Возобновляемые источники энергии

Таблица 2.

Оценка экономически целесообразных объемов использования древе­сины и древесных отходов для топливных целей, тыс. т у. т. в год

Древесину и древесные отходы можно использовать для получения энер­гии не только путем прямого сжигания в топках котлов, но и для получения генераторного газа для последующего использования в небольших котлах и даже в небольших газовых турбинах. Генераторный газ, получаемый из дре­весины, более чист, чем газ из угля и мазута. Этот газ - экологически чистое топливо для автомобильного транспорта лесхозов и сельскохозяйственных предприятий. В условиях Республики Беларусь приоритетность дров перед углем и торфобрикетами качественно возрастает из-за существенного при­родоохранного эффекта, связанного с утилизацией отходов лесодобычи, оз­доровления лесов, расчисткой пожарищ и уменьшением вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, древесная зола - хорошее удобрение для сельского хозяйства, пользующееся большим спросом.

Известно, что в 30-50-х годах XX в. в СССР и других странах широко и эффективно применялись газогенераторные установки различного назначения - транспортные и стационарные (автомобили, трактора, технологические ус­тановки, малые электростанции), работающие с применением газогенерации местного твердого топлива. В лесной промышленности, например, на дровах успешно работали лесовозные автомобили и трелевочные трактора.

Используя накопленный опыт, применяя новые методы и технологии, Институт проблем энергетики (ИПЭ) НАН Беларуси совместно с Белорусским аграрным техническим университетом (БАТУ) разработал передвиж­ную газогенераторную электростанцию на базе автомобиля ГАЗ-52-04.

Передвижная газогенераторная электростанция (ПГГЭС) предназначена для автономного обеспечения электроэнергией удаленных потребителей не­большой мощности. Электростанция состоит из газогенераторного модуля (газогенератор, фильтры грубой и тонкой очистки, охладитель), двигателя внутреннего сгорания (ДВС), электрогенератора. В построенном опытно-экспериментальном образце в качестве привода электрогенератора исполь­зуется ДВС автомобиля. Газогенераторный модуль расположен на автомо­бильной раме между кабиной и кузовом. Там же, непосредственно над рас­пределительным валом двигателя, установлен электрогенератор. В качестве топлива используются древесные призмы 60 х 60 х 70 мм с влажностью 26 %. Одна заправка топливом обеспечивает работу ПГГЭС в течение 4 ча­сов. Газогенератор имеет цилиндрическую форму с внутренним диаметром 500 мм, внешним - 580 мм и высотой 1900 мм. В него и закладывается дре­весное топливо, выход газа с 1 кг которого составляет 2,28 м3. Максималь­ная мощность реконструированного двигателя ГАЗ-52 для работы на газу составляет 24,06 кВт против 55,67 кВт при работе на бензине.

Состав получаемого газа и его калорийность зависят, в основном, от вида исходного топлива, его влажности и размера частиц, а также от режима по­дачи первичного воздуха в газогенератор. Время розжига газогенератора ПГГЭС составляет порядка 20 минут. Запуск двигателя может производить­ся как на бензине, так и на генераторном газе. При движении автомобиля или выработке электроэнергии двигатель работает на газе.

Для перехода в режим выработки электроэнергии автомобиль останавли­вается, устанавливается число оборотов ДВС, которое соответствует номи­нальной частоте вращения электрогенератора, который запускается в работу включением цепи обмотки возбуждения.

Опытно-экспериментальный образец ПГГЭС прошел испытание в Мо-зырской райагропромтехнике в начале 2000 г. в результате, которого уста­новлено, что газогенераторная установка и ДВС работают устойчиво, каче­ство получаемой электроэнергии соответствует существующим стандартам. В настоящее время ведется работа по усовершенствованию управления ус­тановкой и модернизацией системы автоматического регулирования напря­жения генератора, исследуется влияние характеристик твердых топлив на состав генераторного газа, устойчивость работы ДВС и качество получае­мой электроэнергии. Продолжается работа по снижению потерь мощности ДВС при переводе его с жидкого топлива на генераторный газ.

