Необходимость широкого внедрения возобновляемых источников энергии требует учитывать все составляющие понятия их эффективности, а именно энергетическую, экологическую, режимную (эксплуатационную), экономическую и социальную эффективность. Энергетический срок окупаемости для наземных ветро- и фотоэлектрических станций как показатель их энергоэффективности учитывает расход энергии на производство материалов, оборудования, транспортировку, монтаж, утилизацию, собственные нужды. Анализ сроков окупаемости показывает, что за срок службы в 25 лет ветроустановка вырабатывает электрической энергии в 32,3 - 50,4 раза больше, чем затрачено на весь ее жизненный цикл. Высокая энергетическая эффективность возобновляемых источников энергии подтверждается тем, что в течение срока службы тепловыми и атомными электростанциями постоянно потребляется энергия топлива и при этом коэффициент полезного действия значительно меньше единицы, в результате чего срок окупаемости превышает срок службы. С точки зрения экологической эффективности проанализировано «изучение эмиссии жизненного цикла» ветро- и фотоэлектрических станций, учитывающее эмиссию СО2, возникающую в технологических процессах получения материалов и комплектующих деталей, при проведении транспортных и монтажных работ, а также в процессе обслуживания, эксплуатации и утилизации. Сравнительная оценка полученных данных и данных об эмиссии парниковых газов топливной энергетики США, топливных электростанций России показала, что эмиссия вредных выбросов от фотоэлектрических станций от 35-100 раз меньше, чем для угольных, а от ветроэлектростанций на два порядка меньше, чем от тепловых. Опыт эксплуатации зарубежных ВЭС подтверждает возможность точного прогнозирования выработки электрической энергии за различные периоды, что может стать основой для решения вопросов необходимости резервирования, регулирования активной и реактивной мощности, а также потребности в различных ресурсах при эксплуатации ветроэлектростанции. Для объективной оценки показателя экономической эффективности проанализированы структура и значения минимальной, средней и максимальной нормируемой себестоимости электрической энергии, вырабатываемой различными видами электростанций, вводимыми в эксплуатацию в 2010 г. и 2018 г., на основе чего можно выделить как наиболее экономичные возобновляемые источники электрической энергии гидроэлектростанции. Оценка социального эффекта развития возобновляемых источников энергии показывает динамику создания дополнительных рабочих мест в области производства оборудования и функционирования объектов возобновляемой энергетики, улучшения условий проживания населения, развития местной инфраструктуры, производств. Следовательно, уже сейчас можно говорить о конкурентоспособности возобновляемой энергетики.
Вестник аграрной науки Дона
2015. — Выпуск 1
Содержание:
В связи с истощением мировых запасов углеводородов, постоянным ростом цен на них и усилением техногенного воздействия на окружающую среду альтернативная энергетика (АЭ) становится приоритет-ным направлением в глобальной энергетической политике. В законодательной области предпринимаются меры для того, чтобы стимулировать замещение невосполнимого ископаемого энергетического сырья воз-обновляемым, которое одновременно является и более безопасным в экологическом отношении. Главной составляющей АЭ является энергетика на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), одну из основных частей которой представляет биоэнергетика. В статье рассматривается концепция модельного закона «Об основах развития биоэнергетики» для государств - участников СНГ. Проект определяет цели, формы и направления законодательной, нормативно-правовой и иной поддержки развития биоэнергетики. Целью проекта закона является создание законодательных, нормативно-правовых и организационных условий для осуществления единой государственной и региональной политики в сфере развития биоэнергетики и устранения имеющихся недостатков в правовом регулировании отношений или производства биосырья растительного происхождения, сборе различных органических отходов и их переработки в более квалифицированные виды твердого, жидкого и газообразного биотоплив для последующей выработки тепловой и электрической энергии, включая когенерационные технологии. В основе развития биоэнергетики предлагается использовать критериальный подход на всех уровнях административно-территориального деления. Суть его заключается в том, что на основании предварительных исследований формируются базы данных по наличию сырья для биоэнергетики, себестоимости производства на его основе электрической и тепловой энергии. Таким же образом формируется база данных по экологическим проблемам, связанным с утилизацией и переработкой органических отходов. Сопоставление данных по сформированным базам позволит для всех уровней власти иметь полную картину проблем энергообеспечения и экологии, а также по пути их решения с использованием биоэнергетического оборудования.
