Экономические аспекты применения ВЭУ

Лекция №14

Зарубежный опыт использования биомассы

Во Франции в середине 90-х годов для получения тепловой энергии использовали 22 млн. м³ древесины.

В странах европейского союза: в Финляндии 23%, в Швеции 18%.

К 2010 г в странах ЕЭС будут производить 8,5% всей энергии при помощи биомассы.

В Бразилии используется 6 млн. т. угля каждый год.

Широко используется биомасса в Индии – проект 1600 установок газификации общей мощностью 16 МВт (это в основном индивидуальные семейные установки).

В Бразилии был опыт по производству и получению этанола (с 1975 года), в конце 5 млн. машин использовали чистый этанол и 9 млн. – смесь бензина и этанола, потом снизилось и стало развиваться в США. Здесь около 5 млн. машин работают на этаноле.

Мировой лидер в использовании биогаза – это Дания (8% всей энергии на биогазе). В целом в Дании к 2035 году собираются 35% всей энергии производить при помощи на ВИЭ.

В Дании получают 45 млн. м³ биогаза в год – это эквивалентно 24 млн. м³ природного газа, вызывающего образование парниковых газов.

В среднем получают 37,5 м³ биогаза на 1 т отходов и нет загрязнения, утилизации, парниковых газов.

1) Экономическое примечание:

Один из косвенных экономических критериев эффективности ВЭУ и обоснование выбора расчетной скорости:

час/год

где А – выработка электроэнергии в год;

N_у – установленная мощность.

N_у зависит от скорости ветра.

Суммирование производится по продолжительности действия ветра определенной скорости.

В книге Я.И. Шефтера «Использование энергии ветра» указывается, что при работе ВЭУ порядке больше 2,5 – 3 тыс. часов в год ВЭУ становятся рентабельными.

Для ТЭС этот показатель в среднем равен А=5200 ч/год, для ГЭС А=1040-4780 ч/год.

2) Высокая установленная мощность ВЭС

Относительная стоимость установленной мощности различных типов станций

Тип электростанции	АЭС	ГЭС	ТЭС	ВЭУ(С)
уголь	нефть	ДЭС
Относительная стоимость Nуст, $/кВт	2000-3500	1000-2500	1000-1400	800-1200	600-800	650-2500

3) Годовая выработка электроэнергии с 1 км² площади с площадью ВЭУ

Среднегодовая скорость ветра, м/с
Выработка электроэнергии МВт·ч/км^2

ТЭС вырабатывают около 3000 МВт·ч/км².

Комбинированная установка ВЭС + дизельный генератор (параллельная их работа) = ДЭС

Показатели работы ветродизельной установки при различных скоростях ветра:

v, м/с	4-6	6-8	8-10	10-12	12-14	14-26	0-4 и выше 26
Р, %			15,8	15,4		14,8
NВЭУ, кВт
NДГ, кВт
Q, кг/ч	2,3	1,18					2,64

Р – вероятность повторения ветра с установленной скоростью;

Q – расход топлива дизелем.

Гарантированной мощностью в данном случае является мощность ДЭС, а мощность превышающая ВЭУ, то ДЭС используется для вторичных целей. При штормовой погоде 0-4 и более 26 м/с гарантированная мощность обеспечивается ДЭС.

6 м/с усредненная скорость ветра, а расчетная 7,8 м/с.

При скоростях меньше расчетной, но больше 4 м/с работает 2-ая и 3-яя колонки (параллельно работают ВЭУ и ДЭС с разной нагрузкой).

АД-8 (N_ДЭС = 8 кВт);

N_ВЭУ = 8 кВт;

При Q = 2,64 кг/ч.

Q_год = 2,64 · 8760 = 23,2 т/год

Q₁ = 8760 · 0,14 · 2,3 =

+

Q₂ = 8760 · 0,16 · 1,18 = 7943,57 – при совместной работе.

+

Q₃ = 8760 · 0,15 · 2,64 =

14 руб. · 15 т = 210 тыс. руб. за год.

Стоимость ВЭУ 20-24 тыс. долларов.

