Возобнобляевыемые источники энергии

Возобновляемые  Топливно-энергетические ресурсы.

Энергетические  ресурсы являются частью. Всей совокупности природных ресурсов и подразделяются на восполняемые и невосполняемые.

К восполняемым ТЭР относятся источники энергии, потоки которых постоянно существуют или периодически возникают в окружающей среде и не являются следствием целенаправленной деятельности человека.

   К   ним относят:

- энергию  Солнца;

- энергию  мирового океана в виде энергии  приливов и отливов, энергии  волн;

- энергию  рек, ветра, морских течений,  морских водорослей, твердых бытовых  отходов, геотермальных источников  и др.

   Недостатком возобновляемых источников энергии является низкая степень  концентрации, поэтому их эффективно использовать непосредственно вблизи потребителя. 

   Собственными традиционными энергоресурсами наша республика обеспечена менее чем на 20 %. Поэтому одной из стратегических задач развития экономики Беларуси является сокращение импорта энергоносителей. Решение этой задачи возможно посредством активизации применения в сельскохозяйственном производстве страны альтернативных источников энергии и местных видов топлива. Освоение и эффективное использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии имеет принципиальное значение, поскольку в ближайшей перспективе именно они представляют реальный потенциал местных топливно-энергетических ресурсов, которые могут быть рационально вовлечены в экономику страны и способствовать повышению энергобезопасности республики.

  По терминологии, принятой в ООН, к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии (НВИЭ) относятся гидроэнергия, солнечная, геотермальная, энергия ветра, энергия приливов и отливов, волн, термальный градиент моря, энергия преобразования биомассы, энергия, получаемая в результате сжигания топливной древесины, древесного угля, торфа.

  В мировой практике использованию возобновляемых источников энергии уделяется большое внимание. Во многих странах существуют национальные программы по развитию возобновляемой энергетики (в частности, в Нидерландах — стране, во многом схожей с Республикой Беларусь, но без энергетических проблем). Более 20 стран (Германия, Франция, Швеция, Нидерланды и др.) образовали Международное общество солнечной энергии. Доля возобновляемой энергетики в потреблении энергии в странах ЕЭС должна возрасти с 6,0 % в 2000 г. до 22,1 %, включая гидроэнергетику, к 2010 г. Прогноз мирового производства энергии от возобновляемых источников энергии на 2040 г. составит 82,0 % от прогнозируемого мирового потребления электроэнергии.

  Потенциал использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Беларуси составил в 2003 г. 1,6 % валового потребления, в 2012 г. предполагается, что ВИЭ составят 2,9 % валового потребления энергии. Анализ использования ВИЭ в республике на данном этапе указывает на неудовлетворительные результаты освоения их энергетического потенциала.

   Начиная с 80-х гг. прошлого столетия РНИУП «Институт механизации сельского хозяйства НАН Беларуси» (в настоящее время РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»), придавая большое значение использованию возобновляемых источников энергии, провел большую работу, которая позволила оценить возможность использования солнечной, ветровой энергии, биоэнергии, естественного холода и других видов нетрадиционной возобновляемой энергии. В результате исследований было установлено, что в географических широтах Беларуси необходимо и целесообразно использование солнечной энергии.

  По метеорологическим данным, в Республике Беларусь в среднем 150 дней в году пасмурных, 185 — с переменной облачностью и 30 — ясных, а среднегодовое поступление солнечной энергии на земную поверхность с учетом ночей и облачности составляет 2,8 кВт*ч/м2 в сутки. На основании данных Белорусского комитета по гидрометеорологии, приход солнечного излучения с апреля по сентябрь составляет 65—75 % годовой суммы, а среднемесячная продолжительность солнечного сияния составляет 240 ч при поступлении на 1 м2 поверхности земли 150 кВт*ч энергии с наиболее вероятной интенсивностью 0,45 кВт/м2, т. е. среднее поступление солнечной энергии с апреля по сентябрь составляет 5 кВт*ч/м2 в сутки. Особенно перспективным является использование солнечной энергии в этот период с апреля по сентябрь в технологиях сушки растительных материалов и технологических процессах подогрева воды на бытовые и производственные нужды.

  В РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» созданы гелиовоздухоподогреватели ГПВ-240, которые прошли государственные приемочные испытания, рекомендованы к производству и позволяют при досушивании сена активным вентилированием увеличить производительность технологического процесса в 2 раза и заготовить сено с содержанием кормовых единиц на 15 % больше, чем в сене, вентилируемом неподогретым воздухом. При этом расход электроэнергии снижается на 45 %, что при объеме досушивания сена в республике около 600 тыс. т позволит ежегодно экономить около 27 млн кВт*ч. Эти гелиовоздухонагреватели могут использоваться в технологиях сушки семенного зерна, пряно-ароматических растений и для подогрева теплоносителя при комплексном воспроизведении и подращивании молоди рыб в рыбхозах Республики Беларусь. Практическое применение гелиовоздухоподогревателей в ряде хозяйств подтвердило их высокую эффективность.

