Использование солнечной энергии

Основными нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии для Беларуси, могущими иметь практическое значение, являются биомасса, твердые бытовые отходы, гидро-, ветроэнергетические ресурсы, солнечная энергия,.

Виды возобновляемых источников энергии. Способы преобразования в традиционные энергоносители.

При выборе источников энергии следует иметь в виду их качество, оценивающееся долей энергии, которая может быть превращена в механическую работу. Возобновляемые источники энергии по их качеству условно делятся на три группы:

• источники механической энергии довольно высокого качества: около 30% - ветроустановки, 60% - гидроустановки, 75% - волновые и приливные станции;

• источники тепловой энергии с качеством до 35% - прямое или рассеянное солнечное излучение, биотопливо – кпд 50-85%;

• источники энергии, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления, имеют различное качество на разных частотах излучения; в среднем КПД фотопреобразователей составляет примерно 15%.

Биологическая энергия. Под действием солнечного излучения в растениях в процессе фотосинтеза образуются органические вещества и аккумулируется химическая энергия. В результате фотосинтеза происходит естественное преобразование солнечной энергии, образуется биомасса, которая может быть превращена в определенные виды топлива: газообразный метан, жидкие спирты, твердый древесный уголь. Продукты сгорания биотоплива путем естественных экологических или сельскохозяйственных процессов вновь превращаются в биотопливо. Система круговорота биомассы показана на рис. 9.

Биотопливо в виде дров, навоза и ботвы растений применяется в домашнем хозяйстве примерно 50% населения планеты для приготовления пищи, обогрева жилищ.

Существуют различные энергетические способы переработки биомассы:

- термохимические, биохимические, агрохимические.

В последнее время появились проекты создания искусственных энергетических плантаций для выращивания биомассы и последующего преобразования биологической энергии.

В климатических условиях Беларуси с 1 га энергетических плантаций собирается масса растений в количестве до 10 т сухого вещества, что эквивалентно примерно 5 тут. При дополнительных агроприемах продуктивность 1 га может быть повышена в 2-3 раза. Наиболее целесообразно использовать для получения сырья выработанные торфяные месторождения, площадь которых в республике составляет около 180 тыс. га. Это может стать стабильным экологически чистым источником энергетического сырья.

Биомасса - наиболее перспективный и значительный возобновляемый источник энергии в республике, который может обеспечивать до 15% ее потребностей в топливе. В таблице 5 указана структура и оценка его потенциала в РБ.

Вид биотоплива	Потенциал
Древесное топливо, включая отходы лесопользования и переработки	Около 3,0 млн. тут/год + экологический эффект
Отходы растениеводства, фитомасса	До 2,0 млн. тут/год + экологический эффект + удобрения
Бытовые органические отходы	Около 472 тыс. тут/год
Технически возможный потенциал (без выращивания специальных быстрорастущих деревьев и высокоурожайных растений)	7,05 млн. тут/год
Экономически целесообразный потенциал в настоящий период (в основном древесное топливо)	3,58 млн. тут/год

Весьма многообещающе для Беларуси использование в качестве биомассы отходов животноводческих ферм и комплексов. Получение из них биогаза может составить около 890 млн. м³ в год, что эквивалентно 160 тыс. тут. Сдерживающим фактором развития биогазовых установок в республике являются продолжительные зимы, большая металлоёмкость установок, неполная обеззараженность органических удобрений. Важным условием реализации потенциала биомассы является создание соответствующей инфраструктуры - от заготовки, сбора сырья до доставки конечной продукции потребителю.

Гидроэнергетические ресурсы. Гидроэнергетика - это область наиболее развитой на сегодня энергетики на возобновляемых ресурсах, использующая энергию водотоков, волн, приливов и отливов (различные ГЭС). Гидроэнергетический потенциал всех рек мира оценивается примерно в 3000 ГВт (3,2 млрд. тут/год), приливов – 13 ГВт. Естественно, этот потенциал невозможно полностью освоить, но прогнозируется, что в ближайшие десятилетия суммарная мощность всех типов ГЭС будет расти.

В РБ энергопотенциал водотоков оценивается в 850-1000 МВт, однако его можно реализовать не более, чем на 10%, что эквивалентно 0,1 млн. тут/год (равнинные ландшафты). В конце 60-х в Беларуси эксплуатировалось около 180 МГЭС общей мощностью 21 МВт, сейчас работает только 6 штук.

Основные направления развития гидроэнергетики республики:

· восстановление старых МГЭС (уже проводится);

· сооружение новых МГЭС на водохранилищах неэнергетического назначения, на промышленных водосбросах;

· строительство бесплотинных ГЭС на реках со значительным расходом воды.

Также в республике планируется сооружение ГАЭС для обеспечения стабильной работы будущих АЭС.

Использование энергии ветра. Технический потенциал суммарной энергии ветра на планете по различным данным оценивается в энергетическом эквиваленте в величину от 22 до 60 млрд. тут/год. Наиболее эффективным способом использования энергии ветра является получение электроэнергии. В ветроэнергетической установке кинетическая энергия воздушного потока преобразуется в механическую энергию вращения вала ветроколеса и генератора, вырабатывающего электроэнергию. При использовании ВЭУ возникает ряд эксплуатационных (крупные габариты, необходимость наличия большого запаса прочности, непостоянство скорости ветра) проблем и проблем экологического характера (крупномасштабное применение ВЭУ в одном районе может вызвать существенное изменение климата, испортить ландшафт). ВЭУ создают акустический шум и электромагнитные помехи.

