Нетрадиционная энергетика – сущность, виды, перспективы развития в Республике Беларусь

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ИНСТИТУТ ИННОВАЦИОННЫХ  ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Производственные  технологии»

На тему:

Нетрадиционная энергетика – сущность, виды, перспективы развития в республике Беларусь

 

 

 

Проверил: профессор Пустовалов В.К.

Выполнила: слушатель группы 2020812

Турина Ю.А.

 

 

 

 

Минск 2008

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Использование  солнечной энергии в Республике  Беларусь

1.2 Тепловые  гелиоустановки

2. Биоэнергетика

2.1Общие сведения

2.2 Биомасса - аккумулятор солнечной энергии

2.3 Фотосинтез  на службе энергетики

2.4 Время и  место получать энергию из  когенерационных установок

3. Гидроэнергетика  в Беларусии

3.1Общие сведения

3.2 Описание  работы гидроэлектростанций

3.3 Гидроэлектростанции  и жизненная среда

4.Ветроэнергетика

4.1 Общие сведения

4.2 Классификация  и принцип действия ветроэлектрических  установок

4.3 Ветряные  мельницы на службе человека

4.4 Как хранить энергию ветра?

4.5 Перспективы  использования энергии ветра в агропромышленном комплексе Республики Беларусь

5.Сравнение  возобновляемых топливно-энергетических  ресурсов

Заключение

Приложение

Литература

 

Введение

 

Под нетрадиционными (альтернативными  или возобновляемыми) топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР) понимают энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, биомассы, сточных вод и твердых бытовых отходов. Энергообъекты, использующие альтернативные ТЭР для получения тепловой, механической и электрической энергии, называют альтернативными источниками энергии.

Основной  особенностью возобновляемых источников энергии является то, что воспроизводство  их энергетического потенциала происходит быстрее, чем расходование. Установки, работающие на возобновляемых источниках, оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем традиционные потоки энергии. Государственная программа Республики Беларусь на период до 2020 г. предусматривает использование нетрадиционных источников энергии в нарастающих масштабах. С учетом природных условий республики предпочтение отдается малым гидроэлектростанциям, ветро- и биоэнергетическим установкам, установкам для сжигания отходов растениеводства и бытовых отходов, гелиоводоподогревателям. В Государственной программе потенциал экономии традиционных (ископаемых) ТЭР за счет использования альтернативных источников энергии к 2020 г. оценивается примерно в 5 млн. т у. т. (более 15 % от всех ТЭР). В отличие от многих других мероприятий использование альтернативных ТЭР дает реальную, легко учитываемую экономию топлива и социальный эффект. Альтернативные источники энергии зачастую не требуют транспортирования, удобны для локального энергоснабжения небольших удаленных объектов, что особенно важно для агропромышленных комплексов (АПК). При выборе источников энергии следует иметь в виду их качество, оценивающееся долей энергии, которая может быть превращена в механическую работу. Возобновляемые источники энергии по их качеству условно делятся на три группы:

— источники механической энергии довольно высокого качества: около 30% - ветроустановки, 60% - гидроустановки, 75% - волновые и приливные станции;

— источники тепловой энергии с качеством не более 35% - прямое или рассеянное солнечное излучение, биотопливо;

— источники энергии, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления, имеют различное качество на разных частотах излучения; в среднем КПД (коэффициент полезного действия) фотопреобразователей составляет примерно 15%. Далее, характеризуя возможности различных возобновляемых энергетических ресурсов (ЭР), уделим особое внимание целесообразности их развития и использования в энергобалансе республики.

 

1. Использование солнечной энергии в Республике Беларусь

Для всей территории республики поступление  солнечной энергии составляет около 208∙10¹² кВт∙ч в год или 256∙10⁹ т у. т. при планируемом потреблении в 2020 г. всех видов ТЭР (топливно-энергетические ресурсы) 32,8∙10⁶ т у. т. Это в 7800 раз превышает потребность нашей республики в энергоресурсах и говорит о больших потенциальных возможностях гелиоэнергетики. На нашей планете за счет естественных процессов и производственно-хозяйственной деятельности человека происходит преобразование солнечной энергии в другие виды. Общая схема этих процессов приведена на рис. 1.

 

Рис.1. Преобразование солнечной энергии.

 

Способы утилизации солнечной энергии можно  разделить на три большие группы:

1)прямое преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую;

2)непрямое преобразование — использование энергии ветра, морских волн, океанских течений, температурного перепада океанов и т. д.;

3)биологическое преобразование — сжигание биомассы, газификация городских и сельскохозяйственных отходов и т. д.

Для территории Беларуси свойственна относительно малая интенсивность солнечной радиации и существенное изменение её в течение суток и года. В этой связи необходимо отчуждение значительных участков земли для сбора солнечного излучения, весьма большие материальные и трудовые затраты. По оценкам, для обеспечения потребностей Беларуси в электроэнергии при современном технологическом уровне требуемая площадь фотоэлектрического преобразования составляет 200-600 км², то есть 0,1 – 0,3 % площади республики. Появились предложения об использовании территории Чернобыльской зоны для строительства площадок солнечных и ветровых электростанций. Для нашей республики реально использование солнечной энергии для сушки кормов, семян, фруктов, овощей, подъёма и подогрева воды на технологические и бытовые нужды. В результате возможная экономия ТЭР оценивается всего в 5 тысяч тонн условного топлива в год (тыс. т у. т. / г.). В республике начат выпуск гелиоводонагревателей и уже накоплен некоторый опыт в их эксплуатации.

