Использование возобновляемых источников энергии в России

Министерство сельского  хозяйства

Федеральное государственное  бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального  образования

Красноярский государственный  аграрный университет

 

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ  АПК

                                                 Кафедра Системоэнергетики

 

 

Р Е Ф Е  Р А Т

на тему:  Использование возобновляемых источников энергии в России.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                      Выполнил студент: …

 Проверил к.т.н.,доцент  кафедры

 Системоэнергетики 

 

 

                                                             Красноярск 2012 

                                        Содержание

1. Энергия ветра (ветровая энергетика) стр 1-4
2. Малая гидроэнергетика стр 4-7

    3) Энергия солнца. Возможности использования в России и на Урале стр 7-15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          Энергия ветра (ветровая энергетика)

 

Различные виды АИЭ находятся на разных стадиях  освоения. Наибольшее применение получил самый изменчивый и непостоянный вид энергии - ветер. Но ветер - это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала "месторождения" ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда "размазана" по огромным территориям. Основные параметры ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее "надежным”, чем Солнце.

Суммарная мощность крупных ветровых энергетических установок  и ветровых энергетических станций  в мире, по разным оценкам, составляет от 10 до 20 ГВт. Помимо роста суммарной мощности ветряных установок, растет и их единичная мощность, превысившая 1 МВт. По прогнозам аналитиков, энергетика ветра в ближайшее время по-прежнему будет занимать первое место среди АИЭ. На данный момент США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия - мировые лидеры по применению энергии ветра. По экспертным оценкам валовой потенциал ветроэнергетики в России составляет 26*10⁶ т. у. т. /год, а экономический - 12,5*10⁶ т. у. т. /год. Сейчас в России рядом производителей выпускаются в основном малые ветроустановки мощностью 500 Вт - 16 кВт как для водоподъема, так и производства электроэнергии. Разработаны ВЭУ мощностью 100 и 250 кВт, несколько таких установок эксплуатируется в северных регионах страны.

Различные зоны страны имеют ветровые режимы, сильно отличающиеся один от другого. Значение среднегодовой скорости ветра в  данном районе дает возможность приближенно  судить о целесообразности

 

1

использования ветродвигателя и об эффективности  агрегата. Карта ветроэнергетических ресурсов России представлена на рисунке 10.

Считается, что  сооружение ветровой установки мощностью  до 5-6 кВт экономически оправдано  при скорости ветра, превышающей 3,5-4,0 м/с. Для больших установок требуется  скорость ветра 5,5-6,0 м/с.

По зарубежным данным для сооружения ветровой энергетической установки мощностью в несколько  мегаватт предпочтительны районы со среднегодовой скоростью ветра 8 м/с на высоте размещения ветроколеса. Большинство областей европейской  части России относятся к зоне средней интенсивности ветра. В этих районах среднегодовая скорость ветра составляет от 3,5 до 6 м/сек. К этой же зоне относится часть территории, лежащая юго-восточнее озера Байкал.

 

Рисунок 10. Карта  ветроэнергетических ресурсов России.

 

Цифрами обозначены зоны со среднегодовыми скоростями ветра:

1 - выше 6 м/сек; 2 - от 3,5 до 6 м/сек; 3 - до 3,5 м/сек.

Третья зона занимает обширную территорию Восточной  Сибири и Дальнего Востока, некоторых  областей европейской части России. В этой зоне скорости ветра относительно невелики - до 3,5 м/с, и широкое применение здесь ветроэнергетических установок не рекомендуется.

В отдельных  районах России скорости ветра достигают 8 м/с и более. В то же время в  районах восточнее реки Енисея до побережья Охотского моря

2

преобладают ветры  слабой интенсивности - от 1,5 до 3,5 м/с; только на самом побережье она повышается.

Отсюда можно  выявить определенную закономерность - высокие скорости ветра характерны для морских побережий и горных перевалов. Западногерманские специалисты, изучавшие возможность создания системы мощных ветровых электростанций в Германии, сообщают о том, что скорости ветра на Балтийском побережье Германии находятся в интервале 6-7,5 м/с, во внутренних же районах эти значения меньше. Одновременно они приводят данные о периоде затишья. Оказалось, что периоды затишья (штиля) наблюдаются, как правило, летом, на морском побережье Германии продолжительностью 7-10 ч, во внутренних районах страны - 16-30 ч максимально до 130 ч.

