Кроме указанных установок возможно также создание солнечных систем теплоснабжения (ССТ) на острове Ольхон, где в течение года наблюдается максимальное в регионе количество солнечных дней (64,2).Суммарная потребность в инвестициях для реализации проектов НВИЭ в Иркутской области составляет свыше 1 млрд. руб. Объем вытесненного топлива – 4-5 тыс. т/год. Ежегодная экономия средств на завоз топлива – 100-150 млн. руб. Возможность реализации указанных проектов НВИЭ в Иркутской области будет определяться темпами снижения стоимости возобновляемых энергетических технологий и динамикой роста цен на дизельное топливо.Рис. 3.7. - Размещение НВИЭ на территории Иркутской областиПроблемой при создании таких установок является также поиск потенциальных инвесторов, поскольку проекты сооружения НВИЭ, требуют существенных затрат и являются высоко рисковыми. В большинстве государств проекты создания НВИЭ осуществляются на принципах частно-государственного партнерства.3.2. Долгосрочные тенденции развития энергетики,перспективы использования новых и нетрадиционных источников энергииУдовлетворение растущих потребностей человеческого общества в энергии в долгосрочной перспективе связано, прежде всего, с появлением и совершенствованием новых (нетрадиционных) и возобновляемых источников энергии. Эти источники в силу определенных, главным образом, экономических факторов, не находят пока широкого применения в практической деятельности. Вместе с тем, учеными и практиками всего мира ведется активная работа по созданию и совершенствованию новых энергетических установок, повышению их экономических показателей [2].В настоящем разделе представлены наиболее эффективные возобновляемые технологии производства электроэнергии порядке увеличения доли их выработки в мировом энергетическом балансе. К этим технологиям относятся ветроэнергетика, биоэнергетика, геотермальная, солнечная энергетика, а также энергетика, использующая энергию приливов и отливов.Другие возобновляемые источники энергии (установки, использующие энергию волн, течений, перепадов температур, перепадов солености и др.) в общем мировом производстве возобновляемой энергии составляет незначительную величину и потому в данном разделе не рассматриваются.
3.2.1. Перспективы развития ветряной энергетикиИспользование энергии ветра имеет длинную историю. В настоящее время ветряная энергия является вторым по объему использования возобновляемым ресурсом после гидроэнергии. Общая установленная мощность ветряных электростанций составляет 197ГВт при годовой выработке 218,5 млрд. кВтч. Наибольшее развитие ветроэнергетика получила в Китае, США, Германии и Испании. На долю этих стан приходится две трети установленной мощности всех ветроэнергетических установок [32].На рис. 3.8. приведен вид и строение ветроэнергетической установки.
-
Фундамент
-
Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления
-
Башня
-
Лестница
-
Поворотный механизм
-
Гондола
-
Электрический генератор
-
Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)
-
Тормозная система
-
Трансмиссия
-
Лопасти
-
Система изменения угла атаки лопасти
-
Колпак ротора
Рис. 3.8.- Строение ветроэнергетической установкиМощность ветрогенератора зависит от скорости ветра и ометаемой площади:
N=0,5·p·S·V3,где -
Vскорость ветра,
p- плотность воздуха,
S- ометаемая площадь.Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны, где запасы этого вида энергии наиболее велики. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1,5-2 раза. В море, на расстоянии 10-12 км от берега, строятся офшорные
ветряные электростанции. Башни
ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.Безусловным преимуществом ветроэнергетических установок является отсутствие потребности в топливе и, как следствие, каких-либо вредных выбросов [10]. Ветроустановки могут использоваться не только для выработки электроэнергии, но и для получения механической энергии, например для привода насосов, перекачивающих воду. В этом случае электрические генератор и аккумулятор не нужны, что удешевляет установку. Основной трудностью в использовании энергии ветра остается его непостоянство как по силе, так и по направлению. Для процессов, не требующих постоянства действия механизма, использование энергии ветра может быть эффективным. Однако большинство процессов требуют непрерывной отдачи энергии.
