Устройство ветроэлектрической установки Проектирование ветроэнергетических установок Развитие солнечной энергии в России Солнечные коллекторы и аккумуляторы теплоты Биоэнергетическая технология

Основные направления развития малой гидроэнергетики на ближайшие годы следующие:

строительство малых ГЭС при сооружаемых комплексных гидроузлах;

модернизация и восстановление ранее существовавших МГЭС;

сооружение МГЭС на существующих водохранилищах и малых реках, на имеющихся перепадах на каналах и трубопроводах подвода и отвода воды на объектах различного хозяйственного назначения.

В соответствии с проработками "Гидропроекта", выполненными в 1996 г., можно рассматривать в качестве первоочередных 42 МГЭС суммарной мощностью 490 МВт. В настоящее время разработаны проекты нескольких МГЭС, имеющих солидное экономическое обоснование. Главной задачей для их реализации является поиск и нахождение инвестиций.

Наиболее существенным препятствием для развития нетрадиционной электроэнергетики является ее неконкурентоспособность как следствие низкой эффективности производства электроэнергии на установках на НВИЭ. Отсюда – трудности привлечения инвестиций. Ориентация на традиционный путь бюджетного финансирования вряд ли перспективна. Требуется поиск нестандартных решений этой проблемы.

Помимо экономических, существуют и технические ограничения. Так, при подключении к энергосистеме нетрадиционных электростанций с нерегулируемой мощностью (ВЭС, СЭС, ПЭС, в некоторой мере МГЭС) для сохранения стабильности параметров энергосистемы их доля (по мощности) не должна превышать величины, оцениваемой в 10-15 %. Для нетрадиционных электростанций, присоединяемых к крупным энергосистемам, это ограничение не актуально, поскольку доля мощности этих электростанций не скоро сможет приблизиться к указанному пределу, но для изолированных энергоузлов оно должно учитываться уже теперь.

Этих технических ограничений не имеют геотермальные электростанции. ГеоТЭС на парогидротермах имеют постоянную мощность и могут являться системообразующими. Максимальная доля ГеоТЭС в системах Камчатскэнерго и Сахалинэнерго в перспективе будет определяться соотношением базовой мощности на основе ГеоТЭС и требуемой пиковой мощности, обеспечиваемой какими-либо маневренными энергоустановками.

Существуют и некоторые экологические ограничения на применение нетрадиционных электростанций, однако они значительно менее жесткие, чем для традиционных.

В целом развитие нетрадиционной электроэнергетики требует решения нескольких задач. К ним относятся:

Создание опытных и опытно-промышленных электростанций. Речь идет об электростанциях мощностью 1-10 МВт (ГеоТЭС на геотермальной воде с температурой 100-200 °С, многоагрегатные ВЭС, СЭС) для отработки технологий производства электроэнергии и соответствующего оборудования, для приобретения опыта эксплуатации. Эти объекты являются науко- и капиталоемкими, а их создание и эксплуатация отнюдь не гарантируют получения прибыли. Изыскание инвестиций на подобные проекты в существующих экономических условиях представляется исключительно сложной задачей, не имеющей готовых решений.

Развитие НИОКР. В зарубежных странах суммарные годовые бюджетные затраты на НИОКР в данной области составляют около 1 млрд долл., не считая расходов частных фирм и компаний. В странах-членах Международной Энергетической Ассоциации (МЭА) удельный вес расходов на НИОКР в области НВИЭ составляет 8 % от общего объема государственного бюджетного финансирования НИОКР в энергетическом секторе. В ряде стран этот показатель существенно выше: в Швеции 20 %, в Испании 23,5 %, в Германии 28,3 %, в Дании 44,4 %, в Португалии 51 %. Абсолютно приоритетной статьей всех затрат на НИОКР в области НВИЭ являются расходы на солнечную энергетику.

На этом фоне отечественные государственные и отраслевые расходы на НИОКР в сфере НВИЭ постоянно снижаются. Если в бывшем СССР 15-20 лет назад они были на порядок ниже, чем во многих зарубежных странах, то в России в 90-е гг. они снизились по крайней мере еще на порядок. Объем этих расходов не обеспечивает развитие научно-технического прогресса в данной сфере и поддерживает проведение НИОКР на критически минимальном уровне с угрозой утраты имеющегося научно-технического потенциала в ближайшем будущем. Между тем без опережающего развития НИОКР невозможно развитие данного направления.