Необходимо  иметь в виду, что даже к одному работающему ветряку близко подходить не желательно, и притом с любой стороны, так как при изменениях направления ветра направление оси ротора тоже изменяется. Для размещения же сотен, тысяч и тем более миллионов ветряков потребовались бы обширные площади в сотни тысяч гектаров. Дело в том, что ветроагрегаты близко друг к другу ставить нельзя, так как они могут создавать взаимные помехи в работе, "отнимая ветер" один от другого. А на занимаемой ветроагрегатами площади уже ничего другого делать будет нельзя. Работающие ветродвигатели создают значительный шум, и что особенно плохо - генерируют неслышимые ухом, но вредно действующие на людей инфразвуковые колебания с частотами ниже 16 Гц. Кроме этого, ветряки распугивают птиц и зверей, нарушая их естественный образ жизни, а при большом их скоплении на одной площадке - могут существенно исказить естественное движение воздушных потоков с непредсказуемыми последствиями. Отсюда следует, что при строительстве ветряных электростанций, нужно брать во внимание не только скорость ветра в данном районе, но и наличие населенных пунктов и лесов поблизости.

3

Использование ветряных электростанций в России имеет  массу преимуществ при установке  их в районах, не обеспеченных централизованным энергоснабжением и использующих дорогое привозное топливо. В этих случаях использование энергии ветра имеет также большое социальное значение, увеличивая надежность энергоснабжения.

 

Малая гидроэнергетика

К малым ГЭС  условно относят гидроэнергетические  агрегаты мощностью от 100 кВт до 10 МВт. Меньшие агрегаты относятся к категории микро-ГЭС. Суммарная мощность в 2008 году малых ГЭС в мире превышала 85 ГВт.

В последние  годы малая гидроэнергетика занимает одно из ведущих мест в электроэнергетике  многих стран мира. В некоторых странах суммарная мощность микро-ГЭС превышает 1 млн. кВт (Италия, Франция, Испания, Швеция, Канада, США). Их используют как локальные экологически чистые источники энергии, за счет которых экономятся традиционные виды топлива, уменьшая выброс углекислого газа в атмосферу. Лидирующие позиции в развитии малой гидроэнергетики занимает Китай, если в 2000 году в этой стране совокупная мощность малых ГЭС составляла около 25 ГВт, то к началу 2010 года работало 45 тыс. малых ГЭС общей мощностью более 55 ГВт, обеспечивающих значительную часть потребностей в электроэнергии сельского населения страны.

В России работает несколько десятков малых гидроэлектростанций  общей мощностью порядка 250 МВт. Многие из них были введены в строй  более 50 лет назад и нуждаются  в реконструкции. А в 50-е годы прошлого столетия, в России функционировало более 6 тысяч микро-ГЭС, но, в итоге более устойчивое положение в энергетике страны заняло крупное гидроэнергостроительство, а малые гидроэлектростанции со временем отошли на второй план. В наши дни интерес к малым ГЭС возрос. Независимо от того, что крупные ГЭС являются экономически более

4

выгодными, у  малых гидроэлектростанций есть свои плюсы. Во-первых, строительство малых ГЭС менее затратно и может быть организовано за счет частных предприятий и фермерских хозяйств. Немаловажным фактом является то, что малые ГЭС зачастую не требуют сложных технических элементов, таких как большие водохранилища, являющиеся причиной затопления больших площадей на равнинных реках. Современные малые гидроэлектростанции полностью автоматизированы. А их высокая надежность и полный ресурс не менее 40 лет только доказывают необходимость их использования.  Технически возможный потенциал малой гидроэнергетики в России составляет примерно 41 ГВт мощности и 372 млрд кВтч ежегодной выработки. Экономически эффективный к использованию потенциал точно не определен, ориентировочно он составляет порядка 55% от технического. А по другим данным сегодняшними доступными средствами на малых ГЭС в России можно производить около 500 млрд. кВт*ч электроэнергии в год.

 

Рисунок 11. Потенциал  и интенсивность использования  гидроэнергетики в России.

5

По сравнению  с огромным потенциалом малой  гидроэнергетики в России, использование  малых ГЭС пока что слишком  мало. Часть регионов с высоким потенциалом не задействованы в получении энергии с помощью малой гидроэнергетики вовсе.

Большая часть  гидроэнергетического потенциала малых  рек сосредоточена в Сибири и  на Дальнем Востоке. В Европейской  части России большие возможности  для создания малых ГЭС существуют на Северном Кавказе, Урале, в Карелии и Мурманской области.

