Возобновляемые источники энергии

Большие перспективы снижения затрат на изготовление энергии предлагают технологии использования возобновляемых источников энергии.

Обычные (невозобновляемые, традиционные, классические)источники энергии – это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников в отличие от возобновляемых находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека.

Возобновляемые(нетрадиционные)источники энергии – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.

В соответствии с резолюцией № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г.) к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся: торф; энергия биомассы (отходы сельскохозяйственные, лесного комплекса, коммунально-бытовые и промышленные; энергетические плантации: сельскохозяйственные культуры, древесно-кустарниковая и травянистая растительность); энергия ветра; энергия солнца; энергия водных потоков на суше (миниГЭС, микроГЭС); средне и высокопотенциальная геотермальная энергия (гидротермальные и парогидротермальные источники; сухие, глубоко залегающие горные породы); энергия морей и океанов (приливы и отливы, течения, волны, температурный градиент, градиент солености); низкопотенциальная тепловая энергия (почвы и грунта, зданий и помещений, сельскохозяйственных животных).

Термин "Нетрадиционные источники" в литературе иногда трактуется, как некие принципиально новые способы получения энергии.

Особое место среди альтернативных и возобновляемых источников энергии занимают фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии, изучение которых превратилось в отдельное научное направление – фотовольтаику.

Системами солнечного теплоснабжения называются системы, использующие в качестве источника тепловой энергии солнечную радиацию. Их характерным отличием от других систем отопления является применение специального элемента – гелиоприемника, предназначенного для улавливания солнечной радиации и преобразования ее в тепловую энергию.

Солнечные батареи (СБ) могут устанавливаться на крыше зданий и боковых панелях домов, одна из стен которых сориентирована на юг. В настоящее время СБ позволяют получить с 1 кв.м поверхности до 150 Вт электрической энергии

Ветрогенераторами называют устройства для преобразования энергии ветра в электрическую. Выбор и монтаж ветрогенераторной системы требует учета многих факторов и привлечения специалистов.

Оновные проблемы развития ветроэнергетики: непостоянство выработки электроэнергии из-за разной скорости ветра; шум от ветроустановок, необходимость выделения территорий.

Возможность иметь дома электроэнергию в условиях автономного снабжения с помощью грамотно выбранных и установленных ветрогенераторов или солнечных систем – уже реальность нашего времени.

Для производства энергии уже применяются биореакторы, где в качестве сырья используют различные отходы органической природы: биоотходы человека, и животных, микроорганизмов, растения, отходы сельскохозяйственного производства (помет птицы, навоз), бытовые отходы, отходы пищевой промышленности и т.п. в специальном биореакторе, в результате жизнедеятельности специально помещенных туда бактерий (для которых создаются необходимые условия), путем анаэробной ферментативной реакции образуется биогаз – горючий газ.В зависимости от исходного сырья, это смесь метана (60 - 70%), углекислого газа (40-30%), а также незначительных примесей сероводорода (0-3%), водорода, аммиака и окислов азота. Он используется для: обогрева (при сжигании 1 куб.метра биогаза можно получить примерно 2,5 кВт*ч тепла); выработки электроэнергии (при сжигании 1 куб.метра биогаза можно получить примерно 1,7 кВт*ч электроэергии); освещения объектов с помощью газовых светильников; приготовления пищи с помощью газовых плит. Помимо биогаза технологии обработки отходов позволяют получить жидкое органическое удобрение, которое может использоваться на любых почвах и под любые культуры.

Получение тепловой энергии от тепловых насосов – перспек тивная технология.

а б

Рис. 73. Схема работы теплового насоса: а) три контура теплового насоса (земляной, внутренний, отопительный); б) принцип работы внутреннего контура теплового насоса; 1- конденсатор; 2 - капилляр; 3 – испаритель;

4 - компрессор

Тепловой насос состоит из трех контуров: так называемого Земляного (реально это может быть воздушный, водный или грунтовый контур), Внутреннего и Отопительного (рис. 73,а). В земляном контуре происходит отбор тепла, которое внутренний контур "перекачивает", превращая его на подаче в отопительном контуре в температуру 55-65 градусов Цельсия с помощью рабочего тела (хладогента).

Основными составляющими частями внутреннего контура (рис. 73,б) тепловых насосов являются: конденсатор; капилляр; испаритель; компрессор, получающий энергию от электрической сети.

Хладагент под давлением через капиллярное отверстие поступает в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, а испаритель в свою очередь отбирает тепло у земляного контура, за счёт чего происходит его постоянное охлаждение. Компрессор засасывает из испарителя хладагент, сжимает его, за счёт чего температура хладагента повышается и выталкивает в конденсатор. Кроме того, в конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент отдает полученное тепло (температура порядка 85-125 градусов Цельсия) в отопительный контур и окончательно переходит в жидкое состояние. Процесс повторяется вновь. При достижении необходимой температуры терморегулятор размыкает электрическую цепь и компрессор останавливается. При понижении температуры в отопительном контуре терморегулятор вновь включает компрессор.

Таким образом, работа теплового насоса схожа с процессом холодильника. Тепловой насос перекачивает тепловую энергию грунта, воды или даже воздуха в относительно высокопотенциальное тепло для отопления объекта. Примерно 2/3 отопительной энергии можно получить бесплатно из природы: грунта, воды, воздуха и только 1/3 энергии необходимо затратить для работы самого теплового насоса. Иными словами, владелец теплового насоса экономит 70% средств которые, при отоплении своего дома, магазина, цеха и т.п. традиционным способом, он бы регулярно тратил на дизтопливо или электроэнергию. Современные импортные тепловые насосы просты в эксплуатации и надежны, но при этом надо помнить, что тепловой насос, устанавливаемый на объекте,- это достаточно сложная трехконтурная теплотехническая система, которая требует правильного монтажа.