Тепловая  энергия

Механическая

энергия Электрическая энергия

Электрическая энергия

Тепловая  и электрическая

энергия Синтетическое

топливо

Тепловая  энергия

Биогаз

Мускульная  энергия

Электрическая энергия

Тепловая  и электрическая

энергия Синтетическое

топливо

Тепловая  энергия

Биогаз

Мускульная  энергия

1.2 Тепловые гелиоустановки

 

Наиболее  простым способом использования  солнечной энергии для бытовых  и промышленных нужд является ее преобразование в тепловую энергию. Тепловая гелиоустановка включает в себя:

— приемник, в котором происходит поглощение и преобразование солнечного излучения в тепловую энергию;

— передающее устройство с теплоносителем;

— теплоаккумулятор и другие элементы.

 В качестве приемника используют коллекторы различных типов и конструкций. В основе функционирования плоского коллектора лежит парниковый эффект. Плоские коллекторы предпочтительны при нагреве теплоносителя до температуры не выше 100 ^оС, а эффективность их работы зависит от светопропускающих и теплоизолирующих свойств покрытия, а также поглощающих свойств нагреваемого тела. Тепловая гелиоустановка с плоским коллектором для обеспечения более надежного теплоснабжения должна оборудоваться тепловым аккумулятором. Концентрирующие коллекторы используют в случаях, когда требуется получить температуру нагрева более 100 ^оС. Объемные коллекторы используют солнечное излучение для нагрева больших объемов воздуха, воды, почвы, строительных конструкций и других поглотителей тепла. Для объектов АПК использование тепловых гелиоустановок очень перспективно. Установка небольшой мощности с площадью коллектора до 10 м² способна обеспечивать горячей водой отдельно стоящий сельский дом с семьей 4 - 5 человек с апреля по октябрь. В отопительный период применение таких установок, а также объемных коллекторов, позволит существенно снизить затраты топлива для отопления здания.

 

2. Биоэнергетика

2.1Общие сведения

 

Биоэнергетика — это наука, изучающая механизмы  и закономерности преобразования энергии  в процессах жизнедеятельности организмов, энергетические процессы в биосфере. Биомасса — общая масса растений, микроорганизмов и животных, приходящаяся на единицу площади или объема их обитания. Численно она выражается в массе сырого или сухого вещества (кг/м²; кг/га; кг/м³ и т. д.). Биомассу растений называют фитомассой, животных организмов — зоомассой. В Государственной программе вопросам использования фитомассы, коммунальных отходов, отходов растениеводства, получения биогаза, топливного эталона и биодизельного топлива в качестве возобновляемых ТЭР уделяется серьезное внимание. Общий годовой объем использования в Республике Беларусь этих энергоресурсов к 2010 г. оценивается примерно в 113 тыс. т у. т., а потенциальный запас составляет более 3,7 млн. т у. т. Эти цифры не учитывают использование древесного топлива, отходов деревообработки и лигнина в качестве топлива, потенциальный запас которых оценивается примерно в 7,58 млн. т у. т. Годовое использование к 2010 г. этих видов энергоресурсов планируется в объеме около 3,1 млн. т у. т. [10].

 

Рис.2. Система биоэнергетики

2.2 Биомасса - аккумулятор солнечной энергии

 

В республике Беларусь разрабатываются идеи использования биомассы растений, выращиваемых специально для энергетических целей, или сельскохозяйственные отходы и отходы других производств, используемых в качестве источника энергии, особенно для производства жидких топлив, а также для выработки электроэнергии. В качестве биотоплива для обогрева, например, парников, давно используются соломинистый навоз, растительные остатки, торф, древесные опилки. Биомасса является важным источником для получения химических продуктов (глицерола, фурфурола, сорбитола, манитола). По мере увеличения стоимости нефтехимического сырья растет интерес к использованию в качестве сырья биомассы. В некоторых случаях спирт, полученный путем ферментации зерна, конкурирует с синтетическим спиртом, произведенным из этилена.

Системы производства и использования биомассы имеют следующие преимущества:

• способность к накоплению энергии для использования ее в любое удобное время;
• возобновляемость;
• опора на уже имеющуюся в наличии технологию при минимуме капитальных затрат;
• возможность их создания с помощью наличных ресурсов рабочей силы и материалов;
• умеренные цены;
• экологическая безвредность и безопасность;
• не увеличивается количество атмосферного углекислого газа.

Вместе  с тем эти системы имеют  и свои проблемы, а именно:

• конкуренция со стороны других вариантов использования земель;
• потребность в земельных площадях;
• неопределенность в отношении эксплуатационных показателей на начальной стадии;
• потребность в удобрениях, почве и воде.

Системы биомассы принесут существенные выгоды в области развития сельского и лесного хозяйств, улучшения структуры землепользования и разработки технологии биоэнергетики. Существуют различные энергетические способы переработки биомассы:

• биохимические (спиртовая ферментация, анаэробная или аэробная переработка, биофотолиз);
• термохимические (прямое сжигание, газификация, пиролиз);
• агрохимические (экстракция топлива).