Файл: Курс лекций для студентов электроэнергетиков Направление подготовки 140400 Электроэнергетика.doc

Кроме указанных установок возможно также создание солнечных систем теплоснабжения (ССТ) на острове Ольхон, где в течение года наблюдается максимальное в регионе количество солнечных дней (64,2).

Суммарная потребность в инвестициях для реализации проектов НВИЭ в Иркутской области составляет свыше 1 млрд. руб. Объем вытесненного топлива – 4-5 тыс. т/год. Ежегодная экономия средств на завоз топлива – 100-150 млн. руб. Возможность реализации указанных проектов НВИЭ в Иркутской области будет определяться темпами снижения стоимости возобновляемых энергетических технологий и динамикой роста цен на дизельное топливо.



Рис. 3.7. - Размещение НВИЭ на территории Иркутской области
Проблемой при создании таких установок является также поиск потенциальных инвесторов, поскольку проекты сооружения НВИЭ, требуют существенных затрат и являются высоко рисковыми. В большинстве государств проекты создания НВИЭ осуществляются на принципах частно-государственного партнерства.
3.2. Долгосрочные тенденции развития энергетики,

перспективы использования новых и нетрадиционных источников энергии
Удовлетворение растущих потребностей человеческого общества в энергии в долгосрочной перспективе связано, прежде всего, с появлением и совершенствованием новых (нетрадиционных) и возобновляемых источников энергии. Эти источники в силу определенных, главным образом, экономических факторов, не находят пока широкого применения в практической деятельности. Вместе с тем, учеными и практиками всего мира ведется активная работа по созданию и совершенствованию новых энергетических установок, повышению их экономических показателей [2].

В настоящем разделе представлены наиболее эффективные возобновляемые технологии производства электроэнергии порядке увеличения доли их выработки в мировом энергетическом балансе. К этим технологиям относятся ветроэнергетика, биоэнергетика, геотермальная, солнечная энергетика, а также энергетика, использующая энергию приливов и отливов.

Другие возобновляемые источники энергии (установки, использующие энергию волн, течений, перепадов температур, перепадов солености и др.) в общем мировом производстве возобновляемой энергии составляет незначительную величину и потому в данном разделе не рассматриваются.

---

3.2.1. Перспективы развития ветряной энергетики
Использование энергии ветра имеет длинную историю. В настоящее время ветряная энергия является вторым по объему использования возобновляемым ресурсом после гидроэнергии. Общая установленная мощность ветряных электростанций составляет 197ГВт при годовой выработке 218,5 млрд. кВтч. Наибольшее развитие ветроэнергетика получила в Китае, США, Германии и Испании. На долю этих стан приходится две трети установленной мощности всех ветроэнергетических установок [32].

На рис. 3.8. приведен вид и строение ветроэнергетической установки.

1. 
   Фундамент
   
2. 
   Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления
   
3. 
   Башня
   
4. 
   Лестница
   
5. 
   Поворотный механизм
   
6. 
   Гондола
   
7. 
   Электрический генератор
   
8. 
   Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)
   
9. 
   Тормозная система
   
10. 
    Трансмиссия
    
11. 
    Лопасти
    
12. 
    Система изменения угла атаки лопасти
    
13. 
    Колпак ротора
    

Рис. 3.8.- Строение ветроэнергетической установки
Мощность ветрогенератора зависит от скорости ветра и ометаемой площади:

N=0,5·p·S·V³,
где - Vскорость ветра,

p- плотность воздуха,

S- ометаемая площадь.

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны, где запасы этого вида энергии наиболее велики. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1,5-2 раза. В море, на расстоянии 10-12 км от берега, строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.

Безусловным преимуществом ветроэнергетических установок является отсутствие потребности в топливе и, как следствие, каких-либо вредных выбросов [10]. Ветроустановки могут использоваться не только для выработки электроэнергии, но и для получения механической энергии, например для привода насосов, перекачивающих воду. В этом случае электрические генератор и аккумулятор не нужны, что удешевляет установку.

