Тема 8 Использование нетрадиционных источников энергии

Основным видом "бесплатной" неиссякаемой энергии по справедливости считается Солнце. Самый простой способ использования энергии Солнца - солнечные коллекторы, в состав которых входит поглотитель (зачерненный металлический, чаще всего алюминиевый лист с трубками, по которым протекает теплоноситель). Коллекторы устанавливаются неподвижно на крышах домов под углом к горизонту, равным широте местности или монтируются в кровлю. В зависимости от условий инсоляции в коллекторах теплоноситель нагревается на 40-50° больше, чем температура окружающей среды. Такие системы применяются в индивидуальном жилье, практически полностью покрывая потребность населения в горячей воде; в районных отопительных установках, а также для получения технологической тепловой энергии в промышленности. Солнечные коллекторы производятся во многих городах России, и стоимость их вполне доступна.

Следующий возобновляемый источник энергии – ветер. Скорость и направление ветра меняются очень быстро. Наиболее распространенным типом ветровых установок (ВЭУ) является турбина крыльчатого типа с горизонтальным валом и числом лопастей от 1 до 3 в фиксированном положении с небольшой регулировкой угла наклона. Турбина, мультипликатор и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. В последних моделях ВЭУ используются асинхронные генераторы переменной мощности, а задачу кондиционирования вырабатываемой энергии выполняет электроника. Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной скорости их вращения, возможностью соединяться непосредственно с генератором электрического тока без мультипликатора и высоким коэффициентом использования энергии ветра.

Другая популярная разновидность ВЭУ - карусельные ветродвигатели. Они тихоходны, и это позволяет использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при сильном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование - использование многополюсного генератора, работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов неэффективно из-за низкого КПД последних. Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем, "откуда дует ветер", что весьма существенно для приземных рыскающих потоков.

Экономический потенциал малых и мини-ГЭС составляет примерно 10% от общего экономического потенциала. Но используется этот потенциал менее чем на 1%. Сейчас начинается процесс восстановления разрушенных и строительства новых малых и мини-ГЭС. Однако малые ГЭС, построенные путем полного перегораживания русла рек плотинами, обладают всеми недостатками наших гигантов энергетики (ГЭС) и строго говоря, вряд ли могут быть отнесены к экологически чистым видам энергии.

Бесплотинные микро-ГЭС для речек, речушек и даже ручьев существуют уже давно. Бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. в комплекте с аккумулятором обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или небольшую мастерскую.

Волновая энергия. В структуре возобновляемых энергоресурсов весьма перспективным энергоносителем являются океанские волны. За счет энергии океанских волн возможно получение электроэнергии производительностью до 10 млрд. кВт. Вместе с тем она больше мощности всех электростанций, работавших на земле в 1990 г. Наиболее совершенен проект "Кивающая утка", предложенный конструктором С. Солтером. Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 кВт/ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это - 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 кВт/ч).

Энергию приливов вполне можно "приручить" на приливных ГЭС, которые демонстрируют достаточно хорошие экономические показатели, но ресурс их ограничен - требуются специфические природные условия - узкий вход в бухту и т.п. Совокупная энергия приливов оценивается в 0,09*1015 кВт*час в год.

Геотермальная энергия не является возобновляемой, поскольку речь идет не об использовании постоянного потока тепла, поступающего из недр к поверхности (в среднем 0,03 Вт/м2), а об использовании тепла, запасенного жидкими или твердыми средами, находящимися на определенных глубинах. Мировые запасы геотермальной энергии составляют: для получения электроэнергии - 22400 ТВт*ч/год, для прямого использования - более 140 ТДж/год тепла. Существующие геотермальные электростанции (геоТЭС) представляют собой одноконтурные системы, в которых геотермальный пар непосредственно работает в паровой турбине, или двухконтурные с низкокипящим рабочим телом во втором контуре.

Биомасса представляет собой весьма широкий класс энергоресурсов. Ее энергетическое использование возможно через сжигание, газификацию (термохимические газогенераторы, перерабатывающие твердые органические отходы в газообразное топливо), пиролиз и биохимическую переработку анаэробного сбраживания жидких отходов с получением спиртов или биогаза. Каждый из этих процессов имеет свою область применения и назначение.

Низкопотенциальное тепло также относят к возобновляемым источникам энергии. Использование систем теплонасосного отбора рассеянного тепла поверхностных слоев грунта обеспечивают более чем 3-х кратную экономию электроэнергии при выработке тепла.

Однако энергия большинства НВИЭ обладает малой плотностью потоков энергии (рассеянностью или низким удельным потенциалом) и нерегулярностью поступления, зависящей от климатических условий, суточных и сезонных циклов. Поэтому для эффективного использования НВИЭ, собственно ветра, солнца, морских волн и др., необходимо решить ряд инженерных задач по созданию экономичных и надежных устройств и систем, воспринимающих, концентрирующих и преобразующих эти виды источников энергии в приемлемую для потребителя тепловую, механическую и электрическую энергию. Для обеспечения бесперебойного энергоснабжения за счет НВИЭ, особенно автономных потребителей, система должна быть укомплектована аккумуляторами и преобразователями. Особенно перспективны гибридные системы, использующие одновременно два или несколько видов НВИЭ, например солнце и ветер, взаимно дополняющих друг друга, в сочетании с аккумулятором и резервным двигателем внутреннего сгорания в качестве привода электрогенератора.

