Возобновляемые источники энергии

Большие запасы энергии содержаться в местах впадения пресноводных рек в моря и соленые водоемы. При наличии перепадов солености возникает осмотическое давление, которое может быть использовано для производства энергии, например, с помощью мембранных установок и другими способами.

Остается заманчивой идея использования потока теплой воды Гольфстрима, несущего ее вблизи берегов Флориды со ско­ростью 5 миль в час.

Наконец, не следует забывать, что химическая формула воды НОН (Н2О) содержит газ водород, который после извлечения из воды может использо­ваться в качестве горючего для самолетов, автомобилей, автобусов, как ис­пользуется в настоящее время для этих целей сжиженный газ, газ метан. И опыт использования водорода в качестве топлива уже есть. На базе кузова и шасси автобуса MERSEDES-BENZ создан электробус на топливных элемен­тах, получивший название NEBUS. В качестве топлива для него использует­ся водород, который размещается в баллонах, установленных на крыше ав­тобуса. NEBUS тяжелее базового автобуса на 3500 кг. При этом масса бал­лонов с водородом составляет 1900 кг. Силовая установка машины разрабо­тана канадской компанией Ballard. По габаритам она примерно соответству­ет дизелю, применяемому на автобусе этого типа. Мощность батареи топ­ливных элементов - 250 кВт, пробег - 200 км. Для приведения в движение автобуса, рассчитанного на 42 места, применяются асинхронные двигатели мощностью 75 кВт. Количество вредных выхлопных газов, уровень шума у него меньше, чем у автобусов аналогичного класса.

Ветровая энергия использовалась человеком с давних времен для приведения в движение лодок и судов, ветряных мельниц и водоподъ­емников. В настоящее время ветровые установки применяются более чем в 30 странах. Использование энергии ветра возможно только в тех местах, где средняя скорость ветра на протяжении года составляет в пределах 4 м/с, или 14,4 км/ч и более. Наиболее сильные и устойчивые ветры в Европе имеют место на морском побережье в Ирландии, Шотландии, в отдельных районах Дании, Голландии, Франции, Испании, на юго-западе Англии и в Уэльсе, а также на большей части морского побережья Северной и Южной Америки, северной части Азии и Южной Австралии, где и получает развитие произ­водство электроэнергии с помощью ветра.

Установленная на средства немецкой благотворительной организации "Дамы замест Чарнобыля" ветроустановка мощностью 250 кВт около вновь построенной деревни Занарач в Мядельском районе Минской области стала знаменитостью не только местного масштаба, но и своеобразным маяком.

К наиболее перспективным направлениям в ветроэнергетике следует от­нести использование ветроустановок малой мощности (до 20 кВт) для энер­гообеспечения потребителей в труднодоступных местах. Ветроэнергоуста-новки мощностью до 100 кВт в комбинации с резервным энергоисточником могут применяться для энергоснабжения потребителей отдельных районов, где отсутствует централизованное электроснабжение.

В мире накоплен достаточный опыт по использованию энергии ветра. Так, на востоке США сооружена в 1999 г. крупнейшая ветроэлектростанция, в составе которой 17 ветротурбин. Мощность станции - 11,2 МВт, а стои­мость ее - 14,5 млн долларов.

Начали работать первые 7 из 133 строящихся ветротурбин на ветроэлек-тростанции Le Hopge в провинции Квебек (Канада). Общая мощность стан­ции - 100 МВт, она будет обеспечивать энергией 16000 индивидуальных жилых домов. Это самый крупный проект в области ветроэнергетики Кана­ды. Его стоимость - 120 млн долларов США. В числе участников проекта компании Канады, Дании, Японии.

В Австралии самый большой парк ветроэнергетических установок будет построен на северо-западном побережье острова Тасмания. Суммарный по­тенциал их достигнет 100 МВт. В перспективе планируется проложить под­водную кабельную линию, по которой выработанная на ветроустановках Тасмании электроэнергия будет поступать на австралийский континент.