  Разработаны гелиосистемы для нагрева воды для горячего водоснабжения молочно-товарных ферм ГВП-20, ГВП-10, для объектов коммунального бытового назначения ГВП-30, ГДУ-20, ГВК-3, ГДМ-2,4, Гелекс-150, которые прошли государственные приемочные испытания и рекомендованы к производству.

  В настоящее время на отопление и горячее водоснабжение животноводческих ферм и комплексов, производственных зданий в сельском хозяйстве требуется около 600 тыс. т у. т. До 25 % годовой потребности в тепловой энергии может обеспечить внедрение 1,5 млн м2 гелиоколлекторов, разработанных в РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства».

  В Беларуси существующие индивидуальные дома имеют теплопотребление более 250 кВт ч/м2. Если проектирование и строительство зданий проводить с учетом энергетического потенциала климата, условий для саморегулирования теплового режима зданий и использования накопленного тепла от солнечной энергии, то расход энергии по теплоснабжению можно сократить на 30—40 %. Строительство зданий на принципе «солнечной архитектуры» позволит снизить величину годового теплопотребления при увеличении капиталовложений в строительстве на 5—6 % на 75—100 кВт*ч/м2. Такие дома строятся и эксплуатируются в Швеции, Финляндии, Германии. Проекты подобных домов имеются и в Беларуси.

  В настоящее время для этих гелиосистем ведется освоение производства новых энергоэффективных металлических с композиционными светопоглощающими покрытиями гелиоколлекторов, имеющих в 1,5—2,0 раза увеличенный срок службы, в сравнении с лучшими зарубежными аналогами, что позволяет на качественно новом уровне осуществлять оснащение сельскохозяйственных подворий агрогородков солнечными водонагревательными установками.

  При годовых приходах солнечной энергии в 1 100—1 200 кВт*ч/м2, что характерно для географических условий Беларуси, каждый 1 м2 активной площади гелиоколлектора только за апрель — сентябрь позволяет экономить 270—400 кВт*ч электроэнергии. Оснащение гелиоводонагревательным оборудованием усадебных домов 1 480 планируемых по республике агрогородков требует изготовления около 1 млн м2 гелиоколлекторов. Таким образом расширятся возможности использования солнечной энергии для удовлетворения бытовых нужд населения, что позволит улучшить быт и здоровье людей, увеличить потребление энергии на бытовые нужды. Внедрение 1 млн м2 гелиоколлекторов для домов усадебного типа позволит дополнительно получить около 100 тыс. т у. т. для удовлетворения бытовых потребностей населения.

   Солнечная энергия может быть использована и для производства электрической энергии. В настоящее время за рубежом и в Беларуси создаются гелиоустановки, позволяющие снимать 100 Вт с 1 м2 поверхности, освещенной солнцем.

   Широкое распространение солнечной электроэнергетики сдерживается высокой стоимостью как самих фотоэлементов, так и фотоэлектрических систем (включая аккумуляторы, преобразователи). В настоящее время удельная стоимость фотоэлементов составляет 3—6 долларов США/Вт, а систем, в зависимости от мощности: для работы на сеть — 5—20 долларов США/Вт, для автономного электроснабжения — 8—40 долларов США/Вт. В последнее время созданы системы с предполагаемым ресурсом работы до 30 лет и сроком окупаемости: для подключенных к сети при среднегодовом потоке солнечной энергии 1 500 кВт*ч/м2 — от 4 до 9 лет и для автономных при 2 000 кВт*ч/м2 — от 7 до 10 лет.

  В Беларуси фирма «Электрет» занимается созданием производства солнечных фотоэлементов и изделий с их применением. Построен и работает цех по выпуску элементов мощностью 250 кВт в год. Достигнут КПД элементов в батареях 13—15 %. Себестоимость элементов — на уровне 3,5 доллара США/Вт.

   Завод «Измеритель» (г. Новополоцк) выпускает базовые солнечные модули мощностью 50 Вт для автономных источников энергоснабжения.

   Солнечные элементы используются для изготовления источников питания радиоаппаратуры, электропастухов, для освещения передвижных доильных установок, зарядки аккумуляторных батарей питания устройств связи.

