Реферат: Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
Вместе с тем в последние годы
для всей территории России проведено тщательное исследование прихода солнечной
энергии на поверхности, тем или иным образом ориентированные в пространстве, и
показано, что практически для всех регионов страны, включая высокие широты,
применение СВУ в течение 3-6 месяцев в году экономически оправдано.
В эти же годы рядом промышленных
предприятий разработаны новые типы солнечных коллекторов, применение которых в
СВУ вместо импортных, делает эти установки экономически более привлекательными.
В связи с этим интерес к использованию СВУ в стране, особенно в южных регионах,
возрос (Ростовская область, Ставропольский и Краснодарский края, Дагестан,
Калмыкия, Бурятия). Хотя в летнее время даже в Сибири достаточно солнца, чтобы
использовать СВУ. Представляет также интерес использование солнечных коллекторов
в сочетании с тепловыми насосами (ТН) в том числе для отопления.
Для преобразования солнечной
энергии в электроэнергию могут быть использованы как термодинамические методы,
так и прямое преобразование с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).
Сегодня в США работают 7
электростанций общей мощностью 354 МВт (э), использующие параболоцилиндрические
концентраторы солнечной радиации и термодинамический метод преобразования. Известны
проекты сооружения подобных СЭС в ряде стран так называемого солнечного пояса (Мексика,
Египет и др.). Для России, с учетом характеристик солнечной радиации, подобные
СЭС сегодня не представляют сколько-нибудь значительного интереса.
Фотоэлектрические
преобразователи, напротив, находят все большее применение в самых разных
регионах. В отличие от СЭС с концентраторами, ФЭП используют не только прямое,
но и рассеянное излучение и не требуют дорогостоящих устройств для слежения за
солнцем.
Рынок ФЭП развивается весьма
динамично. Суммарная мощность установленных в мире ФЭП в 2002 году, превысила
500 МВт. Это обусловлено принятием в ряде стран национальных программ,
предусматривающих широкое внедрение ФЭП ("100 тысяч солнечных крыш" в
Германии, "100 тысяч солнечных крыш" в Японии, "1 млн. солнечных
крыш" в США). Быстрыми темпами растет и производство ФЭП, достигшее 1 ГВт
в год. Япония и Германия прогнозируют в ближайшие годы выход на годовые объемы
производства до 500 МВт каждая. Массовое производство ФЭП ведет к их
удешевлению. Сегодня модули ФЭП на мировом рынке стоят около 4 долл. за пиковый
ватт, что при удовлетворительной инсоляции приводит к стоимости электроэнергии
в 15-20 цент/кВтч. Особенно велик рынок ФЭП в развивающихся странах. Установки
сравнительно небольшой мощности в единицы кВт представляют сегодня практически
единственную возможность приобщить сельское население этих стран к современной
цивилизации.
Сегодня на мировом рынке
присутствуют тысячи фирм, создающих различные установки с ФЭП, но только
десятки фирм, в том числе в России умеют делать солнечные элементы. Начиная с
середины 90х годов, в России инициированы работы по совершенствованию ФЭП и
развертывание их опытно-промышленного производства. Была разработана технология
изготовления ФЭП и внедрена в производство на фирме "Солнечный Ветер"
(г. Краснодар) и ОКБ "Красное знамя" (г. Рязань). Это позволило выйти
на мировой рынок и увеличить поставки ФЭП за рубеж. Так, например, фирма "Солнечный
Ветер" поставляет свою продукцию в более чем 10 стран. За 1996-2001гг
объем продаж увеличился в десять раз (с 60 до 600 кВт/год), а в 2002 году
превысил 1 МВт.
Однако, несмотря на
положительные тенденции мирового рынка, высокая стоимость, электроэнергии от
ФЭП сдерживает их более широкое применение. Эта высокая стоимость обусловлена
как дороговизной основного материала (как правило, кремния высокой чистоты),
так и дороговизной технологического процесса. Поэтому в мире и в России ведутся
интенсивные исследования и разработки, направленные на удешевление ФЭП. Одним
из перспективных направлений является создание высокоэффективных ФЭП с
концентраторами солнечного излучения. Наиболее интенсивно исследования в этой
области проводятся в США и России. КПД разработанных в США солнечных элементов
(СЭ) на основе монокристаллического кремния достигает 20-25% при концентрации в
10-100 солнц и рабочей температуре 25оС. При большей концентрации эти СЭ
требуют принудительного охлаждения, ибо их кпд существенно снижается с ростом
температуры (на 1/3 при повышении температуры на 100оС). Для работы
при концентрации в 300-1000 солнц более перспективны СЭ на основе системы
арсенид галлия - арсенид алюминия, впервые разработанной в ФТИ им. А.Ф. Иоффе. Значения
КПД каскадных СЭ на основе GaAs, достигнутые в США и России (ФТИ им. А.Ф. Иоффе),
составляют около 30% при концентрации в 500-1000 солнц и при реальных рабочих
температурах 60-80оС. Поэтому, несмотря на более высокую стоимость
арсенида галлия, цены на энергоустановки с концентрацией по оценкам окажутся
приблизительно в 2 раза ниже плоских кремниевых.
Энергия
биомассы.