Близ города Томамаэ на севере японского острова Хоккайдо планируется построить ветроэлектростанцию с 20 ветроэнергетическими установками мощностью по 1 МВт каждая. Станция будет вырабатывать больше электро­энергии, чем все уже существующие в Японии ветроэлектростанции, вместе взятые.

Геотермальные ресурсы представляют собой запасы тер­мальных вод, к которым относятся подземные воды, естественных коллек­торов геотермальной энергии - природных теплоносителей (воды, пара и пароводяных смесей). Для практического использования они подразделяют­ся на несколько классов:

- низкопотенциальные (с температурой 20...100°С), используемые для теплотехнических нужд;

- среднепотенциальные (с температурой 100 ... 150 °С), используемые для теплоснабжения;

- высокопотенциальные (более 150 °С), используемые для выработки электроэнергии.

Термальные воды с более высокой температурой (150 ... 350 °С) из-за тех­нических трудностей обращения с ними пока не нашли своего применения.

Небольшая северная страна Исландия практически не имеет других ис­точников энергии, кроме как энергию от тепла земли в виде знаменитых гейзеров-фонтанов горячей воды. Благодаря им многочисленные исландские теплицы, обогреваемые подземными источниками, полностью обеспечивают страну помидорами, яблоками и даже бананами. Столица страны Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников.

Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные ис­точники. Первая такая электростанция была построена в 1904 году в Италии. В настоящее время такие электростанции существуют в ряде стран (Новая Зеландия, США и др.).

На юго-западе Англии, в городе Корнуолх, одна из компаний несколько лет назад начала внедрять системы, использующие тепловую энергию Земли с помощью геотермальных теплообменников. Они устанавливаются в гер­метически закрытых буровых скважинах или котлованах, прилежащих к зданиям. В этих системах используются электрические тепловые помпы, с помощью которых открывается доступ к скрытым тепловым резервам пла­неты. Тепловая помпа накапливает геотермальную энергию, поднимает тем­пературу и подводит тепло к зданию, обеспечивая подогрев воды и отопление. В теплую погоду помпа накапливает тепло, идущее от дома и его окружения, повышает температуру и отдает тепловую энергию земле, обеспечивая тем самым охлаждение здания. Компания уже завершила установку таких систем в различных зданиях высокого профиля в своей стране.

В отличие от многих других источников возобновляемой энергии, тепло­вая энергия Земли доступна днем и ночью, зимой и летом. На нее не влияют капризы погоды, и это делает ее очень привлекательной для использования.

Значительные запасы термальных вод имеются на Дальнем Востоке Рос­сии. А в Грузии, например, запасы их составляют 220-250 млн м3/год. В 1999 г. они добывались в 23 месторождениях, общий тепловой потенциал составлял 120 тыс. Гкал в год, что эквивалентно 105 тыс. т у. т. в год.

В поисках альтернативных источников энергии во Франции рассматри­вается проект изготовления из опавших листьев, спрессованных в брикеты, вещества, которое по калорийности не уступает каменному углю, но эколо­гически более чистое и, очевидно, более дешевое.

Основным сдерживающим фактором использования возобновляемых ис­точников энергии в мире являются высокие первоначальные инвестиции в оборудование и инфраструктуру. Однако, по мнению специалистов, благода­ря рациональной энергетической политике уже через 50 лет доля биомассы в энергопроизводстве возрастет с 2 до 10 %, а доля солнечной энергии соста­вит более 10 %. При этом производство энергии с использованием нефти со­кратится вдвое, а угля - почти втрое. Предполагается, что к 2100 году боль­шую часть потребляемой энергии человечество будет получать именно из возобновляемых источников. Так, на долю биомассы будет приходиться бо­лее 20 % потребляемой энергии, Солнца - более 40, тогда как доля газа со­кратится до 10, нефти - до 8, угля - до 3-4 %.