При переходе к рыночным отношениям приоритет, как правило, отдается малозатратным энергосберегающим мероприятиям, срок окупаемости которых не более 3-4 лет. Технико-экономическое обоснование (ТЭО) многочисленных энергосберегающих мероприятий выполняют технические специалисты, в отличие от бизнес-плана крупных инвестиционных проектов, который разрабатывается экспертами-экономистами.

Экономический эффект может определяться на различных стадиях разработки проекта. Предполагаемый (прогнозный) экономический эффект определяется на стадии обоснования планируемых исследований, ожидаемый — при завершении разработки и проведении производственной проверки, фактический — по фактическим результатам внедрения.

В централизованной экономике применяется метод приведенных затрат, основанный на директивном нормативном коэффициенте эффективности. В условиях рыночной экономики для обеспечения расширенного воспроизводства необходимо получение наибольшей прибыли на вложенный капитал. Однако минимизация затрат еще не свидетельствует о наличии необходимой прибыли.

При оценке эффективности мероприятий в качестве оценочного критерия наиболее широко используется простой (элементарный) срок окупаемости капиталовложений, что объясняется простотой его расчета и ясностью для понимания. Данный показатель достаточно точно сигнализирует о степени рискованности проекта, так как в случае увеличения расчетного срока возврата инвестированных сумм возрастает вероятность неблагоприятного развития проекта, что может опрокинуть все аналитические расчеты.

Недостаток данного показателя в том, что он не учитывает размер доходов после того, как проект себя окупил. В случае дисконтирования срок окупаемости увеличивается, т.е. динамический срок окупаемости всегда больше простого срока окупаемости. Под дисконтированием понимают процесс приведения будущих доходов и расходов к начальному моменту времени (начальному моменту реализации проекта).

Поэтому проект, удовлетворяющий инвестора по простому сроку окупаемости, может оказаться неприемлемым по динамическому сроку окупаемости, основанному на дисконтных оценках. Объективная оценка сравниваемых вариантов на основании показателя срок окупаемости возможна при следующих обязательных условиях:

1) срок службы сопоставляемого оборудования должен быть одинаковым;

2) сопоставляемые проекты предполагают разовое вложение первоначальных инвестиций.

В силу указанных причин срок окупаемости не может использоваться в качестве основного критерия оценки приемлемости инвестиций. Его целесообразно применять как дополнительный показатель, расширяющий представление об оцениваемых энергосберегающих проектах.

Мероприятия по энергосбережению следует разделять на две основные группы:

1) группа мероприятий, необходимость выполнения которых обусловлена требованиями соответствующих нормативных и директивных документов (СНиП, ГОСТ, и др.);

2) группа мероприятий, необходимость проведения которых следует обосновать соответствующим технико-экономическим расчетом.

К первой группе относятся, например, установка приборов учета энергии и приборов автоматического регулирования, увеличение теплозащиты ограждающих конструкций до нормируемой величины и т.п. Следует соблюдать приоритетность внедрения различных энергосберегающих мероприятий в рамках рассматриваемой группы. Например, мероприятиям по увеличению теплоизоляции здания обязательно должны предшествовать установка автоматических регуляторов, а также тепло-гидравлическая балансировка инженерных систем микроклимата здания. В противном случае эффекта энергосбережения не будет. Энергосберегающие мероприятия первой группы, несмотря на безусловность их выполнения, необходимо планировать путем выбора оптимального варианта на основании анализа отдельных показателей вариантов, или же с помощью технико-экономической оценки по комплексу показателей. В качестве таких показателей могут служить: технические характеристики (качество регулирования, параметры надежности, срок службы); удобство в эксплуатации; ком­плектность; возможности дальнейшей модернизации; фирма, (страна) — производитель оборудования; цена (в том числе стоимость проектных работ, демонтажа старого оборудования и монтажа нового, сроки монтажа и др.); наличие и уровень сервисных служб; уровень квалификации обслуживающего персонала; стоимость обслуживания.

Среди вариантов энергосберегающих мероприятий первой группы, обеспечивающих достижение требуемых нормативов, могут оказаться проекты, имеющие по годам лишь оттоки денежных средств. Поэтому для мероприятий первой группы задача ТЭО сводится к выбору такого альтернативного варианта, который будет сопряжен с наименьшими годовыми совокупными дисконтированными затратами. Такой метод выбора вариантов инвестирования имеет особое значение для бюджетной сферы и неприбыльных организаций, где весьма актуален вопрос о наиболее рациональном использовании ограниченных инвестиционных ресурсов.

Альтернативные энергосберегающие мероприятия второй группы следует сравнивать между собой в основном по наибольшему значению чистого дисконтированного дохода (за весь период проекта), расчет которого выполняется на основа­нии анализа состояния существующего технологического процесса, характеристик нового устройства, расчета потребности в капиталовложениях и примерного периода времени для реализации предложения.

Эффективность инвестиций в энергосберегающие мероприятия оценивается комплексом экономических показателей, которые в соответствии со своим целевым назначением, следует группировать:

1) натуральные технико-экономические показатели, основным из которых является ожидаемая годовая экономия энергоресурсов;

2) исходные стоимостные показатели;

3) критерии экономической эффективности технических решений.