Вклад биомассы в мировой
энергетический баланс составляет около 12%, хотя значительная доля биомассы,
используемой для энергетических нужд, не является коммерческим продуктом и, как
результат, не учитывается официальной статистикой. В странах Европейского
Союза, в среднем, вклад биомассы в энергетический баланс составляет около 3%,
но с широкими вариациями: в Австрии - 12%, в Швеции - 18%, в Финляндии - 23%.
Первичной биомассой являются
растения, произрастающие на суше и в воде. Биомасса образуется в результате
фотосинтеза, за счет которого солнечная энергия аккумулируется в растущей массе
растений. Энергетический кпд собственно фотосинтеза составляет около 5%. В
зависимости от рода растений и климатической зоны произрастания это приводит к
различной продуктивности в расчете на единицу площади, занятой растениями. Для
северных зрелых, медленно растущих лесов продуктивность составляет 1 т прироста
древесины в год на 1 га. Для сравнения урожай кукурузы (вся зеленая масса) в
штате Айова, США в 1999 г. составил около 50 т/га.
Для энергетических целей
первичная биомасса используется в основном как топливо, замещающее традиционное
ископаемое топливо. Причем речь, как правило, идет об отходах лесной и
деревоперерабатывающей промышленности, а также об отходах полеводства (солома,
сено). Теплотворность сухой древесины достаточно высока, составляя в среднем 20
ГДж/т. Несколько ниже теплотворность соломы, например, для пшеничной соломы она
составляет около 17,4 ГДж/т. В то же время большое значение имеет удельный
объем топлива, который определяет размеры соответствующего оборудования и
технологию сжигания. В этом отношении древесина значительно уступает, например,
углю. Для угля удельный объем составляет около 30 дм3/ГДж, тогда как для щепы,
в зависимости от породы дерева, этот показатель лежит в пределах 250 - 350
дм3/ГДж; для соломы удельный объем еще больше, достигая 1 м3/ГДж. Поэтому
сжигание биомассы требует либо ее предварительной подготовки, либо специальных
топочных устройств. В частности, в ряде стран распространение получил способ
уплотнения древесных отходов с превращением их в брикеты или, так называемые,
пелетки. Оба способа позволяют получить топливо с удельным объемом около 50
дм3/ГДж, что вполне приемлемо для обычного слоевого сжигания. Например, в США
годовое производство пелеток составляет около 0,7 млн. т, а их рыночная цена - около
6 долл. /ГДж при теплотворности около 17 ГДж/т.
В России использование отходов
лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности для
коммерческого производства электроэнергии и тепла пока достаточно ограничено. По
данным Госкомстата в 2001 г. в стране имелось 27 малых ТЭЦ с общей
установленной мощностью 1,4 ГВт, использовавших биомассу совместно с
традиционными топливами (мазут, уголь, газ). При этом собственно на биомассе
выработано 2,2 млрд. кВтч электроэнергии и 9,7 млн. Гкал тепла из общей
выработки 5,5 млрд. кВтч и 24 млн. Гкал (т.е. около 40% от общей выработки).
Наряду с первичной растительной
биомассой значительный энергетический потенциал содержится в отходах
животноводства, твердых бытовых отходах и отходах различных отраслей
промышленности. Использование этого потенциала возможно термохимическими или
биохимическими методами. В первом случае речь идет в основном о твердых бытовых
отходах, которые либо сжигаются, либо газифицируются на мусороперерабатывающих
фабриках. Во втором случае сырьем является навоз или жидкие бытовые стоки,
которые перерабатываются в биогаз.
В России ежегодно образуется
около 60 млн. т твердых бытовых отходов (ТБО); количество отходов
животноводства и птицеводства составляет около 130 млн. т/год, а осадков
сточных вод 10 млн. т/год. Энергетический потенциал этих отходов составляет 190
млн. т у. т. Этот потенциал используется пока совершенно недостаточно. Имеются
единичные опытные установки по переработке ТБО, эксплуатационные характеристики
которых нельзя признать удовлетворительными для широкого промышленного
использования. В этом направлении предстоит еще большая работа.
Серьезные успехи были достигнуты
в области переработки жидких городских стоков. Уже с 50-х годов прошлого века
на Курьяновской и Люберецкой станциях г. Москвы производилась очистка городских
стоков и работали мощные биогазогенераторы - метантенки. Этот радикальный метод
переработки активного ила и осадков сточных вод был затем реализован на
станциях очистки Новосибирска, Сочи и других городов России.
В основе биохимической
переработки отходов животноводства и птицеводства лежит анаэробное сбраживание.
В результате этого процесса органическая масса отходов определенными штаммами
бактерий превращается в биогаз. Обычный состав биогаза: до 70% метана и 30%
диоксида углерода.
В настоящее время в России
разработкой, созданием, производством опытных серий оборудования, установок в
целом, реализующих высокорентабельные биогазовые технологии, занимается ЗАО
Центр "ЭкоРос". Этот Центр разработал и выпускает опытными сериями
индивидуальные биогазовые установки ИБГУ-1 для хозяйств, имеющих до 5-6 голов
крупного рогатого скота. За 10 лет Центр произвел и реализовал 86 комплектов
ИБГУ-1: из них - 79 в России, 4 - в Казахстане, 3 - в Белоруссии. С 1997 года
по документации ЗАО Центр "ЭкоРос" освоено производство таких
установок в Китае в г. Ухань на совместном китайско-российском предприятии.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6 |