Малая энергетика. 6

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

Введение………………………………………………………………………….......3

1. Малая энергетика (общая характеристика)……………………………….…….4

2. Энергетическая безопасность и малая энергетика……………………………..5

3. Области применения малой энергетики……………………………….………...7

4. Зоны децентрализованного энергоснабжения……………………………….….8

5. Дизельные электростанции…………………………………………………........9

6. Газодизельные и газопоршневые электростанции…………………………….11

7. Мини-ТЭЦ………………………………………………………………………..12

8. Газотурбинные электроустановки……………………………………………...13

9. Ветроэнергетика России……………………………………………...…………14

10.Белорусский опыт развития малой энергетики……………………………….16

Заключение………………………………………………………………………….21

Список литературы…………………………………………………………………22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Представление об энергетике у многих связано с  крупными теплоэлектростанциями (ТЭЦ), гидроэлектростанциями (ГЭС),атомными электростанциями (АЭС),станциями теплоснабжения(АСТ),тепловыми  сетями большой протяжённости, высоковольтными линиями электропередач, мощными трансформаторными станциями и подстанциями, огромными градирнями и высокими дымовыми трубами больших диаметров и т. д. Кроме перечисленных ТЭЦ, ГЭС, АЭС, ГРЭС, АСТ, существует значительное число локальных систем теплоэлектрогенерирования, которые сосредоточены по населённым пунктам и различным отраслям промышленности.

     Это - районные отопительные и отопительно-производственные котельные, заводские ТЭС, ТЭЦ и  котельные, промышленные печи, бытовые  энергоустановки, предназначенные для обслуживания нескольких зданий и сооружений и индивидуальных построек, коттеджей, частных домов и т.д.

     Все эти энергогенерирующие источники  имеют признаки отдельной (единой) отрасли  со своей   продукцией в виде тепло  и электроэнергии и со своими потребностями в топливе, оборудовании, материалах, инвестициях и т.д. По сути это - своеобразный топливно-энергетический комплекс, который принято называть малой энергетикой.

     Этот  термин пока не узаконен стандартом, но в кругах специалистов он нашёл  уже широкое признание. Более того, перечисленный выше круг объектов, который условно можно отнести к понятию “традиционной” малой энергетики, существенно расширен за счёт так называемых нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. К таким объектам относятся установки и сооружения, использующие солнечную энергию, энергию ветра, геотермальную энергию, энергию мирового океана, биомассы и др.

     Малая энергетика позволяет потребителю  не зависеть от централизованного энергоснабжения  и его состояния, использовать оптимальные для данных условий источники производства энергии. Закономерно, что такие технологии находят себе место и в промышленно развитых, и в развивающихся районах с различным климатом.  
 
 
 
 
 
 

1. Малая энергетика (общая  характеристика)

 

     Малая энергетика (альтернативная энергетика) — это на сегодняшний день наиболее экономичное решение энергетических проблем в условиях все возрастающей потребности в энергоресурсах. Автономность малой энергетики позволяет решит задачу электро- и теплоснабжения удаленных и энергодефицитных районов, которым трудно найти средства на строительство крупных станций, прокладки теплоцентралей, сооружении ЛЭП. 
Еще одна важная функция малой энергетики – создание резервных источников питания (электроснабжения), что делает возможным обезопасить потребителя от перебоев в основной сети. Это особенно важно для электроснабжения медицинских, военных, торговых и производственных комплексов. Как отмечают специалисты, малая энергетика наиболее востребована сегодня в энергоемких производствах нефтехимии, текстильной промышленности, производстве минеральных удобрений. Не секрет, что значительная часть себестоимости продукции и услуг приходиться на энергетические расходы. И значит, вложенные средства в строительство объектов малой (альтернативной) энергетики не только быстро окупаются, но и делают предприятие независимым от роста цен на электроэнергию и углеводородное сырье.