Создание законодательной и нормативной базы. В Законе РФ «Об энергосбережении» (1996) заложена правовая основа применения НВИЭ. Этот закон разрешает производителям электроэнергии, в том числе на основе НВИЭ, отпуск энергии в сети энергоснабжающих организаций, которые обязаны обеспечить прием этой энергии «в количествах и режимах, согласованных с энергоснабжающей организацией и региональной энергетической комиссией».

В настоящее время в Государственной Думе во втором чтении принят Закон РФ «О государственной политике в сфере использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии». Принятие этого Закона и вступление его в силу в сочетании с упомянутым Законом "Об энергосбережении" составит минимально достаточную на данном этапе правовую, экономическую и организационную основу для развития НВИЭ в России.

В целом решение перечисленных выше задач необходимо для достижения в ближайшие 10-15 лет основной стратегической цели в данной области – создание нетрадиционных электростанций промышленного уровня мощности, опыт эксплуатации которых, а также опыт изготовления соответствующего оборудования позволят в последующий период перейти к их применению в масштабах, ощутимых в энергетике страны и особенно значимых для ряда ее регионов.

В ЭНИНе им. Г.М. Кржижановского – головном институте по использованию НВИЭ в отрасли – исследования развиваются главным образом в области геотермальной и солнечной энергетики. Под научным руководством ЭНИНа была создана первая в СССР Паужетская ГеоТЭС, построена в 1985 г. первая в стране экспериментальная солнечная электростанция мощностью 5 МВт в Крыму. Там же в 1987 г. ЭНИНом был создан уникальный экспериментальный комплекс по солнечному тепло- и хладоснабжению.

В 90-е гг., несмотря на трудности с финансированием НИР и существенное сокращение кадрового состава, ЭНИНом выполнен ряд разработок эффективных схемных решений ГеоТЭС и СЭС. Разработана комбинированная схема парогидротермальных ГеоТЭС, основанная на комбинации противодавленческой паровой турбины с турбиной на низкокипящем рабочем теле, что позволяет значительно снизить температуру конденсации, использовать тепло отсепарированной геотермальной воды и тем самым существенно, на 30-50 %, увеличить выработку электроэнергии. Вариант указанной комбинированной схемы рассматривается в тендере на строительство первой очереди Мутновской ГеоТЭС. Совместно с Калужским турбинным заводом разрабатывается эффективный метод преобразования тепловой энергии в двухфазных турбинах «полного потока». Этот метод повышает эффективность ГеоТЭС, а также может быть применен при утилизации тепла относительно невысокого потенциала независимо от первичного источника этого тепла. Применительно к ГеоТЭС на геотермальной воде с температурой 80-170 °С ЭНИНом совместно с Кировским заводом спроектирован энергомодуль мощностью 1-1,6 МВт на низкокипящем рабочем теле.

В области солнечной энергетики ЭНИН осуществлял руководство проектированием экспериментальной Кисловодской фотоэлектростанции мощностью 1 МВт. К сожалению, проектные работы не были доведены до завершения вследствие недостатка средств. ЭНИНом при участии некоторых конверсионных предприятий ведется разработка концепции и экспериментальная отработка на макетных образцах новой схемы солнечных энергоустановок и станций на основе комбинированного применения арсенид-галлиевых фотоэлектрических преобразователей, размещаемых в концентрированном потоке солнечного излучения, и термодинамического цикла преобразования теплоты, отводимой от фотопреобразователей при температуре 200-250 °С. Данная схема позволяет существенно повысить суммарный КПД преобразования солнечной энергии в электрическую по сравнению с применяемыми до сего времени схемами фотоэлектрических и термодинамических солнечных энергетических установок.

Все изложенное выше касалось перспектив применения нетрадиционных электростанций в составе централизованных систем производства энергии, составляющих основу современной электроэнергетики. Между тем этот аспект – только часть общей проблемы использования НВИЭ, не затрагивающий производство тепла для коммунально-бытовых нужд в системах теплоснабжения, а также децентрализованное энергоснабжение автономных потребителей. Обеспечение энергией таких потребителей в районах, лишенных централизованного энергоснабжения, представляет серьезную проблему. Из всех видов НВИЭ наиболее перспективными для децентрализованного энергоснабжения являются энергия ветра и солнца, распространенная повсеместно, хотя и неравномерно, и не имеющая такой локальной «привязки», как гидроэнергия, энергия приливов, геотермальная энергия.