Ключевые слова
Рассмотрен вопрос возможности использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, энергосбережения и энергообеспечения для отдельного экономически самостоятельного региона России, развивающегося в условиях рыночных отношений. Обоснована необходимость удовлетворения существующих потребностей населения и промышленности в электричестве и тепловой энергии, особенно в сельскохозяйственных районах, удаленных от централизованных сетей, за счет более глубокого изучения, развития и использования возобновляемой энергетики, в том числе нетрадиционной и малой. Обосновывается интерес к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии в связи с усложнением экономической ситуации в России в плане обеспечения энергоресурсами, а также в связи с созданием новых объектов энергопотребления в рекреационных районах и в районах с суровыми климатическими условиями, удаленных от энергосистем. Дается прогноз развития мировой энергетики до 2050 года по предполагаемому производству электроэнергии. Рассмотрена проблема экономии энергетических ресурсов, защиты окружающей среды, которая имеет особое значение в сельском хозяйстве. Рассматриваются пути выхода из известного кризиса электроэнергетики, усугубляющегося регулярно повторяющимися природными и экологическими катаклизмами, в результате которого происходят отключения как отдельных предприятий, так и целых энергетических районов от систем центрального электроснабжения. Дан анализ состояния дел в энергетическом обеспечении АПК Краснодарского края в сложившихся рыночных условиях. Представлена возможность использования имеющихся в крае запасов возобновляемых источников энергии, которые могут снизить дефицит органического топлива. Представлен опыт использования возобновляемых источников энергии в Краснодарском крае. Приводится возможность использования квалифицированных научных и инженерных кадров Краснодарского края для внедрения и использования возобновляемых источников энергии. Показано особое значение, которое придается подготовке высококвалифицированных специалистов-энергетиков в области создания, монтажа и эксплуатации энергоустановок на основе возобновляемых видов энергии.
Ключевые слова
Целью данной работы является оценка потенциала использования энергии солнечного излучения на территории России. Для достижения этой цели была произведена оценка эффективности преобразования энергии солнечного излучения в теплоту для горячего водоснабжения (ГВС) в 11 регионах России, расположенных в районе городов Пскова, Санкт-Петербурга, Астрахани, Сочи, Красноярска, Читы, Якутска, Салехарда, Петропавловск-Камчатский, Владивостока, Екатеринбурга. Была проанализирована интенсивность солнечного излучения в различных регионах России. Данный анализ показал, что из выбранных городов минимальный показатель наблюдается в Санкт-Петербурге (840 кВт•ч/ м2) и максимальные в Астрахани (1371 кВт•ч/ м2) и Сочи (1365 кВт•ч/ м2). Благодаря климатическим особенностям, солнечные коллекторы нельзя использовать в качестве круглогодичного источника горячего водоснабжения в районах с полярными ночами, где солнечная радиация в дневное время составляет 0 кВт•ч / м2. Салехард является одним из таких городов. На сегодняшний момент солнечные коллекторы являются самыми эффективными устройствами по использованию энергии солнца. Если фотоэлектрические панели используют лишь 14-18% от поступающей к ним энергии солнца, то эффективность солнечных коллекторов 80-95%. Расчет площади солнечных коллекторов (СК) показал, что для покрытия дневной нормы в ГВС для семьи из 5 человек во Владивостоке и Сочи необходима установка площадью 0,6 и 0,9 м2. Максимальный метраж 17 м2 потребуется в Санкт-Петербурге. Анализ рынка СК позволил нам сделать выводы, что стоимость отечественных установок на российском рынке сегодня существенно ниже зарубежных при практически одинаковом качестве. Средняя стоимость квадратного метра плоского СК составляет в среднем около 12435 руб/м2, а вакуумированного - 18856 руб/м2. Срок окупаемости установки зависит от стоимости оборудования и цен на тепловую энергию в регионе. Стоимость 1 м³ горячего водоснабжения варьируется от 41,75 руб. (Санкт-Петербург) до 269,67 руб. (Петропавловск-Камчатский) на территории страны. В среднем срок окупаемости составляет 5,5 лет для плоского и 7 лет для