     [2]Общепринятого  термина «малая энергетика» в  настоящее время нет. В электроэнергетике  наиболее часто к малым электростанциям принято относить электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. Обычно такие электростанции разделяют на три подкласса:

• микроэлектростанции мощностью до 100 кВт;
• миниэлектростанции мощностью от 100 кВт до 1 МВт;
• малые электростанции мощностью более 1 МВт.

       Наряду с термином «малая энергетика»  применяются понятия «локальная  энергетика», «распределенная энергетика»,  «автономная энергетика» и «распределенная  генерация энергии (РГЭ)». Последнее  понятие определяют как производство энергии на уровне распределительной сети или на стороне потребителя, включенного в эту сеть.  
 
 
 
 
 
 
 

2. Энергетическая  безопасность и малая  энергетика

 

     В настоящее время значимость малой  энергетики увеличивается в связи  с изменяющейся в стране социально-экономической обстановкой. Большую роль играет малая энергетика в обеспечении надежности электроснабжения и энергетической безопасности (ЭБ) потребителей электроэнергии, которая является важной компонентой национальной безопасности страны и трактуется как состояние защищенности граждан, общества, государства, экономики от обусловленных внутренними и внешними факторами угроз дефицита всех видов энергии и энергетических ресурсов. По ситуативному признаку при анализе ЭБ выделяют три основных варианта, соответствующих нормальным условиям функционирования, критическим ситуациям и чрезвычайным ситуациям.

     ЭБ  в условиях нормального функционирования связывается с необходимостью обеспечения  в полном объеме обоснованных потребностей в энергетических ресурсах. В экстремальных условиях (то есть в критических и чрезвычайных ситуациях) ЭБ требует гарантированного обеспечения минимально необходимого объема потребностей в энергии и энергоресурсах.

     Непосредственно на ЭБ нашей страны сказываются острый дефицит инвестиционных ресурсов, недофинансирование капиталовложений в топливно-энергетический комплекс и многие другие угрозы экономического характера. В связи со значительной выработкой технического ресурса энергооборудованием всё большее влияние на ЭБ оказывают аварии, взрывы, пожары техногенного происхождения, а также стихийные бедствия.

     События последних лет показали существенную неустойчивость в обеспечении электроэнергией  и теплом потребителей различных  категорий от централизованных энергетических систем. Одна из причин этого – состояние «отложенного кризиса» в энергетике, обусловленное быстрым старением основного оборудования, отсутствием необходимых инвестиций для обновления и строительства новых энергетических объектов и их ремонта, сложности со снабжением топливом.

     Другой  причиной потери энергоснабжения являются природные (прежде всего климатические) катаклизмы, приводящие в ряде случаев к тяжелым последствиям для значительных территорий и населенных пунктов. Весьма уязвимыми являются централизованные системы энергоснабжения и с военной точки зрения. Например, с помощью сравнительно недорогих боевых блоков, разбрасывающих проводящие нити или графитовую пыль, НАТО удалось всего за двое суток вывести из строя до 70% электроэнергетических систем Югославии.

     Кроме того, стратеги ядерных держав в качестве одного из вариантов начала войны рассматривают «ослепляющий удар»: взрыв над территорией противника на большой высоте ядерного боеприпаса, в том числе и специального, с усиленным выходом электромагнитных излучений. Электромагнитный импульс (ЭМИ) высотного взрыва охватывает огромные территории (с радиусом в несколько тысяч километров) и может выводить из строя не только системы управления, связи, но и системы электроснабжения, прежде всего за счет наведения перенапряжений на воздушных и кабельных ЛЭП. Характерно, что одним из стандартов МЭК рекомендуется проверка устойчивости энергетических систем к воздействию ЭМИ высотного ядерного взрыва. Уязвимыми являются централизованные системы энергообеспечения и для террористических актов.