При эксплуатации современных насосов проблем, как правило, не возникает, - они безупречно работают годами под управлением собственной автоматики.

Технологии получения тепловой энергии все чаще находят применение. Например, в теплонасосной станции с. Чистово Оконешниковского района Омской области установлен тепловой насос, который отбирает тепло из геотермальных вод с температурой 50-52⁰С. Данная установка снабжает пять объектов социальной сферы: школа, больница, детский сад, контора, сельский совет. Экономический эффект – снижение тарифа на отопление до 7,5%, ежегодная экономия на топливе до 4 млн. руб. Снижаются затраты на обслуживание – работает всего один оператор в смену. Ожидаемый срок окупаемости данной станции – два года.

Интересный факт, что такие теплонасосные установки могут получать электроэнергию для работы компрессора также от автономной ветряной установки, позволяя таким образом сократить расходы на получение электроэнергии от централизованных электросетей.

Достоинства, недостатки, перспективы возобновляемой энергетики:

Достоинства:

- Для частного сектора: независимость и скорость при решении вопроса обеспечения энергией объекта.

- Автономность: возможность эксплуатировать объект без (или с минимумом) государственных инженерных сетей (водопровод, канализация, освещение, электроэнергия, теплоснабжение). Это особо ценно там, где инженерных сетей вообще нет или требует много времени и средств для преодоления серьезных бюрократических барьеров.

- В области мини-энергетики (до 100 кВт), для каждого конкретного заказчика и для для каждого конкретного объекта задача автономного (или экономного) обогрева помещения, получения горячей воды, независимого надежного освещения, обеспечения работы всех вспомогательных механизмов и бытовых приборов уверенно решается современными технологиями возобновляемой энергетики.

- Когда на объекте требуются мощности более 100 кВт, современные системы возобновляемой энергетики способны обеспечить обогрев, получение горячей воды, холода, сжатого воздуха, освещение и работу оборудования цеха (торгового центра, завода) с серьезной экономией, а в комбинации с резервными источниками, сделать независимым от государства.

Недостатки:

- Отсутствие в России возможности собственникам систем возобновляемой энергетики продавать излишки электроэнергии государству (РАО ЕС), как это есть во всех развитых странах. Например, мощные частные ветрогенераторные системы, продающие энергию государству, стали там отдельным бизнесом, который активно поощряется.

- Отсутствие в России реальной поддержки государства развитию локальных систем возобновляемой энергетики и энергосберегающих технологий, как это есть во всех развитых странах (льготное кредитование при покупке таких систем и беспошлинный ввоз импортных систем). Например, в некоторых городах США и Канады, установка тепловых насосов для экономии энергии в зданиях обязательна.

- Удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности (начальные затраты) систем возобновляемой энергетики пока выше чем у систем традиционной и альтернативной энергетики. Если на объекте уже есть бесперебойное и недорогое электроснабжение или магистральный газ, то использование систем возобновляемой энергетики экономически не выгодно. Другими словами, пока системы возобновляемой энергетики в государственных масштабах не могут конкурировать с «большой энергетикой» с точки зрения гарантий бесперебойного получения энергии и с точки зрения экономики.

- Маркетинговая проблема: В России многие люди никогда не слышали, что свет, электроэнергию, тепло и горячую воду можно получить какими-то новыми способами и часто не верят в существование таких систем.

Перспективы:

1) Системы возобновляемой энергетики будут улучшаться. В ближайшем будущем начнется освоение сегмента недорогих систем, доступных по цене для всех желающих. Это произойдет из-за конкуренции среди производителей и их желания не упустить сегмент продаж недорогих систем. Часть компаний – разработчиков уже сейчас работают над проблемой удешевления систем возобновляемой энергетики (например, систем солнечного электричества). Такой путь проходила любая высокотехнологичная техника: автомобили, бытовая электроника, компьютеры, сотовая телефония и т.д.

2) Стремительный рост цен на углеводородное топливо в России. Одно дело, когда дизтопливо для котла, например, на 45 кВт тепловой мощности, оплачивается из расчета 6.5 руб./литр и совсем другое, когда цена дошла до 20 руб./литр. Маловероятно, что при таком спросе на нефть и газ за рубежом, рост цен на внутреннем рынке остановится в будущем.

3) Нехватка сетевых мощностей в электроэнергетике во многих регионах современной России,- это реальность нашего времени. Получение свободных киловатт для загородного дома, магазина или даже завода стало по финансовым вложениям соизмеримым с киловаттами установочной мощности систем получения тепла и электроэнергии из солнца, ветра и тепла земли. В Москве и С. Петербурге в ряде районов подключиться к городской энергетике стало даже дороже чем приобрести надежную локальную энергетическую систему.

4) если даже имеются достаточные средства, как для получения технических условий на требуемые киловатты, так и для покупки и монтажа дополнительных электросетей (со всей полагающейся коммутационной и защитной аппаратурой, владельцем которых по окончании работ заказчик не будет). Даже в этом случае согласование и оформление документов, монтаж электросетей занимает достаточно много времени, поскольку приходится иметь дело с госструктурами. Однако нормальное желание заказчика – иметь собственную независимую энергетику, решение по которой принимает только он и владельцем которой будет только он.