вакуумированного коллектора. Максимальная величина COпл. = 34 года и COвак. = 49 лет наблюдается в Санкт-Петербурге, это связано с невысокой освещенностью местности и дешевой стоимостью горячего водоснабжения. Экономическая выгода от использования того или иного вида энергоснабжения зависит от климатических условий местности, наличия центрального водо- и энергоснабжения региона, а также тарифов на коммунальные услуги. В общем, при достаточной освещенности местности выгоднее использовать солнечные коллекторы, так как они окупаются достаточно быстро и приносят неплохую выгоду к концу срока эксплуатации - от 488 792 до 23 772 руб. Тепловая мощность коллектора зависит от интенсивности солнечного излучения, которая, в свою очередь, зависит от региона эксплуатации солнечного коллектора, площади поглощения солнечного коллектора, типа исполнения, а также угла наклона солнечного коллектора по отношению к солнечному излучению. Для повышения эффективности использования солнечной энергии также необходимо правильно подобрать как тип коллектора, так и уровень наклона панели, который позволит увеличить производство энергии в 1,2-1,4 раза. Таким образом, использование энергии солнечного излучения для горячего водоснабжения является эффективным практически во всех рассмотренных регионах
Ключевые слова
Концентрирующие солнечные коллекторы являются одним из основных средств для преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую. В результате концентрирования солнечной радиации по-лучается высокая плотность теплового потока и, соответственно, высокая температура приёмника, которая не всегда приемлема для функционирования фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Однако известна зависимость КПД от температуры. Если охлаждать ФЭП, можно получить больше электроэнергии и допол-нительно тепло. В работе исследованы новые фотоэлектрические модули, включающие трапециевидные приёмники, на гранях которых смонтированы фотоэлементы, и параболоцилиндрические концентраторы в виде полу-ветви образующей цилиндр параболы (полупараболоцилиндрический концентратор), обеспечивающие эффективное преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую. Проведено математическое моделирование для создания алгоритма расчёта конструкции теплофото-электрического модуля с заданными энергетическими параметрами с использованием законов геометриче-ской оптики, а также тепло- и массообмена. Разработанные и изготовленные макетные образцы модулей исследовались на соответствующих стендах и испытывались в натурных условиях. Рассчитывались и испытывались следующие параметры модуля: температура среды, скорость ветра, прямая и отражённая солнечная радиация от концентратора к приёмнику трапецеидальной формы с нанесёнными фотоэлементами и потоком охлаждения водой, расход воды через теплообменник, вольт-амперные характеристики фотоэлектрических преобразователей и др. Конструкция обеспечивает работу солнечного фотоэлектрического модуля при высоких (до 50 крат) концентрациях и равномерном (до 0,25 от среднего значения) освещении фотоприемника. При прямой солнечной радиации 700 Вт/м2, температуре воздуха 24,5 ˚С, скорости ветра 4 м/с, расходе воды в пределах 120-200 кг/ч максимальная электрическая мощность при температуре ФЭП 43 ˚С составляет 254 Вт. Тепловые потери в окружающую среду составили: конвективные - 92 Вт, радиационные - 66 Вт. Температура охлаждающей воды на входе 15-18, на выходе 22-27 ˚С. КПД модуля 0,1146-0,1053. При температуре ФЭП 74˚С мощность модуля 219 Вт, при 58˚С - 236 Вт. Отдельно на экспериментальном модуле проведены исследования матричного высоковольтного фотопреобразователя, состоящего из трех параллельно соединенных фотоэлементов, закрепленных на трапецеидальном фотоприемнике. Показано, что матричные высоковольтные элементы при концентрированном облучении более эффективны, чем при непосредственном освещении солнечным светом, значения коэффициентов заполнения ВАХ m 0,728 и 0,660 соответственно. Результаты расчетных и экспериментальных исследований оптико-энергетических, тепловых и температурных параметров приёмников солнечного излучения трапецеидального типа в составе солнечных модулей с полупараболоциндрическими концентраторами могут быть использованы для создания когенерационных систем энергоснабжения, включая горячее водоснабжение.
