Перспективные виды топлив и технологий

• Геотермальная энергетика. Геотермальное теплоснабжение является достаточно хорошо освоенной технологией.

В России наиболее перспективным регионом для строительства ГеоЭС является Камчатка, располагающая уникальными геотермальными месторождениями. Там действует Паужетская ГеоЭС мощностью 11 МВт(э). В 1999г. введены в эксплуатацию 3 блока по 4 МВт(э) Верхне-Мутновской ГеоЭС, начато строительство Мутновской ГеоЭС проектной мощностью 250 МВт(э). Температура пароводяной смеси на выходе из скважин для этого месторождения составляет около 1600С, давление - около 7 бар.

В развитие геотермальной энергетики Камчатки определяющий вклад вносит специально созданное для этой цели ОАО "ГЕОТЕРМ", Калужский турбинный завод, разработавший и освоивший в производстве современное специализированное оборудование, поставляемое не только на Камчатку, но и за рубеж.

Имеется опыт теплоснабжения малых городов, поселков, тепличных комплексов и т.п. с использованием геотермального тепла, прежде всего, на Камчатке, Курилах и Северном Кавказе. Как перспективные для внедрения геотермального теплоснабжения рассматриваются Омская и Тюменская области, западная часть Новосибирской области и северная часть Томской области.

Сравнительно низкотемпературные гидрометры (15-300С) представляют собой идеальный источник низкопотенциального тепла для тепловых насосов. Такие источники имеются, например, в Новосибирской области, где реализуется программа отопления с помощью тепловых насосов взамен котельных, работающих на органическом топливе.

• Энергия биосферы. Первичная биомасса является продуктом преобразования энергии солнечного излучения при фотосинтезе. К.п.д. фотосинтеза весьма низок (0,2-0,5%). Несмотря на это, ежегодно только на территории, занимаемой Россией, продуцируется до 14-15 млрд. тонн биомассы, энергия которой эквивалентна примерно 8 млрд. тонн условного топлива.

По оценкам экспертов в энергетических целях в России технически возможно ежегодно использовать до 800 млн.т древесной биомассы, до 400 млн.т (по сухому веществу) органических отходов (от сельскохозяйственного производства - 250 млн.т, от лесной и деревообрабатывающей промышленности - 70 млн.т), до 60 млн.т твердых бытовых отходов городов и до 10 млн.т осадков коммунальных стоков.

В зависимости от свойств "органического сырья" возможны различные технологии его энергетического использования.

Для использования сухой биомассы наиболее эффективны термохимические технологии (прямое сжигание, газификация, пиролиз и т.п.). Для влажной биомассы - биохимические технологии переработки с получением биогаза (анаэробное разложение органического сырья) или жидких биотоплив (процессы сбраживания).

Газификация древесных отходов обеспечивает получение топливного газа, основу которого составляет СО, Н2 и N2 и который может быть использован в качестве газообразного топлива в котельных, газовых турбинах и двигателях внутреннего сгорания.

В России имеется опыт создания и опытной эксплуатации установок тепловой мощностью от 100 кВт до 3 МВт, обеспечивающих производство топливного газа в объемах от 70 до 2500 м3/час, что соответствует объемам переработки древесных отходов от 40 до 2200 кг/час.

Прямое сжигание древесины хорошо известно на бытовом уровне. Технологии энергетического использования древесных отходов постоянно совершенствуется.

Наиболее распространенным является перевод котельных с жидкого топлива или угля на древесные отходы, что требует реконструкции топочных устройств и создания необходимой инфраструктуры хранения и подготовки топлива.

• Энергия солнца. Среди широкого спектра технологий использования солнечной энергии для производства тепловой и электрической энергии в российских условиях наибольший практический интерес представляют технологии солнечного нагрева воды и прямого преобразования энергии солнечного излучения в электроэнергию с помощью фотопреобразователей.

• Ветроэнергетика. По экспертным оценкам валовой потенциал ветровой энергии в России составляет 26.106 т.у.т./год, а экономический - 12,5.106 т.у.т./год.

Изданный в 2002г. "Атлас ветров России" позволяет рационально выбрать место установки с технико-экономическими показателями, рекомендуемых ветроэлектрических установок (ВЭУ).

Наиболее распространенным типом ВЭУ является ветровая турбина с горизонтальным валом, на котором установлено рабочее колесо с различным числом лопастей - чаще всего 2-3. Многолопастные колеса применяются в малых установках, предназначенных для работы при невысоких скоростях ветра. Турбина и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. Спектр единичных мощностей выпускаемых ветроустановок в мире весьма широк: от нескольких сот Вт до 2-4 МВт.

