокультуры и растения
Однако, наличие биомассы даже в большом количестве еще не означает решения проблемы получения из нее различных продуктов и веществ, в том числе топлива. Не переработанная же биомасса приносит непоправимый вред окружающей среде.
В настоящее время древесные отходы находят уже применение: созданы установки, осваивается технология производства генераторного газа и его сжигание. Специалисты считают, что при правильном использовании древесины, древесных отходов и быстрорастущих лесных насаждений может быть покрыто 15% потребностей в топливе. При современном объеме потребления это составит около 6 млн. т.у.т.
В настоящее время использование биомассы дает в Китае более 6% всей потребляемой тепловой энергии, в США - 6%, в странах ЕС - 5,7%, в Бразилии - 32,9%, в Беларуси - 1,6%.
Переработка биомассы в топливо осуществляется по трем основным направлениям:
первое: биоконверсия, или разложение органических веществ расти¬тельного иди животного происхождения в анаэробных (без доступа воздуха) условиях специальными видами бактерий с образованием газообразного топлива (биогаза) и/или жидких топлив (этанола, бутанола и т.д.). В настоящее время в Бразилии на этаноле, полученном в результате разложения биомассы из отходов сахарного тростника, работает городской автотранспорт и многие личные автомобили. В США этанол получают из отходов кукурузы. Этанол имеет высокое октановое число и является хорошим заменителем бензина, при этом в отличие от нефти биомасса является достаточно быстро возобновляемым ресурсом. К биоконверсии относится также получение тепловой энергии при аэробном микробиологическом окислении органических веществ. Так по научному называется компостирование и биоподогрев, о чем знает каждый огородник:
второе: термохимическая конверсия (пиролиз, газификация, быстрый пиролиз, синтез) твердых органических веществ (дерева, торфа, угля) в "синтез-газ", метанол, искусственный бензин, древесный уголь:
третье: сжигание отходов в котлах и печах специальных конструкций. В мире сотни миллионов тонн таких отходов сжигаются с регенерацией энергии. Прессованные брикеты из бумаги, картона, древесины, полимеров по теплотворной способности сравнимы с бурым углем.
В условиях Беларуси развитие биоэнергетики наиболее экономически целесообразно и технически осуществимо, т.к. биомасса - вид топлива, которого у нас с избытком и не использовать который было бы непростительной ошибкой.
Под биомассой ученые и специалисты нашей страны понимают, в первую очередь, древесную кору, стружку, опилки, мусор, деревья на зараженных радиацией территориях. Специалисты БелТЭИ указывают, что при нынешнем использовании древесных отходов как топлива в объеме 1 млн. т условного топлива, экономически оправдано увеличение объема древесных отходов в качестве топлива до 2 млн. т условного топлива. В Институте проблем энергетики НАН РБ завершается серия исследований по возможности использования радиоактивной древесины в качестве топлива.
Малая энергетика.
В настоящее время признанных единых критериев причисления ГЭС к категории малых не существует. У нас принято считать малыми гидростан¬ции мощностью от 0,1 до 30 МВт., при этом введено ограничение по диаметру рабочего колеса гидротурбины до 2 м и по единичной мощности гид¬роагрегата - до 10 МВт. ГЭС установленной мощностью менее 0.1 МВт выделены в категории микроГЭС.
Согласно водноэнергетическому кадастру 1960 г. потенциальная мощность рек Беларуси, подсчитанная по данным об их падении и водоносности, оставляет 855 МВт или 7,5 млрд. кВт-часов/год. Технически возможные к использованию гидроэнергоресурсы оцениваются в 3 млрд. кВт-часов/год.
Освоение гидроэнергетического потенциала Беларуси получило существенное развитие в 1950-е годы за счет строительства малых гидроэлектростанций, в числе которых в 1954 г. введена в эксплуатацию крупнейшая из них, ныне действующая Осиповичская ГЭС на р.Свислочь мощностью 2250 кВт. Всего в республике в начале 60-х годов действовало 179 ГЭС общей установленной мощностью 21 тыс. кВт с годовой выработкой электроэнергии в средний по водности год - 88 млн. кВт-часов.