В 2006-2007 годах  в Дагестане были введены в  эксплуатацию пять малых ГЭС мощностью 0,6-1,4 МВт. В 2008-2009 годах полностью  на средства частного инвестора была построена Фаснальская ГЭС мощностью 6,4 МВт в Северной Осетии, являющаяся частью планируемого каскада из 17 малых ГЭС общей мощностью 240 МВт в бассейне реки Урух.

В 2006-2009 годах  две малых ГЭС мощностью 1,2 и 0,5 МВт были сооружены на выпускных  коллекторах очистных сооружений Ульяновска. Реализуются и проекты по восстановлению малых ГЭС (в Карелии и Ленинградской области). В 2009 году ОАО "РусГидро" ввело в эксплуатацию Эшкаконскую малую ГЭС в Карачаево-Черкесии мощностью 0,6 МВт. В настоящий момент "РусГидро" реализует пилотную программу малых ГЭС, ведется исследование новых створов под строительство, воплощаются проекты строительства: Фиагдонской МГЭС в Северной Осетии, Зарагижской и Верхнебалкарской - в Кабардино-Балкарии, "Чибит" - в Республике Алтай, "Большой Зеленчук" - в Карачаево-Черкесии.

Перспективна  установка малых ГЭС на плотинах большого количества водохранилищ, созданных  в интересах водоснабжения, ирригации, водного транспорта, рекреации, на ирригационных  каналах, системах водоснабжения и  канализации. Сегодня их можно реконструировать и технически перевооружить. Целесообразно использовать в энергетических целях

существующие  малые водохранилища, которых в  России более 1000. Кроме 

6

того, возможно восстановление сотен малых ГЭС, ранее выведенных из эксплуатации, но сохранивших полностью или частично основные сооружения. Из всех ВИЭ малые ГЭС наиболее конкурентоспособны (за исключением обычных ГЭС). Тем не менее в сложившихся в России условиях в большинстве случаев они экономически менее привлекательны по сравнению с традиционными электростанциями. С помощью малых ГЭС можно провести электроэнергию в отдаленные населенные пункты России при сравнительно низкой стоимости установленного киловатта и коротком инвестиционном.

Для успешного  развития малой гидроэнергетики необходимы меры по ее государственной поддержке, декларированные законом "Об электроэнергетике" и другими документами, но не реализованные на уровне подзаконных актов. Также требуется упростить административные процедуры получения разрешений на строительство малых ГЭС, отвода под них земель, подключения их к энергосистеме.

 

Энергия солнца. Возможности использования в  России и на Урале

    С момента появления на земле человек начал использовать энергию солнца. По археологическим данным известно, что для жилья предпочтение отдавали тихим, закрытым от холодных ветров и открытых солнечным лучам местам. Вокруг светила создавались мифы, его обожествляли. В Древнем Египте верховным божеством считался Ра — бог Солнца. Пожалуй, первой известной гелиосистемой можно считать статую Аменхотепа III, относящуюся к XV веку до н.э. Внутри статуи располагалась система воздушных и водяных камер, которые под солнечными лучами приводили в движение спрятанный музыкальный инструмент. В Древней Греции поклонялись Гелиосу. Имя этого бога сегодня легло в основу многих

7

терминов, связанных с  солнечной энергетикой. У древних  славян особо почитался Даждьбог — солнце, источник тепла и света. У древних инков были загадочные сооружения, по которым сегодня мы можем предложить версию, что они могли использоваться как гелиоколлекторы. Солярная символика являлась оберегом для человека и его жилища (см. рисунок). Такие изображения и сегодня можно встретить в орнаментах традиционного жилища. Понятные нам теперь солнечные затмения в древности воспринимались простыми людьми как катастрофы. Вокруг этого явления складывались легенды. Появление огня, поддерживающего свою жизнь древесиной и согревающего человека, не изменило такую привязанность. А что такое древесина? Это практически та же солнечная энергия, аккумулированная с помощью фотосинтеза. А газ, уголь, нефть? Это также результат деятельности солнца.

Как видно, такой природный  и поистине бесценный источник, как  солнечная радиация, был всегда рядом  с человеком, его старались использовать, приручить стихию. С незапамятных времен пространственную структуру своего жилья человек организовывал с учетом ориентации на Солнце. Фактически то, что мы сейчас называем энергосберегающими строительными приемами, есть ничто иное, как попытка грамотного использования и сохранения тепла, дающего нашим светилом, в зданиях.

Еще в начале прошлого века человек с успехом пользовался  этим явлением. На рубеже XIX и XX веков  делались попытки создания различных технических устройств обуздания и использования энергии солнца.