Основные направления и перспективы развития альтернативной энергетики

Содержание  

 

1. Введение

2.1 Альтернативная энергетика  в Беларуси

2.2 Основные направления альтернативной энергетики

3. Ветроэнергетика

4. Гелиоэнергетика

5. Геотермальная энергетика

6. Космическая энергетика

7. Водородная энергетика и сероводородная энергетика

8. Биотопливо

9. Распределённое производство энергии

10. Перспективы

11. Вывод

12. Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение 

 

В теплоэнергетике в настоящее  время более 180 тысяч малых и  мелких котельных индивидуальных, отопительных, с общей тепло производительностью 680 млн. Гкал в год и расходом топлива 140 млн. т.у.т. или 30% от расхода топлива, затраченного на производство тепла. 

 

Действующие теплоустановки возобновляемой энергетики (2008 год): 

 

- солнечные системы теплоснабжения  с площадью солнечных коллекторов  до 100 тыс. кв.м;

- более 3000 тепловых насосов единичной  мощностью от 4 кВт до 8 МВт;

- около 20 биоэнергетических установок  по переработке отходов животноводства  и птицеводства с выработкой  биогаза;

- геотермальное теплоснабжение  в объеме 3 млн. Гкал в год;

- 8 мусоросжигающих заводов;

- 4 станции по переработке городских  сточных вод;

- несколько котельных на отходах  лесопереработки. 

 

Принцип получения тепла, ничем  не отличается от принципа получения электрической энергии, просто процесс короче на один шаг. 

 

Суммарная доля малой и возобновляемой энергетики составляет около 160 млн. т.у.т. в год или 17% от внутреннего потребления  в 1995 г. (948 млн. т.у.т.). 

 

Что объединяет малую и возобновляемую энергетику? Их объединяет, несмотря на принципиально разные ресурсы (не возобновляемые и возобновляемые) и различное влияние на окружающую среду: 

 

1) предназначение для непосредственного  удовлетворения бытовых и производственных  нужд человека и небольших  коллективов в электрической  и тепловой энергии;

2) ориентация на местные виды  ресурсов;

3) возможность комбинированного  использования для достижения  экономичного и надежного энергоснабжения.  

 

Во имя чего следует развивать  эти отрасли энергетики? Энергетическая стратегия Беларуси дает ответ на этот вопрос, объявляя высшим приоритетом энергообеспечение населения. Другими словами речь идет о надежном обеспечении энергией, светом, теплом, чистой водой, топливом для приготовления пищи, почтовой, телеграфной и телефонной связью людей, проживающих в районах автономного (децентрализованного) энергоснабжения и энергодефицитных районах. А это касается 0,5-0,75 млн. человек. Эти цифры получены следующим образом: взглянем на карту Беларуси. Зоны децентрализованного энергоснабжения и неэлектрифицированные зоны составляют около 7% территории. Неэлектрифицированные поселения встречаются и в зонах централизованного энергоснабжения. 

 

Однако не все социальные проблемы решаются энергетическими стратегиями. И ни одна техническая проблема не решится этой стратегией. Т.е. существует ряд проблем (технических, экономических, социальных) и мифов замедляющих  процесс развития альтернативной энергетики.  

 

Альтернативная энергетика – совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района.

2.1 Альтернативная энергетика в Беларуси

Считается, что развитию альтернативной энергетики долгое время  мешали достаточно дешевые энергоресурсы  и значительные капитальные затраты. Сегодня ситуация кардинально меняется: нефтегазовое топливо постоянно  растет в цене, а новые технологии позволяют все шире использовать потенциал возобновляемых энергоресурсов. В нашей стране ставку делают на атомное направление. При этом прорабатываются  и другие варианты, в том числе  использование энергии ветра, Солнца и тепла Земли. В последних  числах декабря теме энергоресурсов уделяется больше внимания. И неслучайно. Ведь 22 декабря отмечается профессиональный праздник - День энергетика. 
 
Сегодня Беларусь определилась с направлением развития альтернативной энергетики на ближайшее будущее - к 2020 году около трети вырабатываемой электроэнергии должно приходиться на АЭС. Против строительства первой белорусской атомной электростанции не только «чернобыльский синдром», но и высказывания отдельных экспертов о целесообразности развивать другие направления альтернативной энергетики, используя тепло Земли (геотермальную энергию), Солнца, энергию ветра, а также биогазовые, теплонасосные установки и другие преобразователи энергии. Сегодня идут также поиски безопасного применения водородного и биотоплива. 
 