Децентрализованное энергообеспечение на основе НВИЭ находит в мире широкое распространение, а его суммарный энергетический эффект не меньше того, который достигнут в сфере централизованного энергоснабжения.

Повышение энергоэффективности теплосетей Около 80 % всех теплотрасс в России выполнено канальным способом с применением мягких отечественных материалов – прошивных матов из стекловаты или шлаковаты с гидроизоляцией (бризолом, изолом, полимерными лентами). Помимо того что перечисленные материалы в основном обладают недостаточными теплоизолирующими свойствами, они имеют весьма высокое влагопоглощение, что значительно уменьшает срок службы самой изоляции и увеличивает скорость коррозии металла труб.

Мировой опыт свидетельствует, что в этом случае удельная стоимость надстройки ГТУ существующих ТЭС составит ориентировочно 400-600 долл./кВт. Наши первые надстройки ГТУ отопительных котельных в городе Ишимбай и районном центре Мечетлинского района обошлись нам менее чем в 400 долл./кВт. Это говорит о том, что последующие установки после начала их серийного производства и превращения этих проектов в типовые должны стать еще дешевле.

Еще один важный положительный фактор внедрения малых электростанций заключается в образовании коллектива единомышленников, включающего в себя проектировщиков и строителей, монтажников и эксплуатационников, электриков и специалистов по автоматике, поверивших в свои силы и способных построить практически любую электростанцию на пустом месте. Многочисленные имеющиеся и наметившиеся стройплощадки позволяют не только поддерживать хорошую профессиональную форму, но и с каждым новым объектом все больше оттачивать мастерство и повышать квалификацию кадров.

Описание и технико-экономические характеристики ГТЭС-12 МВт в ЗАО «ПОЛИСТИРОЛ» После принятия решения о строительстве ГТУ-ТЭЦ руководство и специалисты предприятия в вопросе выбора производителя энергоустановок отдали предпочтение ЗАО «Рыбинские моторы».

Технические данные турбогенератора ТК-6-2РУЗ

Основные замечания, не предусмотренные при оценке применения газотурбинных установок в энергетике Газовые турбины – это установки с относительно небольшим ресурсом, для поддержания которого необходимо предусматривать плату за ресурс

Перспективные предложения по вариантам применения ГТУ в Омской области

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии Краткий обзор нетрадиционной энергетики Состояние альтернативных преобразователей энергии в мире

Состояние и перспективы использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии в электроэнергетике России Основатель современной отечественной электроэнергетики Глеб Максимилианович Кржижановский уделял внимание самым различным ее аспектам. Одним из первых в стране он оценил значение и перспективы использования возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии и тепла.

Развитие нетрадиционной энергетики является важным направлением в системе энергоснабжения России

Энергия ветра Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. Но его парусники, тысячелетиями бороздившие просторы океанов, и ветряные мельницы использовали лишь ничтожную долю из тех 2,7 трлн кВт энергии, которыми обладают ветры, дующие на Земле. Полагают, что технически возможно освоение 40 млрд кВт, но даже это более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический потенциал планеты.

Удивительно разнообразны конструкции современных ветроустановок. Питер Макгрэв из Англии разработал проект ветроэнергетической установки мощностью 3 тыс. кВт с двумя лопастями, укрепленными на горизонтальной оси. Известная авистроительная фирма «Макдоннел – Дуглас» спроектировала установку такого же типа, но с тремя лопастями. А западногерманская фирма «Мессершмит – Бельков – Блом» разработала конструкцию ветроколеса с одной лопастью длинной 74 м, установленной на башне высотой 120 м. Мощность этого гиганта должна составить 5 тыс. кВт. Встречаются и конструкции, где ветер должен вращать устройство, напоминающее огромное велосипедное колесо, на котором вместо спиц укреплены лопасти.

Ветроустановки классифицируются по следующим признакам: положению ветроколеса относительно направления ветра; геометрии ветроколеса; по мощности ветроустановки.

Одна из первых ветроэнергетических установок в стране находится на выезде из Минска в могилевском направлении. Она была разработана минской фирмой «Аэролла». Другая ветроустановка, разработанная НПГП «Ветромаш», работает в Заславле, который практически является плацдармом для отработки новых решений по энергосбережению в Беларуси. В поселке Занарочь подготовлена площадка для установки ветростанции. В качестве положительного примера в области энергосбережения на недавно проходившей итоговой коллегии Минжилкоммунхоза было названо сооружение ветровой установки в Городке. Здесь такая система вырабатывает энергию на случай аварийного выхода из строя обычных систем энергообеспечения.