     Опасность потери энергоснабжения вследствие указанных выше причин весьма значительна. Устранить ее средствами централизованного энергоснабжения по тем же причинам затруднительно. Однако задача повышения ЭБ ответственных объектов может быть решена средствами малой энергетики.

     Государство должно поощрять повышение энергетической безопасности объектов за счет строительства  собственных электростанций малой  мощности, например, снижением налогов  или их отменой на определенное время  с момента ввода электростанции в строй (опыт такого поощрения есть за рубежом). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Области применения малой  энергетики

 

     Важно понимать, что малая энергетика –  это не альтернатива большой энергетике, у нее нет каких-либо кардинальных преимуществ. Поэтому создание объектов малой энергетики не может быть самоцелью (для обозначения таких объектов также используют другие модные термины «распределенная энергетика», но суть от этого не меняется).

     Несмотря  на относительно скромную долю малой  энергетики в общем энергобалансе  страны по сравнению с большой энергетикой, которой уделяется основное внимание нашей науки и промышленности, значимость малой энергетики в жизни страны трудно переоценить.

     Во-первых, обширной сферой применения средств  малой энергетики является резервное (иногда его называют аварийным) электроснабжение потребителей, требующих повышенной надежности и не допускающих перерывов в подаче энергии при авариях в зонах централизованного электроснабжения. Во-вторых, малая энергетика может быть конкурентоспособна в тех зонах, где большая энергетика до сего времени рассматривалась как безальтернативная. Например, на промышленных предприятиях, когда постоянное повышение платы за подключение к централизованным сетям или за увеличение мощности подталкивает потребителей к строительству собственных источников энергии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Зоны  децентрализованного  энергоснабжения

 

     Энергетическая  эффективность комплексов децентрализованного  электроснабжения - важная компонента национальной безопасности страны, призванная ускорить ее социально-экономическое развитие, а повышение энергетической эффективности комплексов децентрализованного электроснабжения является на сегодня актуальной задачей энергетики Беларуси.

     Для электроснабжения потребителей децентрализованных зон традиционно используются установки малой энергетики - малые электростанции, работающие на автономную электрическую сеть одного или нескольких близлежащих населенных пунктов. dissercat.com

     В зонах децентрализованного энергоснабжения  роль малой энергетики в обеспечении  ЭБ является определяющей. Рабочие (постояннодействующие) электростанции малой мощности обеспечивают постоянное электроснабжение объектов, размещенных в регионах, где отсутствуют централизованные системы электроснабжения, или удаленных от этих систем на такое расстояние, что строительство линий электропередачи экономически менее эффективно, чем создание рабочей электростанции. Рабочие электростанции должны обеспечивать потребности объектов в энергии в полном объеме в режиме нормального функционирования и в минимально гарантированном объеме в критических и чрезвычайных ситуациях.

     Для таких объектов все аспекты обеспечения  ЭБ (наличие на рынке, цена, качество, способ транспортировки, создание запасов  топлива; технико-экономические характеристики, ресурс, состояние энергетического оборудования, возможность его замены и модернизации и т.п.) имеют значение не меньшее, чем для объектов большой энергетики. Рабочие электростанции являются, как правило, стационарными и прежде всего должны по возможности удовлетворять требованиям большого срока службы и малой удельной стоимости вырабатываемой электроэнергии. Однако рабочие электростанции малой энергетики по этим показателям, конечно, уступают крупным электростанциям централизованных систем электроснабжения. 
 
 
 
 
 
 

5. Дизельные электростанции

 

     Наряду  с централизованным способом электроснабжения потребителей от сетей энергосистем в ряде случаев необходимо предусматривать  местные источники электроснабжения. К ним относятся дизельные  электростанции, которые широко используются также в качестве резервных установок, обеспечивающих электрической энергией потребителей при отключении питания в случае аварий на линиях энергосистемы. Для потребителей с повышенными требованиями к бесперебойности электроснабжения установка резервных источников электроснабжения обязательна.

