В АПК Республики Беларусь

В Государственной программе прогнозируемые годовые объемы использования энергии ветра для получения электроэнергии в РБ к 2012 году оцениваются в 9,31 млн.кВт·ч при общей установленной мощности 5,2МВт. На 1 января 2005г. общая мощность ВЭУ составила 1,1МВт, объем замещения по вырабатываемой электроэнергии около 3,25 млн.кВт·ч в год [18]. Всего на территории республики выявлено 1840 площадок, пригодных для размещения ВЭУ промышленного типа с общей мощностью около 1600МВт.

Подобные ВЭУ широко используются во многих странах, обладающих значительным ветроэнергетическим потенциалом. Лидирующее положение по количеству и общей мощности ВЭУ занимают такие государства, как Германия, США, Бельгия, Голландия, Дания. В этих странах в прибрежных зонах строятся быстроходные ВЭУ (υ_р ≥10м/с). Номинальная мощность этих установок лежит в пределах от сотен киловатт до нескольких мегаватт. Так в Германии в устье р.Эльбы в 2005 году введена в действие самая большая и самая мощная ВЭУ в мире. Она имеет башню высотой 120м, диаметр ветроколеса Д=126м и номинальную мощность Р_н=5МВт. Многие фермеры в Германии, например, охотно сдают участки своих земель в аренду для строительства ВЭУ. Мощные ВЭУ работают в составе энергосистемы региона или страны.

Стоимость современных ВЭУ составляет около 1000 долларов США за 1кВт установленной мощности, что значительно ниже аналогичного показателя для фотоэлектрических станций.

Для условий нашей республики характерным является то, что среднегодовые скорости ветра находятся в пределах 3,5…5 м/с. Считается, что экономически целесообразно использовать ВЭУ при среднегодовой скорости ветра не менее 3 м/с. Однако широко используемые быстроходные ВЭУ здесь будут неэффективны, так как для них требуется минимальная расчетная скорость ветра не менее 10 м/с. Для климатических условий РБ целесообразно было бы использование тихоходных ВЭУ, для которых υ_р≥2,5…3 м/с. Однако тихоходные ветроустановки менее технологичны в производстве, сложнее в эксплуатации и не эффективны при производстве электроэнергии. По этой причине в нашей стране разрабатываются ВЭУ, работающие на основе использования эффекта Магнуса. Лопасти ветроколеса такой установки выполняются в виде конических цилиндров, которые могут вращаться вокруг собственной оси. Общая ось вращения ветроколеса расположена горизонтально и ориентирована по направлению ветра, как у всех быстроходных горизонтально-осевых ВЭУ. Взаимодействие цилиндрической лопасти с ветровым потоком показано на рис.3.13. Сила Магнуса (F_м), направленная в сторону вращения ветроколеса, указанного на рисунке, возникает из-за разноски давлений обтекающего эту лопасть ветрового потока. При вращении цилиндрической лопасти с угловой частотой ω_л, относительная скорость обтекания цилиндра воздушным потоком υ₁ будет меньше аналогичной скорости υ₂, что и является первопричиной возникновения силы F_м.

В нашей республике ведутся работы по созданию таких ВЭУ. Отличительной особенностью этих установок является то, что они вступают в работу при скорости ветра υ₀=3м/с. Коэффициент использования энергии ветра ветроколеса с цилиндрическими лопастями близок к 0,5. Регулирование скорости вращения ветроколеса осуществляется путем изменения угловой скорости вращения лопастей ω_л. В 1996 году была создана и испытана экспериментальная ветроустановка ВЭУ-250 (см. Приложение 4). Однако освоение производства таких ВЭУ требует дополнительных исследований, создания соответствующих производственных мощностей

и финансирования.

Рис.3.13. Взаимодействие вращающейся лопасти с ветровым потоком: υ_в-вектор скорости ветра; υ₁,υ₂-относительные скорости обтекания; ω_л угловая скорость вращения лопасти вокруг своей оси; F_м-сила Магнуса.

Для ряда сельскохозяйственных объектов, удаленных от линий электропередач, газопроводов и других коммуникаций перспективным является использование для автономного энергоснабжения ВЭУ малой мощности, с Р_н ≤ 10кВт. Работы по созданию и внедрению таких агрегатов ведутся в ряде зарубежных стран, таких как Китай, США, Австралия и Россия. Например в [10] приведена потребность в электрической энергии сельского жителя (отдельный дом, дачный домик), которая составляет около 115 кВт∙ч в месяц. Еще в бывшем СССР было налажено серийное производство маломощных ВЭУ, типа АВЭУ-6-4 (см. Приложение 4), способных обеспечивать в автономном режиме, при наличии аккумуляторной батареи и преобразователя напряжения, потребности в электроэнергии небольшого фермерского хозяйства.

Из ВЭУ такого класса представляет интерес установка ВЭУ-2000 (Приложение 4), разработанная на основе высоких технологий авиакосмической промышленности и способная автономно обеспечивать электроэнергией небольшие объекты даже в областях с низкими значениями средней скорости ветра. Емкость аккумуляторной батареи для подобных автономных установок выбирается из необходимости обеспечения энергоснабжения при отсутствии ветра в течении 2…3 суток. Еще более надежное электроснабжение обеспечивается при дополнении ВЭУ солнечными батареями.

Биоэнергетика

Общие сведения

Биоэнергетика – это наука, изучающая механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов, энергетические процессы в биосфере. Наряду с этим, в последнее время сюда относят и процессы, связанные с образованием биомассы и ее использование для получения энергии в промышленных целях.

Биомасса – общая масса растений, микроорганизмов и животных, приходящаяся на единицу площади или объема их обитания. Численно биомасса выражается в массе сырого или сухого вещества (кг/м²; кг/га; кг/м³ и т. д.). Биомассу растений называют фитомассой, биомассу животных организмов – зоомассой. Общая биомасса живых организмов биосферы Земли по различным оценкам равна от 1,8·10¹²т до 2,4·10¹²т сухого вещества.

В Государственной программе вопросам использования фитомасы, коммунальных отходов, отходов растениеводства, получения биогаза, топливного эталона и биодизельного топлива в качестве возобновляемых ТЭР уделяется серьезное внимание. Общий годовой объем использования этих энергоресурсов РБ к 2010 году оценивается, примерно, в 113 тыс. т у. т., а потенциальный запас составляет более 3,7 млн. т у. т. Эти цифры не учитывают использование древесного топлива, отходов деревообработки и лигнина в качестве топлива, потенциальный запас которых оценивается примерно в 7,58 млн. т у. т. Годовое использование к 2010 году этих видов энергоресурсов планируется в объеме около 3,1 млн. т у. т.[18].

Биомассу в ряде случаев можно использовать в качестве биотоплива, под которым понимают органические материалы, выделяющие при разложении тепло. В качестве биотоплива для обогрева например парников, давно используются соломинистый навоз, растительные остатки, торф, древесные опилки.