Малые ВЭУ (мощностью до 100 кВт) находят широкое применение для автономного питания потребителей, и сферы их использования во многом совпадают с фотопреобразователями. Особенно эффективно использование малых установок для водоснабжения (подъем воды из колодцев и скважин, ирригация). Автономные малые ветроустановки могут комплектоваться аккумуляторами электрической энергии и/или работать совместно с дизельгенераторами. В ряде случаев используются комбинированные ветро-солнечные установки, позволяющие обеспечивать более равномерную выработку электроэнергии, учитывая то обстоятельство, что при солнечной погоде ветер слабеет, а при пасмурной - наоборот, усиливается.

Крупные ветроустановки (мощностью более 100 кВт), как правило, - сетевые, т.е. предназначены для работы на электрическую сеть.

• Гидроэнергетика. В соответствии с общепринятой международной классификацией к микро-ГЭС относят гидроэнергетические агрегаты мощностью до 100 кВт, а к малым от 100 кВт до 10 МВт.

В последние годы, достигнут значительный технический прогресс в разработке малых гидроагрегатов, в том числе в России, что открывает новые возможности для возрождения малой гидроэнергетики. Разработанное оборудование удовлетворяет повышенным техническим требованием, в том числе:

• обеспечивает возможность работы установок, как в автономном режиме, так и на местную электрическую сеть,

• полностью автоматизировано и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала,

• обладает повышенным ресурсом работы (до 40 лет, при межремонтных периодах до 5 лет).

Разработан широкий спектр современных гидроагрегатов с различными типами рабочих колес, обладающих повышенным кпд в широком диапазоне рабочих напоров (от 1,5 до 400 м) и расходов воды.

Помимо использования малых рек, одним из интересных новых применений микро- и малых ГЭС стала их установка в питьевых водопроводах и технологических водотоках предприятий, водосбросах ТЭЦ, а также на промышленных и канализационных стоках. Такая возможность может быть реализована в тех водотоках (продуктопроводах), где требуется применение гасителей давления. Вместо гасителей целесообразно установка микро-ГЭС, вырабатывающих электроэнергию для собственных нужд производства или в сеть за счет избытка давления в водотоке.

В настоящее время на российском рынке предлагаются десятки типов различных гидроагрегатов для микро- и малых ГЭС электрической мощностью от 10 кВт до 10 МВт.

• Приливная энергетика. Основное преимущество электростанций, использующих морские приливы, состоит в том, что выработка электроэнергии носит предсказуемый плановый характер и практически не зависит от изменчивой погоды.

В России существует единственная приливная электростанция – Кислогубская ПЭС, построенная в 1968 г. на побережье Баренцева моря. Начиная с 1970 г., когда она была подключена к Кольской энергосистеме, находится в опытной эксплуатации с целью проведения обширной программы наблюдений и исследований. Сейчас станция переживает “второе рождение” — начался монтаж нового ортогонального гидроагрегата, созданного специалистами ОАО “НИИЭС” и построенного на ФГУП “ПО Севмаш” (г. Северодвинск) с целью усовершенствования технологии использования морских приливов для выработки электроэнергии.

Особенность ортогональной турбины в том, что во время приливов и отливов направление ее вращения не меняется. Успешное проведение испытаний позволит начать строительство второй российской ПЭС, а опыт сотрудничества НИИЭС, “Севмаш” и ОАО “Колэнерго” откроет путь к промышленному использованию ПЭС в нашей стране.

• Тепловые насосы. Теплонасосные системы теплоснабжения представляются одним из наиболее эффективных дополнений к известным системам теплоснабжения. Тепловые насосы нашли широкое применение для теплоснабжения жилых и административных зданий во многих странах мира со сходными с Россией климатическими условиями. Расширяется опыт применения тепловых насосов и в нашей стране.

В испарителе теплового насоса тепло невысокого температурного потенциала отбирается от некоего источника низкотемпературного тепла и передается низкокипящему рабочему телу теплового насоса. Полученный пар сжимается компрессором. При этом температура пара повышается и тепло на нужном температурном уровне в конденсаторе передается в систему отопления и/или горячего водоснабжения. Для того чтобы замкнуть цикл, совершаемый рабочим телом, после конденсатора оно дросселируется до начального давления, охлаждаясь до температуры ниже источника низкопотенциального тепла, и снова подается в испаритель. Таким образом, тепловой насос осуществляет трансформацию тепловой энергии с низкого температурного уровня на более высокий, необходимый потребителю. При этом на привод компрессора затрачивается электрическая энергия. Однако при наличии подходящего источника низкопотенциального тепла количество тепла поставляемого потребителю в несколько раз превышает затраты на привод компрессора. Отношение полезного тепла к работе компрессора называют коэффициентом преобразования теплового насоса, и в наиболее распространенных теплонасосных системах он достигает величины 3 и более.