     Сегодня в малой электроэнергетике преобладающими являются дизельные электростанции (ДЭС). Широкое применение ДЭС определяется рядом их важных их преимуществ перед  другими типами электростанций:

1. высокий КПД (до 0,35–0,4) и, следовательно, малый удельный расход топлива (240–260 г/кВт·ч);
2. быстрота пуска (единицы-десятки секунд), полная автоматизация всех технологических процессов, возможность длительной работы без технического обслуживания (до 250 часов и более);
3. малый удельный расход воды (или воздуха) для охлаждения двигателей;
4. компактность, простота вспомогательных систем и технологического процесса, позволяющие обходиться минимальным количеством обслуживающего персонала;
5. малая потребность в строительных объемах (1,5–2 м3/кВт), быстрота строительства зданий станции и монтажа оборудования (степень заводской готовности 0,8–0,85);
6. возможность блочно-модульного исполнения электростанций, сводящая к минимуму строительные работы на месте применения.

     Главными  недостатками ДЭС являются высокая стоимость топлива и ограниченный по сравнению с электростанциями централизованных систем срок службы (ресурс).

     По  назначению дизельные электростанции и электроагрегаты подразделяют на стационарные и передвижные, а  по исполнению— сооружаемые во временных и постоянных помещениях. В зависимости от объемов автоматизации станции и электроагрегаты могут быть 1,2 и 3-й степени автоматизации. Они могут быть выполнены с воздушной, водовоздушной или радиаторной, а также водоводяной — двухконтурной системами охлаждения.

     На  дизельных электростанциях применяют  генераторы типов СГД (синхронный генератор, дизельный), ЕСС (единой серии с самовозбуждением), ЕС (единой серии), МСД открытого  и МСА защищенного исполнения с самовентилированием и др.

     Передвижные дизельные электростанции выполнены как комплектные электроустановки, смонтированные на каком-либо транспортном средстве и защищенные от атмосферных воздействий. Дизельные электроагрегаты также выполняют как комплектные установки в виде отдельных блоков, чаще всего смонтированными на общей раме.

     Стационарные  дизельные электроустановки предназначены  для нормальной работы и выработки  электроэнергии необходимого качества при температуре окружающего  воздуха от +8 до +40°С, высоте над уровнем  моря не выше 1000 м и относительной влажности воздуха до 98% при +25° С.

     Основным  элементом дизельной-электроустановки (станции или агрегата) является дизель-генератор, состоящий из дизельного двигателя, электрического генератора, трехфазного переменного тока, систем охлаждения, смазочной, топливоподачи и пультов управления. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Газодизельные (двухтопливные) и газопоршневые электростанции

 

     В последнее время всё большее  внимание во всем мире, уделяется газодизельным (ГДЭС) и газопоршневым (ГПЭС) электростанциям, использующим в качестве топлива природный газ. При современных отпускных ценах на дизельное топливо и природный газ топливная составляющая стоимости электроэнергии для газодизельных электростанций в несколько раз меньше, чем у обычных ДЭС. Наряду с высокой экономичностью ГДЭС и ГПЭС обладают хорошими экологическими характеристиками, поскольку состав выхлопных газов у них отвечает самым строгим мировым экологическим стандартам. При использовании газа значительно увеличивается и ресурс собственно дизельного агрегата.

     Наиболее  эффективным применением двухтопливных (газодизельных) генераторов является их использование в качестве источника  электроэнергии для питания буровых  установок с электроприводом - бурение  первых скважин идет на дизельном  топливе, а затем, при освоении скважин, для замещения дизельного топлива используется попутный газ. Двухтопливная система позволяет значительно сократить стоимость эксплуатации и снизить вредные выбросы промышленных дизельных двигателей. Это достигается путем замещения части дизельного топлива на более дешевый и экологически чистый природный или попутный газ. 
     Кроме того, одним из основных достоинств двухтопливной системы является ее способность переключать топливные режимы без остановки двигателя. Двухтопливная система обеспечивает безопасную работу дизельных двигателей на топливной смеси с содержанием газа от 50% до 80%.