  Весьма перспективным источником возобновляемой энергии для Беларуси является естественный холод. По данным Гидрометцентра Республики Беларусь, не менее 150 дней в году среднесуточная температура воздуха не превышает плюс 4 °С. При наличии оборудования, способного аккумулировать холод атмосферного воздуха и направлять его для охлаждения, появляется возможность в течение приблизительно половины года использовать «даровой» холод. Применение оборудования, использующего естественный холод в течение зимнего сезона для охлаждения молока, мяса, другой продукции, позволит экономить 160—180 млн кВт*ч электроэнергии в год. Разработанная в РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» установка охлаждения естественным холодом молока для молочно-товарной фермы на 200 голов ОМС-12, которая прошла государственные приемочные испытания и рекомендована к производству, за период с октября по апрель может экономить 7—12 тыс кВт*ч энергии и обеспечивает продление ресурса работы холодильного оборудования на 60—80 %.

   Министерством топлива и энергетики Республики Беларусь в декабре 1996 г. была принята Программа проектирования, реконструкции и нового строительства малых ГЭС в системе Минтопэнерго (в настоящее время концерна «Белэнерго»). Программой предусмотрено восстановить и построить в 1997—2010 г. 29 ГЭС мощностью 6 860 кВт. Эта программа позволит лишь удвоить мощность существующих малых гидроэлектростанций в республике, но не позволит повысить уровень использования этого возобновляемого источника энергии. Более существенным шагом могло бы стать строительство каскадов ГЭС на самых крупных реках Беларуси — Западной Двине и Немане.

   В бассейнах рек Неман и Западная Двина, исходя из экономической и экологической целесообразности, возможно строительство 35 ГЭС суммарной мощностью 260 МВт, что позволит увеличить долю ГЭС в общем потреблении электроэнергетики до 1 %.

  Исследованы возможности использования потенциала ветроэнергетики в республике. Следует отметить, что ветродвигатели небольшой мощности эксплуатировались в Беларуси в 50—60-е гг. ХХ в. Академик М. Е. Мацепуро в своих трудах указывал, что еще в начале ХХ в. ветряные мельницы перерабатывали половину урожая зерна, но затем были вытеснены оборудованием с приводом от электромоторов или двигателей внутреннего сгорания.

  Республика Беларусь относится к континентальным и сугубо равнинным странам. Среднегодовое значение скорости ветра в целом по республике не превышает 4,1 м/с. Институтом «Белагросетьпроект» и другими организациями проведен анализ так называемых «ветровых коридоров» в республике. В результате этих исследований выявлено, что в Беларуси существует 1 840 отдельных площадок на высоте 200—350 м над уровнем моря, где расчетная скорость ветра изменяется от 10 до 12 м/с, а среднегодовая составляет 6,0—7,5 м/с. На этих площадках могут быть построены традиционные ветроустановки единичной мощностью от 360 до 550 кВт. Использование только зон с повышенной активностью ветра гарантирует выработку энергии ветроустановками до 6,5—7,5 млрд кВт×ч с замещением органического топлива в объеме 1,9—2,0 млн т у. т. Такая выработка может быть достигнута при использовании 4 700 ветроэнергоустановок единичной мощностью 500 кВт. Ветроэнергетические установки такой мощности проектируются на номинальную скорость ветра 12—15 м/с.

  В республике уже имеется положительный опыт использования зарубежной ветротехники. Опыт эксплуатации ветроэнергетических установок мощностью 270 кВт фирмы «Нордекс» и мощностью 600 кВт фирмы «Якобс», установленных в поселке Дружная Мядельского района (район озера Нарочь), подтверждает эффективность работы лопастных ВЭУ в условиях Республики Беларусь.

  В РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» ведутся работы по внедрению на животноводческих комплексах зарубежных технологий и оборудования по переработке органических отходов и получению биогаза, а также разрабатываются типовые модули биогазовых установок мощностного ряда 125, 500 и 2 000 кВт с повышенным выходом биогаза. В сравнении с аналогами, эффективность предлагаемых типовых моделей характеризуется более высокими значениями выхода биогаза.

  Стоки животноводческих и птицеводческих хозяйств экологически опасны. При переработке стоков наименее энергозатратной из существующих технологий является анаэробная. Анаэробно сброженные стоки экологически безопасны и являются ценными органическими удобрениями. При этом вырабатывается 60—70 % метана, одновременно сложные химические соединения разлагаются до простых, легко усваиваемых растениями, исчезает неприятный запах. Таким образом, анаэробная технология решает следующие проблемы: агрохимическую, экологическую, энергетическую, социальную. Общее количество стоков достигает 14,7 млн т в год, в т. ч. стоков крупных свиноводческих комплексов — 4,1 млн т в год. Анаэробная переработка всех стоков обеспечивает выход биогаза в объеме 450 млн м3 в год с энергетическим эквивалентом (при содержании 65 % метана в биогазе), составляющим 380 тыс. т у. т. в год.