В ноябре этого года в Женеве состоялась сессия Комитета по устойчивой энергетике Европейской экономической комиссии ООН, посвященная финансовому кризису и энергетической безопасности. В ней приняли участие представители стран ЕС, России, Украины, Беларуси, Азербайджана, Турции и других государств, а также различных международных организаций. Представители Комитета по устойчивой энергетике и Европейской экономической комиссии ООН считают, что в условиях финансового кризиса инвестиции в топливно-энергетический сектор необходимо направлять прежде всего в проекты, обеспечивающие энергетическую безопасность. Вторым приоритетом действий для выхода из сложившейся ситуации является сохранение уровня затрат на научные исследования в области энергетики. При этом необходимо учитывать экономическую эффективность разрабатываемых технологий и их возможный вклад в устойчивость и безопасность энергоснабжения. 
 
Например, в Германии среди возобновляемых источников сегодня наибольший вклад вносит ветроэнергетика, установленная мощность которой составила в 2000 году 2.233 МВт, а производство электроэнергии -30,5 млрд. кВт-ч. Но еще более высокими темпами развивается биогазовая энергетика. 
Возможность использования энергии ветра с недавнего времени изучается и в Беларуси. В результате предварительных исследований на территории нашей страны выявлено 1.840 площадок для размещения ветроустановок с возможностью около 600 МВт. В настоящее время у нас работают две ветроустановки, которые эксплуатируются белорусско-немецкой благотворительной общественной организацией «ЭкоДом» совместно с немецким НПО «Дома вместо Чернобыля» при научном сопровождении Белорусского отделения Международной Академии Экологии. 
 
Однако сила ветровых потоков в Беларуси достаточно низкая, поэтому вопрос развития ветроэнергетики в нашей стране требует дальнейшей проработки. К тому же, по мнению заместителя академика-секретаря Отделения физико-технических наук, директора Института энергетики НАН Беларуси, академика Александра Михалевича, этого опыта явно недостаточно. Данные ветряки уже устарели и морально, и физически. Коэффициент использования мощности у них всего 0,1-0,2%. Для того чтобы делать какие-либо выводы о перспективности развития ветроэнергетики в нашей стране, нужны новые установки. 
Считается, что одним из перспективных направлений развития альтернативной энергетики в Беларуси является энергия Солнца. По метеорологическим данным, в Республике Беларусь в среднем 250 дней в году пасмурных, 85 - с переменной облачностью и 30 - ясных. С учетом создания солнечной электростанции в Крыму, а также опыта коллег из южных стран, где солнечных дней гораздо больше, нежели у нас, себестоимость получаемой электроэнергии пока десятикратно превышает ее производство на других источниках. Конечно, технический прогресс в этой области будет способствовать снижению затрат. Однако для условий Беларуси в прогнозируемом периоде составляющая производства электроэнергии с помощью солнечной энергии будет практически не ощутима. Использовать энергию Солнца можно разве что только с помощью гелиоводоподогревателей и различных гелиоустановок для интенсификации процессов сушки и подогрева воды в сельскохозяйственном производстве.  
 
Наиболее стабильным источником может служить геотермальная энергия. Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается в 5.000 трлн., что в 1.000 раз больше мировых геологических запасов органического топлива! В Беларуси основные запасы горячих подземных вод, температура которых достигает 100°С, сосредоточены в Гомельской области, в районе так называемого Припятского прогиба. Правда, находятся они на глубинах свыше 3 км. По словам академика А.Михалевича, это слишком большая глубина. Кроме того, вода эта сильно минерализована, и теплообменники, в которых она может быть использована, придется регулярно чистить. Хотя геологи утверждают, что нашли и мало минерализованную воду. В любом случае необходимы исследования, а бурение глубоких скважин -весьма дорогое удовольствие. Ведь неизвестен точный потенциал «месторождений», не определены объемы воды. 
 
- В целом, использование ветро-, солнечной и геотермальной энергетики сейчас находится в стадии изучения, - отмечает Александр Александрович.  
 
Наиболее активно в сфере альтернативной энергетики Беларуси сейчас развивается использование биогаза. Биогазовые установки сегодня - направление №1. В системе Минсельхозпрода запланировано строительство 6 биогазовых комплексов. Два из них уже возводят в Несвижском районе Минской области.в настоящее время также используют тепловентилятор.Это выгодный вариант, чтобы отопить большие помещения. 
 