3. Возможность и проблемы использования возобновляемых источников энергии в Республике Беларусь. Нетрадиционные источники энергии. Местные виды топлива

Как уже было сказано выше, в качестве возобновляемых и местных ис­точников энергии с учетом природных, географических и метеорологиче­ских условий республики являются: дрова; торф; гидроресурсы; ветроэнер­гетический потенциал; биогаз из отходов животноводства; солнечная энер­гия; биомасса; твёрдые бытовые отходы и др.

Их динамичное широкое применение в республике очень важно по не­скольким причинам:

1.  Работы по их использованию будут способствовать развитию собст­венных технологий и производства оборудования, которые впоследствии могут стать предметом экспорта.

2. Эти источники являются, как правило, экологически чистыми.

3.  Развитие таких источников повышает энергетическую безопасность го­сударства.

Технологии освоения указанных источников энергии включают: - прямое фотоэлектрическое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию в составе фотоэлектрических станций, работающих параллельно с сетью и имеющих различную пиковую мощность;

- комбинированное производство электрической и тепловой энергии;

- ветроэлектрические агрегаты различной мощности;

- термохимические газогенераторы, перерабатывающие твёрдые органи­ческие отходы (бытовые, растениеводства, деревообработки и др.) в газооб­разное топливо;

- системы теплонасосного теплохладоснабжения, обеспечивающие отбор рас­сеянного низкопотенциального тепла поверхностных слоев грунта (обеспечивают более чем трехкратную экономию электроэнергии при выработке тепла);

- получение биогаза путём анаэробного сбраживания жидких отходов.

Практически все виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ), за исключением биомассы и глубинного тепла земли, на­ряду с очевидными преимуществами имеют и существующие недостатки:

- низкий удельный потенциал (рассеянность);

- нерегулярность поступления, зависящая от климатических условий, су­точных и сезонных циклов.

Поэтому для эффективного использования НВИЭ, особенно энергии вет­ра, солнца и др., необходимо решить ряд инженерных задач по созданию экономичных и надежных систем, воспринимающих, концентрирующих и преобразующих эти виды энергии в приемлемую для потребителя тепловую, механическую и электрическую энергию.

Для обеспечения бесперебойного энергоснабжения за счёт НВИЭ, осо­бенно автономных потребителей, система должна быть укомплектована ак­кумуляторами и преобразователями. Перспективны также гибридные систе­мы, использующие одновременно два или несколько видов НВИЭ, напри­мер, солнце и ветер, взаимно дополняющие друг друга, в сочетании с акку­муляторным и резервным двигателем внутреннего сгорания в качестве при­вода электрогенератора.

Доля потребления нетрадиционных и возобновляемых источ­ников энергии и местных видов топлива с 1990 по 2004 гг. в Республике Бела­русь возросла с 1,2 до 3,7 % и с 11 до 18 % соответственно. При условии прове­дения соответствующих инвестиционных и энергосберегающих мероприятий в ближайшие 5 лет предусматривается дальнейшее повышение их доли в энерго­обеспечении страны, что видно из приведенного рисунке 1.

Рисунок 1. Доля потребления местных видов топлива и энергии в суммарном потреблении ТЭР (по отношению к 1990 г.)

Основным возобновляемым местным видом топлива была и остается древесина и отходы ее на деревообрабатывающих предприятиях. Дрова за­готавливаются в республике предприятиями Комитета лесного хозяйства при Совете Министров Республики Беларусь и концерна «Беллесбумпром», а отходы деревообработки образуются на всех предприятиях, занимающихся переработкой древесины. В целом по республике годовой объём использо­вания дров и отходов лесопиления составляет около 1,8—1,9 млн т у. т. Часть дров поступает населению за счёт самозаготовок, объём которых оценивает­ся на уровне 0,3-0,4 млн т у. т. Опыт показывает, что себестоимость тепло­вой энергии, полученной с использованием древесной массы в 2-4 раза ни­же по сравнению с углеводородным сырьем. Общий потенциал древесного топлива в натуральных показателях приведен в таблице 1, а в условном топ­ливе - в таблице 2.

В среднем в год наша страна потребляет примерно 40 млн т у. т.

Таблица 1.

Потенциал древесного топлива на период до 2015 г.