Ключевые слова
Рассматривается зависимость выбора конструктивного решения гелиоустановки с модулями солнечных батарей (стационарная или с системой слежения за положением Солнца) от географической широты места расположения и временнóго периода эксплуатации (даты года и времени суток). Рассчитаны и представлены графически данные по изменению продолжительности светлого времени суток в течение года для широт 570 и 400. Приведены полученные расчётным путём графики зависимостей высоты солнечного диска относительно горизонта для широты Москвы (МГУ) по месяцам с учётом даты года и времени суток. Сопоставлены графики времени работы солнечных батарей (СБ): стационарной на широте 450 и со слежением за положением Солнца для широт 400 и 570. Проведён ориентировочный расчёт удельной выработки электроэнергии стационарной установкой и установкой с системой слежения за положением Солнца для сравнения их энергетической эффективности. Результаты представлены в виде графиков, анализ которых показывает, что СБ с точным слежением за положением Солнца вырабатывает электроэнергии в году в 1,32 раза больше, чем соответствующая по площади миделя стационарная СБ с планарными модулями, однако в первом случае конструкция усложняется устройством системы слежения, добавочными конструктивными элементами, дополнительной электро-коммутацией и т.д. В то же время стационарная СБ с концентраторами вырабатывает по отношению к планарной СБ на 19% меньше электроэнергии в году, но его конструкция содержит значительно меньше фото-преобразователей (пропорционально коэффициенту концентрации К этой установки).
Ключевые слова
Цель работы: разработать и запатентовать солнечные фотомодули цилиндрической формы повышенной эффективности. Приведены достижения мировой гелиоэнергетики. К концу 2012 г. суммарная мощность СЭС во всем мире выросла до 100 ГВт. Только в Европе установлено более 70 ГВт, из которых на Украину пришлось 373 МВт. Для стимулирования ВИЭ в большинстве стран мира (более 50), в т.ч. в Украине, Белоруссии и Казахстане, введен «зеленый тариф». В РФ такой регулятор пока отсутствует. Приведена зависимость срока окупаемости от мощности для СЭС разного типа и назначения. Высо-кая цена солнечных фотоэлектрических модулей (СФЭС) и снижение их КПД при росте температуры является одной из причин сдерживания роста приусадебных СЭС. При нагреве ФЭП на один градус свыше 25 °С он теряет в напряжении 0,4%/град. Задача повышения КПД ФЭП решается за счет того, что солнечный когенерационный модуль с термосифоном в виде отдельного металлического корпуса, наполненного под вакуумом рабочим телом с фазовым переходом (этанол или его водный раствор), согласно полезной модели, дополнительно содержит две стеклянные колбы, друг в друге, соединенные между собой, с вакуумной полостью между ними. Внешняя поверхность колбы меньшего диаметра покрыта тонкой пленкой ФЭП, с гермоконтактами, выведенными наружу. Получено положительное решение на полезную модель. В основу второго изобретения поставлена задача усовершенствования СФЭМ цилиндрической формы Solyndra путем образования из двух стеклянных трубок вакуумной колбы типа сосуда Дьюара, с выведенными электрическими гермоконтактами от пленки полупроводникового ФЭП, охлаждение ФЭП за счет наполнения внутренней трубки охлаждающей жидкостью. За счет этого снижается рабочая температура ФЭП и увеличивается КПД и эффективность СФЭМ. Таким образом, солнечный когенерационный модуль, согласно первой полезной модели, обладает повышенной эффективностью за счет уменьшения потерь тепла, комбинированной генерации тепловой и электрической энергии. Надежное охлаждение ФЭП, согласно второму изобретению (патент 97080 UA), значительно увеличивает их общий КПД и дополнительно дает подогретую воду, которую можно использовать для хозяйственных нужд, в частности для орошения растений.