Однако дальнейшее проектирование и строительство ГЭС в условиях Беларуси было свернуто в конце 50-х годов, к чему в основном побудили представившиеся возможности электроснабжения сельского хозяйства путем подключения сельских потребителей к государственным энергосистемам. Большинство из построенных ГЭС затем было выведено из эксплуатации, поскольку характеризовалось относительно высокой себестоимостью вырабатываемой ими электроэнергии, что обычно присуще мелким энергообъектам. Оставшиеся к началу 90-х годов 6 ГЭС вырабатывали 18,6 млн. кВт-часов в год. Имеется возможность дальнейшего освоения потенциала малых рек за счет восстановления ранее действующих ГЭС, строительства новых малых ГЭС без дополнительного затопления земельных угодий и за счет освоения промышленных водосбросов.
В настоящее время начато восстановление и строительство малых мини-ГЭС. В течение 1991-1994 гг. было восстановлено 4 ГЭС:
Добромысленская (Витебская обл.) - 200 кВт;
Гонолес (Минская обл.) - 250 кВт;
Войтовщизненская (Гродненская обл.) - 150 кВт;
Жемыславльская (Гродненская обл.) - 160 кВт.
До 2000 года технически возможно и экономически целесообразно восстановить и соорудить новых ГЭС на общую электрическую мощность 100-120 МВт, что эквивалентно ежегодной выработке электроэнергии 300-360 млн. кВт-час или ежегодной экономии 100 тыс. т.у.т.
Согласно выполненным в 1991 г. группой специалистов по оценочным расчетам в Беларуси целесообразно восстановить (и реконструировать) 29 малых ГЭС общей установленной мощностью 15 тыс. кВт с годовой выработкой электроэнергии 55 млн. кВт-часов. Кроме того, можно использовать гидроэнергетический потенциал существующих на малых реках водохранилищ неэнергетического назначения путем пристройки к ним ГЭС общей установленной мощностью 6 тыс. кВт с годовой выработкой электроэнергии 21 млн. кВт-часов. Для дальнейшего развития малой гидроэнергетики в условиях Беларуси необходимо оценить возможность для вновь создаваемых гидроэлектростанций с экологически и экономически приемлемыми параметрами их водохранилищ.
В планах энергетиков - строительство каскада гидроэлектростанций на Западной Двине. Начато строительство первой из них мощностью 29МВт. Запланированы две ГЭС на Немане мощностью 45 МВТ, однако сроки строительства пока не определены.
Завершена разработка проекта по сооружению каскада малых ГЭС на реке Котра, что неподалеку от Гродно. На каждой из них намечено установить по 4 турбины мощностью 50 киловатт каждая. За последние годы на Гродненщине, которая, кстати, лишь на 30 процентов обеспечивается собственной электроэнергией, сооружены три малые ГЭС. Еще несколько из числа
ранее действовавших восстановлены. В настоящее время реконструируются еще две, на очереди - строительство так называемой испытательной ГЭС, которая разместится на приграничном Августовском канале и будет использоваться для обучения обслуживающего персонала станций и проверки новых технологий, различных типов и модификаций гидротехнического оборудования. По оценке специалистов, за счет малых ГЭС только на Гродненщине можно получать ежегодно несколько десятков миллионов киловатт-часов электроэнергии. Здесь разработана программа развития малой и нетрадиционной энергетики, которая рассчитана до 2010 года. Предусмотрено сооружение более двух десятков малых ГЭС на реках и водохранилищах, а также свыше 10 ветроэнергетических установок.
В настоящее время в Беларуси действует 11 таких ГЭС. Их общая мощность составляет около 7 тысяч кВт, или 0,8% ее возможных к техническому использованию гидроэнергоресурсов. Для сравнения - в Китае их освоено 12%.
В современных условиях Беларуси использование энергии течения рек представляется перспективным путем решения проблемы уменьшения зависимости энергетики республики от импорта топлива, что также будет способствовать улучшению экологической обстановки!