В Республике Беларусь уже появился один из первых автомобилей, рабо­тающий на дровах. В Мостовском районе электрических сетей переоборудо­вали ГАЗ-52, который, используя дрова лиственных пород, развивает скорость до 40 км/ч. Используя 60 кг дров, автомобиль может перевезти 2,5 т груза на расстояние 100 км.

После древесного топлива в частном секторе используется в основном торф. В первые послевоенные годы он играл первостепенную роль в произ­водстве электроэнергиии и тепла на крупных промышленных предприятиях. В 2000 году в республике использовано примерно 2,2 млн т торфа, что соот­ветствует 769,6 тыс. т у. т., из них брикетов - 665,1 тыс. т у. т., фрезерного и кускового торфа - 104,5 тыс. т у. т.

Учитывая выработку запасов торфа на ряде действующих торфобрикет­ных заводов, в ближайшей перспективе возможно снижение объемов произ­водства топливных брикетов, но объемы производства кускового торфа при соответствующей организации и закупке оборудования могут быть доведе­ны к 2005 г. до 500 тыс. т у. т. При условии сохранения производства брике­тов суммарное потребление торфа в качестве топлива в 2005 г. может соста­вить 1,1 млн т у. т.

Немалую роль в пополнении энергобаланса Республики Беларусь играют небольшие ГЭС. В 1992-2000 гг. восстановлены 8 ГЭС общей мощностью 2410 кВт. В перспективе на притоках рек Западная Двина, Неман, Вилия, Днестр, Припять и Западный Буг может быть построено около 50 малых ГЭС с суммарной мощностью 50 тыс. кВт и среднегодовой выработкой электроэнергии 160 млн кВт • ч. Наиболее значительный вклад гидроэнерге­тики в общий энергетический баланс республики может внести строитель­ство каскада ГЭС на реках Западная Двина и Неман. Уже подготовлено технико-экономическое обоснование строительства ГЭС на Немане в Грод­ненской области. Проектом предусмотрено не только строительство стан­ций, но и развитие инфраструктуры. Гидроэлектростанции на этих реках при относительно небольшом затоплении пойменной территории позволят получить до 800 млн кВт • ч в год электроэнергии при установленной мощ­ности около 240 МВт.

Установленная мощность ГЭС в стране на 01.01.2000 г. составила 6,8 тыс. кВт. В 1999 году за счёт использования гидроресурсов выработано 19,2 млн кВт • ч электроэнергии, что эквивалентно вытеснению экспортного топлива в 7 тыс. т у. т.

Потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850 МВт, в т. ч. технически доступны - 520 МВт, а экономически целесообразны - 250 МВт. За счёт гидроресурсов к 2005 г. возможна выработка 115 млн Вт • ч электроэнер­гии, что эквивалентно 40 тыс. т у. т.

На территории республики выявлено 1040 площадок для размещения ветроустановок с теоретически возможным энергетическим потенциалом 1600 МВт и годовой выработкой электроэнергии 3,3 млрд кВт • ч. Однако в ближайшее время технически возможное и экономически целесообразное использование потенциала ветра не превысит 0,5 % от установленной мощ­ности электростанций энергосистемы, т. е. может составить не более 300-350 МВт или 720 - 840 млн кВт • ч. Причинами незначительного ис­пользования ветроустановок являются:

- слабые континентальные ветра (3-5 м/с) при необходимой пусковой скоро­сти их 4-5 м/с, средняя скорость ветра по республике не превышает 4,1 м/с;

-высокая стоимость ВЭУ (1000 - 1500 долларов США/кВт установлен­ной мощности);

-необходимость создания и содержания резерва мощностей на других типах электростанций в случае отсутствия ветра.

По экспертным оценкам к 2005 г. будет освоено не более 30 % общего ветропотенциала, т. е. 252 млн кВт • ч, что эквивалентно 75 тыс. т у. т.

Установки для производства биогаза из отходов животноводческих комплексов целесообразно использовать только с условием получения эко­логически чистого высококачественного органического удобрения. Только в этом случае они будут эффективны для внедрения за счёт пропорционально­го сокращения энергоёмкого производства минеральных удобрений. Приме­нение биогазовых установок позволит также существенно улучшить эколо­гическую обстановку вблизи крупных ферм и животноводческих комплек­сов, а также на посевных площадях, куда в настоящее время сбрасываются отходы производства.

Потенциально возможное получение товарного биогаза на животновод­ческих комплексах составляет 160 тыс. т у. т. в год, а к 2005 г. - не более 15 тыс. ту. т.

Невостребованным источником энергии является огромный потенциал Солнца. В настоящее время развитие разработок по использованию солнеч­ной энергии идет по двум направлениям: фотоэнергетика; гелиоэнергетика. Первая связана с прямым преобразованием потока солнечной энергии в электричество, вторая - с утилизацией тепловой энергии с помощью актив­ных и пассивных теплоиспользующих систем.

Первую в мире солнечную электростанцию мощностью 1 млн мегаватт начала эксплуатировать в 1983 г. американская фирма «Арко Сопар». В на­стоящее время уже существуют проекты висящего над планетой искусст­венного спутника, который сможет трансформировать солнечную энергию в электрическую и передавать ее в виде электромагнитного луча сверхвысо­кой частоты. Предполагается, что мощность одной орбитальной электро­станции от 3000 до 15000 МВт, а к 2060 г. доля энергии солнца на мировом энергетическом рынке превысит 50 %.

С учётом опыта создания солнечной электростанции в Крыму, а также зарубежного опыта, где в году значительно больше солнечных дней, чем в Беларуси (всего 115 дней солнечных и 250 пасмурных в среднем в год), производство электроэнергии с использованием солнечных лучей практически неощутимо.

Основными направлениями использования энергии Солнца будут г е -лиоводоподогреватели и различные гелиоустановки для интен­сификации сушки и подогрева воды в сельскохозяйственном производстве и быту. Для этих целей в научно-исследовательских институтах разработаны различные типы гелиоводоподогревателей. Так, в БелНИИ механизации и электрификации сельского хозяйства разработаны и успешно внедряются в аграрном секторе гелиоводоподогреватели ГВП-20 и «Гелекс-150» с естест­венной (термосифонной циркуляцией теплоносителя в системах с баком-наполнителем горячей воды). Использование для теплопоглощающих по­верхностей поливинилхлоридных материалов с высоким коэффициентом поглощения позволило получить высокие технико-экономические показате­ли гелиоводоподогревательных установок: экономия электроэнергии за се­зон (апрель - сентябрь) составила 300-350 кВт • ч с 1 м2 поверхности.

Характерными отличиями проводимых в Институте проблем энергетики НАН Беларуси исследований систем использования солнечной энергии яв­ляются: принудительная циркуляция воды, отсутствие бака-накопителя го­рячей воды, привязка установки непосредственно к системе водоподготовки котловой воды котельной промплощадки АНТК «Сосны».

В АНК «ИТМО им. А. В. Лыкова» НАН Беларуси разработан гелиокол-лектор из алюминиевого профиля. Из 30 таких коллекторов на площадке 14 х 6,5 м смонтирована гелиоводоподогревательная система площадью 24 м2 для подогрева химически очищенной воды на котельной АНТК «Со­сны». Угол наклона системы относительно горизонта составлял примерно 45 °С. Проведенные с 17 апреля по 10 октября 2000 г. испытания системы показали эффективность ее работы. Суммарное количество тепловой энер­гии, сэкономленное за 6 месяцев работы гелиосистемы, составила 8,13 Гкал, что равнозначно 1,68 т у. т.

О росте популярности гелиоэлектричества говорит тот факт, что, к при­меру, в Германии за последние 5 лет количество гелиоустановок увеличи­лось в 30 раз, а в США до 2010 г. планируется обеспечить этим видом энер­гии миллион жилищ.