     Применение  ГДЭС и ГПЭС целесообразно в зонах, имеющих систему газоснабжения. В этих условиях по стоимости электроэнергии они могут конкурировать с  системами централизованного электроснабжения, использующими мощные традиционные электростанции, а по срокам окупаемости капиталовложений существенно опережать их. В зонах без систем газоснабжения возможно применение ГДЭС и ГПЭС, использующих привозной сжиженный природный газ. Однако экономическая сторона этого варианта их применения требует дополнительного анализа. 
 
 
 
 
 

7. Мини-ТЭЦ

 

     Мини-ТЭЦ (малая теплоэлектроцентраль) - теплосиловые установки, служащие для совместного  производства электрической и тепловой энергии в агрегатах единичной мощностью до 25 МВт.

     Основная  концепция мини-ТЭЦ - непосредственная близость энергетического источника  к конечному потребителю. Строительство мини-ТЭЦ является комплексным решением проблем энергообеспечения производства либо жилого сектора, энергосбережения и уменьшения энергозатрат в единице готовой продукции.

     Эффективность мини-ТЭЦ достаточно высока. Так, для  мини-ТЭЦ с электрической мощностью 100 кВт и тепловой мощностью 120 кВт  себестоимость электрической энергии  составляет 6 руб./кВт·ч, а полной энергии (электрической и тепловой)– 0,08 у. е./кВт·ч. Срок окупаемости мини-ТЭЦ составляет 2,2 года. Для сравнения: мини-ТЭЦ на базе газопоршневого двигателя фирмы «Deutz» TCG2016V12 при номинальной электрической мощности 580 кВт и тепловой 556 кВт имеет удельный расход газа с теплотворностью 33520 кДж/нм3 – 0,26 нм3/кВт•ч, коэффициент использования топлива 0,8 и ресурс до капитального ремонта 64000 ч. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8. Газотурбинные электроустановки

 

     Газотурбинная установка (ГТУ) состоит из двух основных частей - это силовая турбина и  генератор, которые размещаются  в одном корпусе. Поток газа высокой  температуры воздействует на лопатки  силовой турбины (создает крутящий момент). Утилизация тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки.

     ГТУ может работать как на жидком, так  и на газообразном топливе. В обычном  рабочем режиме - на газе, а в резервном (аварийном) - автоматически переключается  на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы газотурбинной установки является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ может работать как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок.

     Пока  еще газотурбинные электроустановки находят относительно скромное применение в малой энергетике. Они обладают исключительно высокими массогабаритными показателями даже по сравнению с ДЭУ кратковременного использования. Их удельная массовая мощность составляет 0,11–0,14 кВт/кг, в то время как для ДЭУ этот показатель лежит в пределах 0,03–0,05 кВт/кг. Однако эти установки имеют по сравнению с ДЭУ меньший КПД (порядка 0,25–0,29), увеличенный расход топлива, требуют большого количества воздуха для охлаждения, обладают высокой шумностью. Поэтому ГТУ используются главным образом на передвижных резервных и автономных электростанциях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

9. Ветроэнергетика России

 

       В начале XX века в России работало почти 250 тысяч ветряных мельниц, перерабатывающих половину урожая зерна. Мельницы были выполнены из дерева и диаметр колеса достигал 12 м. В 30-е годы во Всесоюзном институте механизации сельского хозяйства (ВИЭСХ) была разработана деревометаллическая ветряная мельница «ВИМ» с колесом 16 м и мощностью 20,0 л.с. Но все эти мельницы не смогли конкурировать с более мощными электромеханическими мукомольными установками и эпоха ветряных мельниц к середине века закончилась.