В тех местах, где отсутствует централизованное электроснабжение проблема решается установкой аккумуляторов (электрических, механических, тепловых) и резервных источников энергии. Непостоянство отдаваемой мощности ветроустановок не оказывает сильного влияния на передачу электрической энергии в достаточно мощную электрическую систему, для которой относительно небольшие колебания количества поступающей электроэнергии малочувствительны. С ростом доли ветроэлектрических станций в энергосистеме усложняются процедуры участия ветряных электростанций в покрытии графика нагрузок (требуется прогнозирование энергоотдачи или аккумулирование энергии).Экономическая эффективность использования ветряных электростанций сдерживается высокой стоимостью инвертора и аккумуляторных батарей, составляющей около 75 % стоимости всей установки. Инвертор применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в ток и напряжение промышленной частоты и синхронизации его по фазе с внешней сетью при работе генератора в энергосистеме. Аккумуляторы используются в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети. Для обеспечения надёжного электроснабжения изолированных потребителей ветроустановка должна иметь резервный источник питания. Как правило, таким источником является дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой. К экологическим проблемам создания и эксплуатации ветроэнергетических установок относят: необходимость отчуждения земель, повышенный шум и вибрацию, изменение ландшафта и условий воздушного обмена в районах сооружения ветроэлектростанций [17].Технический потенциал ветровой энергии России оценивается значением 50 000 миллиардов кВтч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд. кВтч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России.Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Черного и Азовского морей. Локальные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве и на Байкале.Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период, когда наблюдается наибольшая потребность в электроэнергии и тепле. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14 % – в Северном экономическом районе, около 16 % – в Западной и Восточной Сибири. Основная доля ветровых ресурсов Россия приходится на неосвоенные, малонаселенные территории, в которых отсутствует какое-либо промышленное производство.
Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составила около 18 МВт. Cамая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Калининградской области. Куликовская ВЭС состоит из 21 ВЭУ датской компании SЕАS Energi Service A.S. Её среднегодовая выработка составляет около 6 млн. кВтч. Кроме этого, ветроэнергетические установки работают в Башкирии, Калмыкии, республике Коми и на Чукотке.3.2.2. Использование биомассы в качестве топливав электроэнергетикеБиомасса (энергоносители растительного происхождения, образуемые в процессе фотосинтеза) – шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4×1012 тонн. Если производство биомассы соизмеримо с ее сжиганием, содержание углекислого газа в атмосфере остается неизменным. Использование энергии биомассы осуществляется на основе двух основных типов технологий, позволяющих повысить ее теплотворную способность, сократить объем биомассы и ее вес: термохимических и биотехнологических. Первые предполагают прямое сжигание биотоплива (дров, быстрорастущих растений, древесных, сельскохозяйственных и бытовых отходов); его пиролиз (сжигание без доступа кислорода); или его газификацию (получение горючего газа). Из биотехнологических методов наибольшее применение получили производство биогаза из сельскохозяйственных отходов, получение этанола ферментациией сахаро- и крахмалсодержащих продуктов (злаки, картофель, сахарная свёкла), с предварительным гидролизом в случае использования целлюлозосодежащего растительного сырья (древесина, солома, растительные отходы).Сжигание полученных энергетических ресурсов осуществляется в паровых котлах или в газовых турбинах, технологические схемы которых были описаны в первом разделе курса. Общий объем произведенной с помощью биомассы электрической энергии составил в 2008 г. около 194 млрд. кВтч, при установленной мощности электростанций около 40 ГВт. Лидером по производству энергии на биотопливе являются США, в которых производится около трети всей производимой биоэлектроэнергии. В России объемы производства электроэнергии с использованием биотоплива пока незначительны [32].
Существуют два качественно различных источника геотермальной энергии: гидротермальные (паротермальные) источники тепла, представляющие собой не что иное, как подземные запасы горячей воды и пара, с температурой в большинстве случаев порядка 100 °С (иногда 300-350 °С), и так называемые петротермальные [17]. Так как горячая вода и пар сравнительно редко выходят на поверхность самопроизвольно (это происходит обычно в геотермических районах, например на Камчатке, в Японии, Новой Зеландии, Исландии) в виде гейзеров и горячих источников, то для использования их тепла приходится бурить скважины.Петротермальные источники тепла это нагретые обычно твердые и сухие породы. Геотермальное тепло Земли почти исключительно сконцентрировано в петро-термальных источниках. В настоящее время развитие получили главным образом гидро - и паротермальные источники, которые используются как для теплофикации, так и для производства электроэнергии.Общая установленная мощность геотермальных электростанций составляет 10,7 ГВт при годовой выработке около 60 млрд. кВтч. Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США (16 млрд. кВтч.). На втором месте находятся Филиппины.В СССР первая геотермальная электростанция, мощностью 11 МВт была построена в 1966 году на Камчатке, в долине реки Паужетка. На Мутновском месторождении термальных вод 29 декабря 1999 года запущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт.10 апреля 2003 года запущена в эксплуатацию первая очередь Мутновской ГеоЭС, установленная мощность на 2007 год – 50 МВт, планируемая мощность станции составляет 80 МВт, выработка в 2007 году составила 360,687 млн. кВтч. Станция полностью автоматизирована.На рис. 3.9 изображена принципиальная схема геотермальной электростанции, непрямого цикла. На такой станции горячий пар или вода источника подаются не непосредственно на турбину