Основной трудностью в использовании энергии ветра остается его непостоянство как по силе, так и по направлению. Для процессов, не требующих по­стоянства действия механизма, использование энергии ветра может быть эффективным. Однако большинство процессов требуют непрерывной отдачи энергии.

---

В тех местах, где отсутствует централизованное электроснабжение проблема решается установкой аккумуляторов (электрических, механических, тепловых) и резервных источников энергии. Непостоянство отдаваемой мощности ветроустановок не оказывает сильного влияния на передачу электрической энергии в достаточно мощную электрическую систему, для которой относительно небольшие колебания количества поступающей электроэнергии малочувствительны. С ростом доли ветроэлектрических станций в энергосистеме усложняются процедуры участия ветряных электростанций в покрытии графика нагрузок (требуется прогнозирование энергоотдачи или аккумулирование энергии).

Экономическая эффективность использования ветряных электростанций сдерживается высокой стоимостью инвертора и аккумуляторных батарей, составляющей около 75 % стоимости всей установки. Инвертор применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в ток и напряжение промышленной частоты и синхронизации его по фазе с внешней сетью при работе генератора в энергосистеме. Аккумуляторы используются в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети.

Для обеспечения надёжного электроснабжения изолированных потребителей ветроустановка должна иметь резервный источник питания. Как правило, таким источником является дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.

К экологическим проблемам создания и эксплуатации ветроэнергетических установок относят: необходимость отчуждения земель, повышенный шум и вибрацию, изменение ландшафта и условий воздушного обмена в районах сооружения ветроэлектростанций [17].

Технический потенциал ветровой энергии России оценивается значением 50 000 миллиардов кВтч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд. кВтч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России.

Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Черного и Азовского морей. Локальные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве и на Байкале.

Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период, когда наблюдается наибольшая потребность в электроэнергии и тепле. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14 % – в Северном экономическом районе, около 16 % – в Западной и Восточной Сибири. Основная доля ветровых ресурсов Россия приходится на неосвоенные, малонаселенные территории, в которых отсутствует какое-либо промышленное производство.

---

Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составила около 18 МВт. Cамая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Калининградской области. Куликовская ВЭС состоит из 21 ВЭУ датской компании SЕАS Energi Service A.S. Её среднегодовая выработка составляет около 6 млн. кВтч. Кроме этого, ветроэнергетические установки работают в Башкирии, Калмыкии, республике Коми и на Чукотке.
3.2.2. Использование биомассы в качестве топлива

в электроэнергетике
Биомасса (энергоносители растительного происхождения, образуемые в процессе фотосинтеза) – шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4×10¹² тонн. Если производство биомассы соизмеримо с ее сжиганием, содержание углекислого газа в атмосфере остается неизменным.

Использование энергии биомассы осуществляется на основе двух основных типов технологий, позволяющих повысить ее теплотворную способность, сократить объем биомассы и ее вес: термохимических и биотехнологических. Первые предполагают прямое сжигание биотоплива (дров, быстрорастущих растений, древесных, сельскохозяйственных и бытовых отходов); его пиролиз (сжигание без доступа кислорода); или его газификацию (получение горючего газа).

Из биотехнологических методов наибольшее применение получили производство биогаза из сельскохозяйственных отходов, получение этанола ферментациией сахаро- и крахмалсодержащих продуктов (злаки, картофель, сахарная свёкла), с предварительным гидролизом в случае использования целлюлозосодежащего растительного сырья (древесина, солома, растительные отходы).

Сжигание полученных энергетических ресурсов осуществляется в паровых котлах или в газовых турбинах, технологические схемы которых были описаны в первом разделе курса. Общий объем произведенной с помощью биомассы электрической энергии составил в 2008 г. около 194 млрд. кВтч, при установленной мощности электростанций около 40 ГВт. Лидером по производству энергии на биотопливе являются США, в которых производится около трети всей производимой биоэлектроэнергии. В России объемы производства электроэнергии с использованием биотоплива пока незначительны [32].

---

---