       Современная теория и инженерные  расчеты ВЭУ в России были  заложены основателем аэрогидродинамического  института (ЦАГИ) Н.Е. Жуковским. В 1931 г. в Крыму по проекту ЦАГИ была сооружена крупнейшая в то время в мире отечественная ВЭУ «Д-30» мощностью 100 кВт с диаметром колеса 30 м, которая проработала до 1941 г. и была разрушена немцами. В послевоенное время на промышленной основе по разработкам ВЕТРОЭН и ВИЭСХ выпускались до 20 типов ВЭУ мощностью до 25 кВт, однако массового освоения они не получили из-за отсутствия технического обслуживания и неконкурентности с дешевым в то время жидким топливом («бензин дешевле газированной воды»).

       В 70-80 гг. в институте Гидропроект были осуществлены значительные по своему объему теоретические и инженерные разработки ВЭУ, в том числе и с ортогональным ротором, однако практических результатов достичь не удалось. Некоторые успехи в разработке ортогональных ветроагрегатов с вертикальной осью вращения достигнуты в НИСе Гидропроекта (впоследствии ОАО «НИИЭС»).

       В частности, была разработана  и опробована удачная система  аэродинамического торможения ротора  при ураганных ветрах и в  других аварийных ситуациях. Есть основание полагать, что благодаря этой системе будут решены проблемы надежности ортогональных ветроагрегатов с вертикальной осью вращения и они получат не менее широкое распространение, чем преобладающие в настоящее время ветроагрегаты осевого типа (пропеллерные и поворотнолопастные) с горизонтальной осью вращения.

       Предпосылками к этому служит  ряд преимуществ ортогональных  машин по сравнению с осевыми,  позволяющих добиться дальнейшего  улучшения экономических и экологических  показателей ветроагрегатов.

       В конце ХХ – начале ХХI века усилиями МКБ «Радуга» (Тушинский машиностроительный завод), ВНИИЭ, НПО «НЕТРАЭЛ», НПО «Южное» (Украина) были разработаны ВЭУ мощностью 1ё30 и 100ё1000 кВт.

       Построены Калмыцкая (22 МВт) и  Заполярная (2,5 МВт) ветроэлектростанции (ВЭС); проектируется еще более десятка ВЭС общей мощностью 150 МВт. Около Ростова-на-Дону работает ВЭс мощностью 300 кВт, в Калининграде эксплуатируется датская ВЭУ мощностью 600 кВт. К сожалению, из-за отсутствия государственной финансовой поддержки, разумной кооперации с зарубежными партнерами и общегосударственной программы развития, отечественная ветроэнергетика фактически находится в зачаточном состоянии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

10. Белорусский опыт развития малой  энергетики

 

     Надежное  и безопасное энергообеспечение является основополагающим условием жизнедеятельности и развития общества. Вместе с тем в последнее время мировое потребление энергии стало соизмеримым с запасами горючих ископаемых - базой современной энергетики, что грозит их скорым исчерпанием. Это заставляет обратиться к необходимости глубокого освоения и широкого использования альтернативных и, в первую очередь, возобновляемых источников энергии.

     Анализ  мирового опыта свидетельствует, что, хотя суммарный теоретический потенциал  возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на несколько порядков превышает современный уровень мирового потребления первичных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), однако при существующем уровне технологического развития и сложившейся в настоящий момент конъюнктуре на мировых энергетических рынках лишь весьма незначительная часть теоретического потенциала ВИЭ может быть эффективно использована. Такие очевидные преимущества установок, работающих на ВИЭ, как неисчерпаемость, отсутствие затрат на топливо и экологическая безопасность, пока не могут безоговорочно перевесить хорошо технически отработанные и более дешевые методы получения энергии на базе органического топлива.

     Вместе  с тем для РБ как государства, экономика которого базируется преимущественно  на импорте энергоресурсов, эффективность использования или замены последних является одним из определяющих факторов производства конкурентоспособной продукции и, в конечном итоге, благосостояния общества.