Ключевые слова
Цель настоящей статьи - обобщение основных элементов предварительных расчётов и схем, достаточных для предпроектных предложений по строительству ветроэлектростанции установленной мощностью 10-50 МВт для территорий Нижнего Поволжья на примере Камышинской ВЭС. Рассмотрен расчёт мощности ветрогенерирующего устройства, при котором изменения скорости ветрового потока в произвольной точке с достаточной точностью в местностях Нижнего Поволжья рассчитываются по модифицированной формуле Вейбулла-Гуревича, где предлагается использовать отношение случайного значения скорости ветра к его среднему значению Используя распределения скоростей ветра вблизи г. Камышина, получаем расчётную удельную мощность в точке строительства. Показано, что используя двухроторный ветроагрегат ИнС-1000 производства ЗАО «ИнС ОКБМ» (г. Воронеж), получаем ожидаемую выработку электроэнергии одной ветроустановкой в точке строительства ВЭС 1 498 527 (кВт•ч) и всей ветроэлектростанции 74 926 635 (кВт•ч). Электрическая схема ВЭС построена следующим образом. Для подтверждения предложенных методик разработана электрическая схема и генплан ВЭС. Вырабатываемая ветроэнергетическими установками электрическая энергия под напряжением 0,4 кВ преобразуется в напряжение 10 кВ при помощи энергосберегающих трансформаторов, устанавливаемых в комплектных трансформаторных подстанциях 10/0,4 кВ. Электроснабжение близлежащих потребителей и связь с энергосистемой осуществляется через повышающую трансформаторную подстанцию на напряжение 110/35/10 кВ. Таким образом, можно сделать следующие выводы: 1.Расчёт энерговыработки ветроэлектростанции Нижнего Поволжья с достаточной точностью можно провести по среднегодовой скорости ветра в точке строительства. 2.Электрическая схема ветроэлектростанции формируется из серийного оборудования, путём постепенного повышения напряжения: 0,4, 10, 35, 110 кВ. 3.Ветроустановки располагаются рядами ортогонально линии преимущественного направления ветра, показанного на «розе ветров». Расстояние между ветроустановками - 75 м, расстояние между рядами - 250 м. Таким образом полная площадь, занимаемая промплощадкой ВЭС-50 Камышинская, составляет 72 гектара.
Ключевые слова
Целью работы является рассмотрение возможности использования гидроаккумулирующих энергетических систем на территории Волгоградской области.На основе гидрографии Волгоградской области выявлены потенциальные места накопления паводковых вод. Рассмотрены способы регулирования электрической нагрузки за счет гидроаккумулирования в периоды паводков путем применения наземных и подземных водохранилищ. Использование поверхностной воды в паводковые периоды путем нагнетательных скважин для поземного гидроаккумулирования методом, предложенным А.Д. Елисеевым, в значительной мере позволяет уменьшить объем паводковых вод и дополнительно получить электроэнергию при помощи скважинного электрогенератора в часы пика электропотребления.Для реализации подземных гидроаккумулирующих электростанций поставлены задачи, которые необходимо решить в ходе проектирования. Решение задач при помощи мониторинга гидрологии подземных вод Волгоградской области и прогноза ожидаемых паводковых вод позволит сократить затраты на проектирование в три-пять раз.