Такие установки наиболее целесообразно использовать для местного автономного электроснабжения. Сейчас эксплуатируются установки мощностью до 200 кВт, разработаны установки мощностью до 5 МВт (срок службы – до 20 лет). Себестоимость получаемой на ВЭУ электроэнергии ниже, чем на ТЭС.

РБ находится в зоне умеренных ветров. Стабильная скорость составляет около 5 м/с (при меньших скоростях отечественные ВЭУ работают неустойчиво). Поэтому мы можем использовать лишь 1,5 – 2% ветровой энергии и ветроэнергетика в нашей республике рассматривается только в качестве вспомогательного источника энергии. К 2010г. планируется ввести в действие ряд ВЭУ суммарной мощностью 1500 кВт (1600 тут/год). Помимо этого ведется разработка специальных ВЭУ мощностью 5-8 кВт, стабильно работающих при скорости ветра 3,5 м/с, а также более мощных установок с горизонтальным ветроколесом.

Автономные ВЭУ должны в обязательном порядке комплектоваться дизельными агрегатами или аккумуляторными батареями для обеспечения потребителя электроэнергией в периоды безветрия.

На солнце протекают реакции термоядерного синтеза, что сопровождается выделением огромного количества тепла. Часть этого тепла в виде электромагнитного волн различной длины поступает и на нашу планету. Ежегодно с солнечным излучением на поверхность Земли поступает количество энергии, эквивалентное 72000 млрд. тут, что примерно в 5000 раз больше современного мирового энергопотребления. Солнце играет ключевую роль в энергетическом балансе планеты и является исходным источником энергии для большинства всех остальных традиционных и нетрадиционных энергоресурсов. Как обещают специалисты, Солнце проживет ещё минимум 2 млрд. лет. В будущем, скорее всего, именно солнечная энергия станет основным энергоресурсом.

Использование солнечной энергии может осуществляться по трём направлениям (на современном этапе):

ü преобразование солнечной энергии в тепловую и использование в нагревательных системах (сейчас наиболее широко используется);

ü преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью систем прямого и непрямого преобразования;

ü преобразование в потенциальную химическую энергию водородного топлива путем разложения воды на катализаторах под воздействием солнечного излучения.

Солнечные нагревательные системы могут использоваться для:

Ø подогрева воздуха, воды для отопления и горячего водоснабжения зданий;

Ø сушки зерновых и других сельскохозяйственных культур;

Ø опреснения воды в солнечных дистилляторах (в районах с недостатком чистой пресной воды);

Ø поставки теплоты для абсорбционных холодильных машин;

Ø приготовления пищи и т.д.

На рис. 10 представлена принципиальная схема одной из основных конструкций нагревателя воды.

Нагреваемая жидкость протекает через приемник и скапливается в специальном резервуаре. Дно приемника представляет собой шероховатую, окрашенную в черный цвет, массивную металлическую поверхность. Под ней располагается слой теплоизоляции. Сверху система закрывается стеклянной крышкой для исключения потерь энергии с испаряющейся водой. Температура подогретой в данном устройстве воды при необходимости может быть повышена традиционными способами (водяные или паровые котлы на оргтопливе и т.д.).

Для отопления зданий зимой могут применяться так называемые пассивные и активные солнечные системы. На рис. 11а показан пассивный солнечный нагреватель: солнечные лучи попадают на заднюю стенку и пол здания, представля­ющие собой массивные конструкции с усиленной теплоизоляцией, ок­рашенные в черный цвет. Недостаток такой системы прямого нагрева – медленный подъем температуры в зимние дни и чрезмерная жара ле­том, устраняется с помощью накопительной стенки с солнечной сто­роны – рис. 11б. Стенка работает как встроенный воздушный на­греватель с тепловой циркуляцией. Летом такую стену может затенять козырек крыши.

Активные солнечные отопительные системы исполь­зуют внешние нагреватели воздуха или воды. Их можно устанавливать уже на существующие здания. В странах с жарким климатом широко используются серийно выпускаемые солнечные системы для горячего водоснабжения, отопления, кондиционирования жилых домов, школ, больниц. Для жилого дома эти системы включают в себя солнечный коллектор, концентрирующий солнечную энергию и аккумулирующий ее в форме тепловой энергии воды, циркулирующей по трубкам кол­лектора, и бойлер, устанавливаемый на крыше; движение воды в систе­ме может осуществляться благодаря термосифонному эффекту или дей­ствию насоса. Для теплоснабжения больниц и других общественных зданий эффективным оказывается применение комбинированных сис­тем, состоящих из традиционного водяного или парового котла, рабо­тающего на органическом топливе, и солнечной нагревательной уста­новки, предусматривающей систему плоских и (или) параболических коллекторов. Это обеспечивает независимость от погоды и повышает надежность и экономичность теплоснабжения.

Дата добавления: 2015-06-27