Ветроэнергетика в России В России существуют значительные нереализованные возможности в области ветроэнергетики. Фундаментальные исследования аэродинамики ветряка, осуществленные в ЦАГИ, заложили основу современных ветротурбин с высоким коэффициентом использования энергии ветра

ВЭС с точки зрения экологии Совершенно ясно, что к работающему ветряку близко подходить не желательно и притом с любой стороны, т. к. при изменениях направления ветра направление оси ротора тоже изменяется. Для размещения сотен, тысяч и тем более миллионов ветряков потребовались бы обширные площади в сотни тысяч гектаров. Ветроагрегаты близко друг к другу ставить нельзя, т. к. они могут создавать взаимные помехи в работе, «отнимая ветер» один у другого. Минимальное расстояние между ветряками должно быть не менее их утроенной высоты. Какую же площадь придется отвести для ВЭС мощностью 4 млн кВт!

Глобальные ветры К глобальным ветрам относятся пассаты и западный ветер. Пассаты образуются в результате нагрева экваториальной части земли. Нагретый воздух поднимается вверх, увлекая за собой воздушные массы с севера и юга. Вращение земли отклоняет потоки воздуха. В результате устанавливаются дующие круглый год с постоянной силой северо-восточный пассат в северном полушарии и юго-восточный – в южном. Пассаты дуют в приэкваториальной области, заключенной между 25 и 30° северной и южной широтами соответственно. В северном полушарии пассаты охватывают

Типы ветродвигателей Большинство типов ветродвигателей известны так давно, что история умалчивает имена их изобретателей.

Устройство ветроэлектрической установки Основные компоненты установок обоих типов: ветроколесо (ротор), преобразующее энергию набегающего ветрового потока в механическую энергию вращения оси турбины. Диаметр ветроколеса колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров. Обычно для соединенных с сетью ВЭУ частота вращения ветроколеса постоянна. Для автономных систем с выпрямителем и инвертором – обычно переменная;

Солнечная энергия Всего за три дня Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько её содержится во всех разведанных запасах ископаемого топлива, а за 1 с -170 млрд Дж. Большую часть этой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть её достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той её части, которую получает Земля, в 5 млрд раз. Но даже такая «ничтожная» величина в 1 600 раз больше энергии, которую дают все остальные источники, вместе взятые. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Гелиоэнергетика. «Собрать», сконцентрировать солнечную систему может каждый. В ясный солнечный день линза соберет лучи солнца в яркое пятнышко. Температура там такая, что лучи прожигают бумагу. Концентрацией солнечной радиации, преобразованием ее в другие виды энергии, удобные для практического применения, занимается гелиоэнергетика. От Солнца на Землю идет тепловой поток, энергия которого измеряется астрономической цифрой.

Концентраторы солнечного света. С детства многие помнят, что с помощью собирательной линзы от солнечного света можно зажечь бумагу. В промышленных установках линзы не используются: они тяжелы, дороги и трудны в изготовлении.

Использование солнечной энергии

Самый важный компонент системы – теплоноситель. Различают коллекторы с естественной и принудительной (с помощью насосов) его циркуляцией. Широкое применение находят солнечные установки не только с водой, но и с воздухом, а также с низкокипящими жидкостями типа аммония

К активным тепловым солнечным системам относятся плоские, а также параболические зеркальные концентраторы с одной и двумя степенями свободы и со специальными приводами, позволяющими системе «следить» за положением Солнца на небосводе

В башенных СЭС используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающих степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем довольно сложна, т. к. требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550 °С, воздух и другие газы – до 1000 °С, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) – до 100 °С, жидкометаллические теплоносители – до 800 °С.

Солнечные коллекторы и аккумуляторы теплоты. Основным конструктивным элементом солнечной установки является коллектор, в котором происходит улавливание солнечной энергии, ее преобразование в теплоту и нагрев воды, воздуха или какого-либо другого теплоносителя. Различают два типа солнечных коллекторов – плоские и фокусирующие.

Гелиоустановки на широте 60°. Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено примерно 2 600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая наименование «Солар-91» и осуществляемая под лозунгом «За энергонезависимую Швейцарию!», вносит заметный вклад в решение экологических проблем и энергетическую независимость страны, импортирующей сегодня более 70 процентов энергии.


Проектирование аккумуляторов теплоты