Ключевые слова
Одним из наиболее привлекательных регионов России по потенциалу возобновляемой энергетики является Южный федеральный округ и в частности Нижнее Поволжье: Волгоградская и Астраханская области, Республика Калмыкия. Территории региона привлекательны для ведения сельского хозяйства, рыболовства и охоты, кроме того, здесь уже размещены или предполагается разместить разнообразные базы отдыха и туристические базы. Современные концепции ведения хозяйствования на земле определяются необходимостью выращивания экологически чистой продукции растениеводства и животноводства. Как никакой другой регион - Нижнее Поволжье подходит для реализации этих положений: много солнца, имеются источники пресной воды, бескрайние просторы степей. И серьезным препятствием для успешного производства сельскохозяйственной продукции является отсутствие достаточных энергетических мощностей, без которых невозможно не только проводить перевооружение производства, но и эффективно вести само хозяйство. Рекреационные зоны отдыха и оздоровления тоже требуют и ежедневное горячее водоснабжение, и постоянное наличие электрической энергии. Поэтому необходимость применения ВИЭ в Нижнем Поволжье очевидна и именно этим энергетическим установкам с экологически чистой составляющей уделяется в регионе существенное внимание. Анализ теоретически рассчитанного потенциала возобновляемой энергетики дает возможность оптимистично утверждать, что регион является перспективным для внедрения автономных источников возобновляемой энергии. При этом можно отметить, что потенциал энергии ветра и солнца, несмотря на то, что он распространен неравномерно, достаточен для обеспечения энергией удаленных сельских поселений и объектов туристической инфраструктуры. Многочисленные примеры реализации автономного энергоснабжения различных объектов на удаленных от централизованного энергоснабжения территориях рассматриваемого региона позволяют говорить о том, что применение небольших по мощности и, следовательно, финансово привлекательных проектов на основе ВИЭ может быть технически реализовано, имея небольшой срок окупаемости.
Ключевые слова
Для повышения надежности и возможности обеспечения аварийного электроснабжения на всех КС установлены специальные аварийно-резервные газотурбинные энергоагрегаты. В условиях непрерывного роста цен на централизованно поставляемую электроэнергию и повышения себестоимости транспорта газа целесообразно стремиться к сокращению или даже к ликвидации зависимости КС от поставок внешней дорогой электроэнергии. При этом одно из возможных направлений - выработка электроэнергии для обеспечения собственных нужд КС с использованием энергии ветра - с помощью вихревых ветроэнергетических установок. В их гиперболическом корпусе (статоре) происходит образование закрученного воздушного потока, подобного природному смерчу, обладающего значительным запасом кинетической энергии. Вихревые установки, при значительно меньшей скорости ветра (2-3 м/с) и одинаковых площадях, ометаемых ветроколесом, могут развивать примерно в пять раз большую мощность, чем лопастные ветро-энергетические установки с горизонтальной осью. Поэтому представляет интерес создание энергетических установок для собственных нужд КС путем разработки новых типов комбинированных газоветроэлектроагрегатов вихревого типа с вертикальной осью и возможностью эффективного использования в них энергетического потенциала потоков отходящих газов ГПА и кинетической энергии набегающего потока ветра. В зависимости от расхода и температуры выхлопных газов газовых турбин ГПА электрическая мощность газоветроэнергетических установок даже в безветренную погоду может составлять от 80 до 200 кВт. Причем с увеличением скорости ветра в них происходит повышение вихревого эффекта и, соответственно, мощности установки. Рассмотренный принцип и конструктивная схема газоветроэнергетической установки дают возможность достаточно эффективно использовать для выработки электроэнергии энергию отходящего потока газов ГПА и кинетическую энергию набегающего воздушного потока. При этом для нее характерны следующие положительные качества: - увеличение скорости и кинетической энергии газовоздушного потока; - увеличение массового расхода через осевую турбину. Газоветроэнергетическими установками такого типа может быть оборудована значительная часть ГПА КС, находящихся на больших расстояниях от электростанций и транзитных высоковольтных ЛЭП.