- Хорошо изучен гидропотенциал Беларуси, - уточняет А.Михалевич. - Теоретически он составляет порядка 850 МВт, технически возможно использовать около 550, но экономически целесообразно - всего чуть более 300 МВт. Сегодня начата реализация проектов строительства Полоцкой и Гродненской гидроэлектростанций.  Планируется также создание каскада на реке Западная Двина и отдельных ГЭС на реках Сож, Днепр, Припять. В рамках программы «Энергобезопасность» сегодня выполняются 2 задания по разработке новых материалов для солнечной энергетики с использованием тканей на полимерной основе взамен кремниевых элементов, - отмечает Александр Михалевич. 
 
- В отличие от кремниевой, эта технология экологически более чистая. Кроме того, возможен более высокий КПД. Так, если цены на природный газ, уголь и уран возрастут вдвое, то увеличение себестоимости электроэнергии составит на газовых электростанциях 70%, на угольных - 40%, на АЭС - 4%. Низкая цифра для атомных электростанций объясняется тем, что топливная составляющая в структуре себестоимости электроэнергии для различных типов реакторов не превышает 20%, а в цене ядерного топлива только 10% составляет стоимость урана. Остальное определяется затратами на обогащение урана и производство собственно топливных элементов. 
По материалам газеты «Веды»

 

 

2.2 Основные направления альтернативной энергетики 

 

1. ветроэнергетика

Автономные ветрогенераторы

2. гелиоэнергетика

Солнечный водонагреватель

Солнечный коллектор

Фотоэлектрические элементы

3. альтернативная гидроэнергетика

приливные электростанции

волновые электростанции

мини и микро ГЭС (устанавливаются  в основном на малых реках)

водопадные электростанции

4. геотермальная энергетика

Тепловые и электростанции (принцип отбора высокотемпературных  грунтовых вод и использования  их в цикле)

Грунтовые теплообменники (принцип  отбора тепла от грунта по средством теплообмена)

5. космическая энергетика

Получение электроэнергии в  фотоэлектрических элементах, расположенных  на орбите Земли. Электроэнергия будет  передаваться на землю в форме  микроволнового излучения.

6. водородная энергетика  и сероводородная энергетика

Водородные двигатели (для  получения механической энергии)

Топливные элементы (для  получения электричества)

7. биотопливо

Получение биодизеля

Получение метана и синтез-газа

Получение биогаза

8. распределённое производство  энергии

Новая тенденция в энергетике, связанная с производством тепловой и электрической энергии. 

 

Альтернативный источник энергии 

 

Альтернативный источник энергии — способ, устройство или  сооружение, позволяющее получать электрическую  энергию (или другой требуемый вид  энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие  на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность  получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

 

Классификация источников 

 

Тип источников	Преобразуют в энергию
Ветряные	движение воздушных масс
Геотермальные	тепло планеты
Солнечные	электромагнитное излучение  солнца
Гидроэнергетические	падение воды
Биотопливные	теплоту сгорания возобновляемого  топлива (например, спирта)

 

 

 

3. Ветроэнергетика  

 

– отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра  — кинетической энергии воздушных  масс в атмосфере. Энергию ветра  относят к возобновляемым видам  энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика  является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2008 года общая установленная  мощность всех ветрогенераторов составила 120 гигаватт, увеличившись вшестеро с 2000 года. 

 

Экономия топлива

Ветряные генераторы практически  не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти. 

 

Себестоимость электроэнергии

Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра. 

 

экономические проблемы

Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезе. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию.  

 

Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередач и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляюмую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередач оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше. 

 

Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 м является сложным и дорогостоящим мероприятием. 

 

Экологические аспекты ветроэнергетики.

1. Выбросы в атмосферу

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота . 

 

2. Шум

Ветряные энергетические установки  производят две разновидности шума:  

 

механический шум — шум от работы механических и электрических  компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей) 

 

аэродинамический шум — шум  от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается  при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки) 

 

3. Низкочастотные вибрации

Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг  стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса. 

 

Как правило, жилые дома располагаются  на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний. 

 

4. Обледенение лопастей

При эксплуатации ветроустановок в зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлет льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки.  

 

Кроме того, в случае легкого обледенения  лопастей были отмечены случаи улучшения  аэродинамических характеристик профиля.  

 

5. Визуальное воздействие

Визуальное воздействие ветрогенераторов — субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов.  

 

6. Использование земли

Турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход.