Малая энергетика. 2

Малая энергетика —  направление энергетики, связанное  с получением независимых от централизованных сетей тепла и электричества. Характерной чертой установок в малой энергетике являются компактные размеры генераторных блоков и, как правило, мобильность конструкций. 

На 2011 год большинство  из предлагаемых решений в малой  энергетике недоступны её главным потребителям — малым удаленным предприятиям и малым населенным пунктам России, по цене, по эффективности отношения  производимой мощности к массе оборудования. К тому же, предлагаемое, как элементы малой энергетики, серийно поставляемое импортное оборудование, как правило, не нацелено на использование источников энергии, имеющихся на местах. 

В этой статье не рассматриваются  бытовые микроэнергоустановки на базе ДВС. Эта тема достаточно широко освещается в статьях производителей.Содержание  [убрать]

1 Актуальность 

1.1 Новые возможности

1.2 Независимость  от сетей тепло- и электроснабжения

1.3 Децентрализация  источников снабжения

1.4 Возможность и  необходимость утилизировать отходы

2 Направления применения 

2.1 Удалённые населенные  пункты

2.2 Независимые малые  производства

2.3 Альтернативные  поставки в сеть

3 Источники энергии 

3.1 Энергия малых  рек

3.2 Горючие отходы

3.3 Ветроэнергетика

3.4 Тепло Земли

3.5 Энергия Солнца

4 Варианты реализации 

4.1 Контейнерные энергоблоки

4.2 Возимые энергоблоки

4.3 Собираемые на  месте эксплуатации энергоблоки

5 Перспективы 

5.1 Россия

5.2 Евросоюз

5.3 Китай

5.4 Америка

6 Примечания

7 Ссылки 

[править]

Актуальность

[править]

Новые возможности 

Новые технологии и  материалы позволяют сегодня  делать компактные энергетические установки  доступными для небольших производств  и населенных пунктов. Массовое производство генераторов дает возможность создавать  на их основе новые, интересные решения, используя при этом тот источник энергии, который всегда был рядом, но ещё вчера не приносил никакой  «энергетической пользы».

[править]

Независимость от сетей  тепло- и электроснабжения 

По разным оценкам, от 60 до 70 % территории России не охвачены централизованным электроснабжением. На этой огромной территории проживает  более 20 млн человек[1][неавторитетный источник?] и жизнедеятельность людей обеспечивается главным образом средствами малой энергетики.

[править]

Децентрализация источников снабжения 

Прокладка линий  электропередачи при подключении  новых потребителей к электросетям сегодня один из главных сдерживающих факторов к появлению новых независимых  производств. В не самых дорогих  регионах России, например, в Ульяновской  области, километр новых линий обходится  потребителю более 300 тысяч рублей, и это далеко не все расходы  при подключении[2]. И это не единственный аргумент для отказа от централизованного  электроснабжения — при наличии на местах источника и его эксплуатации с помощью компактного автономного оборудования отпадает необходимость осуществлять его доставку к месту выработки энергии. 

Например (схема 1), турбина  ТЭЦ вырабатывает 20 МВт, потребляя  тепло, сжигаемых в печах отходов  лесопереработки, свозимых на ТЭЦ в  радиусе 100 км. Эта централизованная схема требует и прокладки  сетей электроснабжения, и наличия  персонала для ТЭЦ и парка  грузовиков для перевозки горючих  отходов. Тогда как, 20 малых предприятий  могут сжигать отходы на местах (схема 2), вырабатывая на малых энергоустановках по 100 кВт для собственных нужд и не оплачивать услуги ТЭЦ и парк грузовиков.

[править]

Возможность и необходимость  утилизировать отходы 

Использование горючих  отходов сегодня приводит к дополнительному  развитию современной экономики. Их неиспользование — к интенсивному загрязнению окружающей среды. 

Жителям городов  знакома проблема «полигонов» —  огромных свалок мусора, который не был отсортирован и утилизирован современными способами. Между тем  от 20 до 40 % объёма отходов — это  ГБО (горючие бытовые отходы). В  крупных городах сегодня и  ставят заводы по переработке мусора, а в малых населенных пунктах? Здесь необходимы решения малой  энергетики. Цель данной публикации —  изучение опыта решения проблем  выделения ГБО и их эффективной  утилизации. 

В лесном секторе  России занято около 2 млн человек (свыше 3 % трудоспособного населения страны). Жизнь сотен тысяч людей проживающих в северных областях России, практически полностью зависима от лесных ресурсов[3]. Опилками, корой, стружкой завалены огромные территории, прилегающие к предприятиям лесопереработки. 

В сельском хозяйстве  проблема утилизации отходов сельскохозяйственной переработки и животноводства стоит  не так остро, как в лесной отрасли, но энергия, которую можно получить, может значительно снизить стоимость  производимых продуктов.

[править]

Направления применения

[править]

Удалённые населенные пункты 

Огромные территории страны и в ХХI веке не подключены к централизованным сетям электроснабжения, а ещё больше населенных пунктов не имеют магистрального газа. До 1991 года проблемы решались — регулярный «северный завоз» и подобные дорогостоящие мероприятия — привоз бочки солярки часто обходился в тонну авиационного керосина. С 90-х годов такая помощь резко сократилась. Многие удаленные малые населенные пункты либо просто исчезли, либо поставлены на грань выживания. Их судьба сегодня зависит от развития малой энергетики. В шести направлениях «энергоэффективной политики»[4], утвержденной в 2009 году. Пятый пункт — это «малая комплексная энергетика» и шестой пункт — «инновационная энегетика» ( Материалы Комиссии по Энергоэффективности при Президенте РФ ). Задача — как использовать ресурсы, находящиеся на месте для получения тепла и электричества — решается сегодня многими независимыми производителями печей, котлов, микротурбин, генераторов и другого энергетического оборудования. Новые выставки, такие как «Альтернативная энергетика» на ВВЦ и «Energy Fresh» в Гостином дворе Москвы показывают заметный рост предложений предприятий в сфере малых энергомощностей.

[править]

Независимые малые  производства 

Россия обладает более чем 20 % процентами мировых  запасов деловой древесины. Компактные и доступные решения в малой  энергетике, позволяющие решать проблему утилизации отходов лесопереработки, выработки тепла и электричества  необходимы для развития новых малых  производств, для увеличения доли переработки  леса на местах.

[править]

Альтернативные поставки в сеть 

На 2011 год поставки в централизованную сеть в России энергии независимыми малыми производителями  никак не поощряются. В то же самое  время, в странах Евросоюза покупка  электроэнергии у независимых «альтернативных» производителей — это важнейший  рычаг развития малой и альтернативной энергетики. К примеру, в республике Литва покупка электроэнергии у  малых источников генерации производится по тарифам, вдвое превышающим их отпуск предприятиям и населению. Благодаря  существенным дотациям и постоянному  росту цены углеводородов, расширение альтернативных малых энергопроизводств уже более 10 лет выгодно, и большое количество предприятий находит свою нишу в производстве компактного и доступного оборудования, помогающего получать энергию из энергии ветра, воды, солнца или при сжигании горючих отходов.

[править]

Источники энергии 

Каждый год открываются  новые возможности получения  небольшими установками тепловой и  электрической энергии. В этом разделе  перечисляются основные и будут  добавляться новые, интересные решения.

[править]

Энергия малых рек 

Сегодня серийно  выпускаются гидротурбины для малого, среднего и высокого давления потока воды. Даются рекомендации и предлагается рядом предприятий технические решения для сооружения объектов, предполагающих установку гидротурбин. Здесь будет подробно рассмотрен опыт отечественных предприятий и зарубежных компаний, выпускающих подобную продукцию. Развитие малой гидроэнергетики в России сегодня сталкивается с рядом административных барьеров: «Российская газета» Карелия готова сделать ставку на развитие малой гидроэнергетики

[править]

Горючие отходы 

Отходы лесопереработки, сельского хозяйства, ГБО — «горючие бытовые отходы» — всё что горит должно быть сожжено! И сожжено эффективно. Наука сжигания опилок сегодня значительно опережает науку сжигания дров![5][неавторитетный источник?] 

Кратко о применимости процессов пиролиза: 

В Советском Союзе  Институт Электрификации Сельского  Хозяйства ВИЭСХ разработал множество  установок по сжиганию лесных и сельскохозяйственных отходов переработки. Главный упор делался и делается на процессы пиролиза — это когда опилки нагревают  до 700 С, получая недоокисленный газ СО, а его уже сжигают на выходе интенсивной подачей воздуха, попутно сжигая всё остальное, что выделилось из опилок. СО и другие горючие газы, называемые вместе «пиролизный газ», планировалось подавать на ДВС, в том числе и на дизели. Однако, в ходе экспериментов в лабораториях ВИЭСХ было выявлено серьёзное выделение из пиролизного газа смол, закоксовывающих двигатели, что свидетельствует о нерентабельности данного процесса, несмотря на периодическое появление в СМИ информации о новых фильтрах, с помощью которых пиролизный газ можно сделать «безопасным» для ДВС. Делая вывод из работ учёных института, следует рассматривать полезным процесс сжигания горючих отходов с целью получения давления нагретых газов, в частности паров воды. 

Опилки и сельскохозяйственные отходы сегодня сжигают и с  применением процессов пиролиза, и в «кипящем слое» (сноска) и смешивая с подаваемым воздухом и другими способами (фото установок, фото схемы Тамбовского института сельского хозяйства) — главное при сжигании — это получение тепла и давления нагретого рабочего газа, который, в дальнейшем, очевидно, должен подаваться на Двигатели Внешнего Сгорания, в частности, турбины. Применению турбин и «микротурбин» в комплексах малой энергетики пишется много, но информация собранная автором у производителей котлов, таких как «Heizomat» Германия, «Экодрев» Тверь и «Ковровские котлы» говорит об отрицательном опыте применения паровых турбин в комплексах, утилизирующих лесо- и сельхоз- отходы. Турбины, по отзывам специалистов, очень чувствительны к перепадам давления пара на входе и к нагрузке на выходе, имеют дорогостоящую систему управления и очень дорогое обслуживание. Совместимы ли эти качества сегодня с понятием «малая энергетика»? Автор считает правильным согласиться с мнением практиков, затратившим немалые средства на покупку зарубежных турбин и давшим отрицательное заключение. 

Последнее время  много пишется о разработке на базе поршневых ДВС «паропоршневых двигателей», которые продолжают эффективно работать и при значительных перепадах давления пара. Это новое слово в двигателестроении означает принятый за основу стандартный ДВС и снижение его эффективности до 10-15 %, а так же новый виткок борьбы с коррозией в непредназначенных для работы с паром двигателях. Очевидно что, все меры по защите ДВС от коррозии приближают «паропоршневой» двигатель к стоимости турбин, но оставляют массу ДВС, снижая ещё отдачу по мощности в разы. Однако, набрав в любом поисковике запрос по «паропоршневым двигателям» можно прочитать у производителей более лестные отзывы. 

Вышесказанное подлежит обсуждению при получении новой  информации от эксплуатирующих различные  двигательные установки организаций. Очевидно, что работа над двигательными  установками, предназначенными для  малых энергетических комплексов, сжигающих  отходы, сегодня продолжается.

[править]

Ветроэнергетика 

До начала 1990-х  годов европейское первенство удерживала страна — родоначальник ветроэнергетики  — Дания. Тем не менее во второй половине 1990-х гг. Дания уступила его Германии, мощности ветроустановок которой в 1999 году достигли 4 млн кВт, а выработка электроэнергии на них — б млрд кВт/ч. К тому же в отличие от Дании, где преобладают мелкие автономно работающие установки, для Германии более характерны крупные «ветровые фермы». Больше всего их на самом «продуваемом» участке её территории — побережье Северного моря в пределах земли Шлезвиг-Гольштейн[6][уточнить]. 

В России ветроэнергетика  сегодня и является малой энергетикой. Потому, что никак не субсидируется. Большое количество IT-коллективов  разрабатывают темы тихоходных электрогенераторов и высокотехнологичных редукторов, придумывают разные формы ветро турбин и производят отдельные экземпляры[7].

[править]

Тепло Земли 

Средний рост температуры  близ поверхности Земли оценивается  в 20oС на 1 км. вглубь от поверхности. Наиболее достоверные температурные данные относятся к самой верхней части земной коры, вскрываемой шахтами и буровыми скважинами до максимальных глубин- 12 км (Кольская скважина).Основы геологии Н.В.Короновский, А.Ф.Якушова Преобразование этого тепла в электрическую энергию сложная и дорогостоящая задача. Большинство машин, созданных для этой цели используют принцип тепловых насосов Основная статья .

 Однако, во многих  регионах тепло Земли подходит  к поверхности так близко, что  требует сопоставимых с традиционной  энергетикой затрат на освоение. Наиболее известные примеры Курильские  острова и Исландия, которая смогла  превратить альтернативную энергетику  в серьёзную отрасль национальной  экономики. По различным данным, более 25% всей электроэнергии  в стране производится на гелиотермальных электростанциях.

[править]

Энергия Солнца 

В настоящее время  активно развиваются два направления  преобразования энергии Солнца в  электрическую. Это "Фотовольтаника" и "Концентрированная солнечная энергия".

 Первое направление  принято отождествлять с солнечными  батареями - пластинами, несущими  на себе на себе множество фотоэлементов, преобразующих падающий свет в электрический импульс. Это направление активно развивается - КПД "солнечных батарей" постоянно растет, а стоимость снижается, и они всё чаще применяются в быту и на производстве, покрывая всё больше крыш в Западной Европе. У этого направления появился альтернатива - набор "наноспиралей", объединенных на тонких пленках - инфракрасное излучение сразу преобразуется в электрический импульс [1]

"Концентрированная  солнечная энергетика" CSP - более  давний способ извлечения энергии  Солнца - использует принцип концентрации  и направления лучей Солнца  на элементы, в котором теплоноситель  приобретает более высокую температуру  (например нагревается газ), либо меняет физическое состояние (например закипает вода) и далее энергоноситель поступает в расширительную машину, в которой отдает свою энергию электрогенератору (схема). В этих технологиях есть отдельные направления:

- применение солнечных  коллекторов - наборов стеклянных  трубок с задней зеркальной  поверхностью, возвращающей лучи  на трубку с теплоносителем, находящуюся  внутри стеклянной трубки (как  правило в вакууме). Это направление активно развивается - коллекторы становятся всё надежнее, доступнее по цене и составляют активную конкуренцию пластинам с фотоэлементами. Лидерство в производстве солнечных коллекторов прочно держит Китай

- применение зеркал. Существует множество форм современных  малых и больших установок,  в которых солнечные лучи концентрируются  зеркалами самой разнообразной  формы на точечные или трубчатые  носители нагреваемого газа или  жидкости. Огромное внимание этому  направлению солнечной энергетики уделяется в Испании, которая стала здесь признанным лидером Бизнес-Испания 2010

- линзы и другие, пока малоприменимые варианты.

 Развитие технологий  часто приводит к резкому удешевлению  ранее дорогостоящих методов.  На сегодня первые два направления  наиболее применимы. Фотовольтаника имеет явное преимущество, особенно ценное для малой энергетики - непосредственное получение электроэнергии на малых установках, без каких-либо трудоемких преобразований. Направление CSP преобразует энергию Солнца обычно в перегретый пар, который затем направляется на турбину для вращения электрогенераторов. Высокая цена турбин пока сдерживает это направление в малой энергетике, однако множество Европейских программ развития науки и техники время от времени предлагают гранты за создание "Маломощного парового двигателя для устройств Концентрированной Солнечной Энергетики" Cordis

[править]

Варианты реализации

[править]

Контейнерные энергоблоки

[править]

Возимые энергоблоки

[править]

Собираемые на месте  эксплуатации энергоблоки

[править]

Перспективы

[править]

Россия

[править]

Евросоюз

[править]

Китай

[править]

Америка 
 

Энергетика малая, польза большая  

В рамках международного форума по вопросам энергетики и окружающей среды северных регионов "The northern touch", состоявшегося в Петрозаводске 2-4 июня, работал комитет по энергетике ассоциации "Северо-Запад". В числе других обсуждался вопрос о расширении использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и малой энергетики в регионе. Местом встречи коллег стала региональная энергетическая комиссия.  

Постепенно энергетики освобождаются от узко профессионального мышления, о перспективах развития они рассуждали именно в этом обнадеживающем ключе. Один из них направление движения определил так: от гигантомании опускаемся вниз, к созданию малых и микроГЭС, ветровых установок, станций с комбинированным получением электричества и тепла. Строительство небольших установок, в частности, с использованием нетрадиционных источников - перспективная альтернатива централизованному снабжению энергией для Северо-Запада России. Такие установки в качестве топлива используют, например, бытовые отходы, в сочетании с природным газом, угольной пылью, бросовой древесной массой.  

В связи с последним  фактором Карелия - благодатный регион. Отходов лесозаготовок и деревообработки - пруд пруди. Доклад председателя региональной энергетической комиссии В.Дубова, посвященный энергетической политике Карелии, среди участников форума был встречен с интересом. У нас огромные возможности для применения местных ресурсов в получении электроэнергии и тепла. Потенциал нетрадиционной энергетики и внедрения современных энергосберегающих технологий поистине велик.  

Но внедрение средств  малой и нетрадиционной энергетики сдерживается по ряду причин. Конечно  же, на первом месте значится недостаточное  финансирование научно-исследовательских  и опытно-конструкторских работ. Также тормозит дело отсутствие законодательной базы, обеспечивающей правовые и организационные основы использования возобновляемых источников энергии, слабое развитие отечественного рынка инвестиционных услуг, недостаточное применение и распространение российского и зарубежного опыта.  

Определенные усилия для создания законодательной базы со стороны нашей РЭК предприняты. Дальнейшие шаги - за депутатами парламента республики.  

Но Карелия - это  еще не весь северо-западный регион. В других областях - свои проблемы. Поэтому  на заседании комитета и велся  разговор о расширении использования  нетрадиционных возобновляемых источников и малой энергетики. Ситуацию проанализировал  в своем докладе заведующий лабораторией отдела электроэнергетических проблем  РАН, ученый секретарь этого отдела Б.Кириченко.  

Ученые встревожены: лишь мизерное число производителей энергии не нарушают экологический  баланс в связи с высокой, как  правило, стоимостью природоохранных  мероприятий. Вот почему развитие децентрализованного  снабжения энергией становится чрезвычайно  актуальным. Локальные источники  позволяют не только экономить ископаемые первичные энергетические ресурсы, но и легко организовать системы  совместного производства электричества  и тепла. И, что немаловажно, при  этом уменьшается вредное воздействие  источников на окружающую среду.  

По информации Б.Кириченко, в области децентрализованного снабжения электричеством и теплом усилиями российских ученых созданы высокотехнологичные установки, которые могут быть адаптированы к условиях Карелии и Северо-Запада. Эффективные малые установки способны снабжать электричеством и теплом коммунальные, а также смешанные коммунально-производственные объекты от городского или сельского района до, представьте, отдельного односемейного коттеджа.  

Если, конечно, вы успели обзавестись им. Впрочем, изба в глухой деревне - чем не коттедж?  

Было названо восемь типов подобных установок. От тепловой электростанции с комбинированной  выработкой энергии до ветро-дизельной электростанции и универсальной теплоэлектрической станции на базе двигателя внутреннего сгорания.  

За развитие малой  энергетики голосует, в частности, и  ситуация в агропромышленном комплексе  Карелии. Благодаря малым станциям на базе местных возобновляемых энергетических источников, многие ныне полуопустевшие мелкие населенные пункты, население которых занимается традиционными ремеслами и промыслами, могут обрести второе дыхание и возродиться. Если по цене киловатт мощности не окажется слишком дорогим. Поэтому другой докладчик - заведующий отделом Северо-Западного НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства В.Судаченко и ратовал за предоставление льготных условий для потребителей АПК на приобретение экологически чистого и энергосберегающего оборудования. Значит, подход к обоснованию условий и зон применения новых видов энергии, возобновляемых источников, альтернативных топлив и местного сырья должен быть самым тщательным.  

На заседании комитета в Петрозаводске приняты принципиально  важные решения. Одно - о расширении использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и малой энергетики в северо-западном регионе РФ. Другое, однако же, касается схемы развития объединенной энергетической системы Северо-Запада на период до 2010 года. Во втором решении, между прочим, определено: считать целесообразной ориентацию на сохранение существующего потенциала атомной энергетики и разработку схем организации экспорта электроэнергии.  

Комитетом одобрена схема развития ОЭС, разработанная  небезызвестным "Севзапэнергосетьпроектом". Этот институт, а вслед за ним и комитет по энергетике подтвердили, что "для обеспечения энергетической безопасности региона следует ориентироваться на сохранение атомных станций". Они производят около 45 процентов от общего объема электроэнергии, получаемой со станций объединенной системы.  

А где же тогда  государственная протекционистская  политика в области развития отечественной  нетрадиционной и малой энергетики? Не сказала своего слова и Госдума...