Срок окупаемости при совместной работе 3-4 года.

5600 долларов на ДЭС.

Годовые расходы на обслуживание ВЭУ состоят только в смене масла в мультипликаторе 2 раза в год, что составляет при этом 20 долларов с учетом стоимости масла.

ВЭУ служи в среднем 25 лет.

Возможно, придется сменить комплект лопастей (5000 долларов)

3% от стоимости ВЭУ непредвиденные эксплуатационные расходы.

С_{н.экспл.} = 1,03 · 20000 + 5000 + 25 · 20 = 26100 долларов.

Стоимость эксплуатации дизель-генератора за 25 лет.

204600 часов за 25 лет (2 дня в месяц по каким-либо причинам не работает).

Ресурс дизеля до капремонта 16000 часов.

204600/16000 = 12,78 капремонтов.

Стоимость капремонта 3000 долларов.

3000 · 12 = 36000 стоимость всех капремонтов.

Стоимость обслуживания составляет 1200 долларов в год (замена масла, смазка узлов).

Двигатель внутреннего сгорания выдерживает 3-4 ремонта, поэтому нужно за весь срок службы приобрести лишь 2 резервных дизельных двигателя (стоимость 5600 долларов).

Полная стоимость ДЭС:

5600 · 3 + 12 · 3000 + 25 · 1200 = 82800 долларов.

7943,57 · 25 · 14 = 92668 долларов.

Вывод: при совместной эксплуатации ВЭУ с ДЭС экономия в основном достигается за счет экономии топлива.

Лекция №15

При одностадийном прямом сжигании выделяется вредных выбросов:

NO_х – 1000 мг/кг;

ПАУ – до 400 мг/кг;

СО – до 30 г/кг.

Поэтому более перспективно и рационально использовать двухстадийное сжигание, недостатки при этом сразу устраняются.

Первая стадия: стадия первичной переработки растительной биомассы в горючий газ (газификация).

Вторая стадия: сжигание генераторного газа.

При двухстадийном сжигании ПАУ снижается до 100 мг/кг, СО до 4 г/кг, NО_х до 200 – 300 мг/кг.

Если температура горения генераторного газа не превышает 1500⁰С, то NО_х практически нету.

Газогенератор

пар

газ

Биомасса

7

воздух 2

зола

1 – биомасса;

2 – зона горения;

3 – теплообменник;

4 – колосниковая решетка;

5 – отвод пара;

6 – выгрузка золы;

7 – футировка.

Работа газогенератора осуществляется прямотоком.

Растительная биомасса загружается в верхнюю часть газогенератора (1) и движется в нижнюю по мере выгорания материала, при этом происходит сушка за счет тепла, выделяющегося в зоне горения (2).

Для поддержания реакции горения в газогенератор через фурмы подается дутьевой воздух, который предварительно нагревается во встроенном теплообменнике (3).

В нижней части находится колосниковая решетка (4) при вращении которой выгружается зола и остаточные продукты.

Генераторный газ отводится из под колосников и после охлаждения выводится из аппарата. Получаемое газовое топливо содержит малое количество паров, смол и кислот, так как продукты термолиза проходят через высокотемпературную зону горения при температуре 1100⁰С и выше, где происходит крекинг.

Газогенераторный газ: СО – 10…20%;

Н₂ – 10…15%;

С_nH_m – 1…3%;

СО₂ – 10…15%;

N₂ – до 50%;

Н₂О – 10…25%.

Параметр	Тепловая мощность газогенератора
0,1	0,6	1,1	4,5
Вид сырья	Торф	Щепа	Отходы деревообраб. промышл.	Лузга подсолнечника
Относит. влажность сырья
Тип размера сырья	100*50	40*35	40*9	40*4
Производ. по сырью, кг/ч
Производ. по газу, нм^3/ч
Теплота сгорания, МДж/нм^3	4,8	4,6	3,3	5,6
КПД, ηt
Габариты, м	1,8*0,7	5*1,8	6*3	8*4

Можно повысить теплоту сгорания до 10 МДж/нм³ при кислородном дутье.

Дата добавления: 2014-01-05