Возобновленные источники энергии в сферах производства. Возобновляемые источники энергии

24.06.2019

Учебный год

Лекция 20

Энергосберегающие технологии и освоение новых источников энергии

Условно источники энергии можно поделить на два типа: невозобновляемые и возобновляемые . К первым относятся газ, нефть, уголь, уран и т. д. Технология получения и преобразования энергии из этих источников отработана, но, как правило, не экологична, и многие из них истощаются.

Возобновляемые источники энергии - это источники, которые по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми. Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из природных ресурсов - таких как солнечный свет, ветер, движении воды в реках или морях, приливы, биотопливо и геотермальная теплота - которые являются возобновляемыми, т.е. пополняются естественным путем.

Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.

Примеры использования возобновляемой энергии.

1.Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров. Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год и широко используется в странах Европы и США.

2. На гидроэлектростанциях (ГЭС) в качестве источника энергии используется потенциальная энергия водного потока, первоисточником которой является Солнце, испаряющее воду, которая затем выпадает на возвышенностях в виде осадков и стекает вниз, формируя реки. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Также возможно использование кинетической энергии водного потока на так называемых свободнопоточных (бесплотинных) ГЭС.

Особенности этого источника энергии:

Себестоимость электроэнергии на ГЭС существенно ниже, чем на всех иных видах электростанций;

Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии;

Возобновляемый источник энергии;

Значительно меньше воздействует на воздушную среду, чем другие виды электростанций;

Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое;

Часто эффективные ГЭС удалены от потребителей;

Водохранилища часто занимают значительные территории;

Лидерами по выработке гидроэнергии на человека являются Норвегия, Исландия и Канада. Наиболее активное гидростроительство ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии, в этой же стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира.

3.Солнечная энергетика - направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов;

Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин: паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;

Гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах);

Термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор);

Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием), преимущество - запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

Достоинства солнечной энергетики :

Общедоступность и неисчерпаемость источника;

Теоретически полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной способности) земной поверхности и привести к изменению климата.

Недостатки солнечной энергетики :

Зависимость от погоды и времени суток;

Как следствие необходимость аккумуляции энергии;

Высокая стоимость конструкции;

Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли;

Нагрев атмосферы над электростанцией.

4.Приливные электростанции . Электростанциями этого типа являются особым видом гидроэлектростанции, использующим энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды.

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.

Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками - высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в единой энергосистеме с другими типами электростанций.

5.Геотермальная энергетика - направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла. Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении. Крупнейшей в мире геотермальной установкой является установка на гейзерах в Калифорнии, с номинальной мощностью 750 МВт.

6.Биотопливо - это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты,топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород).

США и Бразилия производят 95 % мирового объёма биоэтанола. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США из кукурузы. По оценкам Merrill Lynch прекращение производства биотоплив приведёт к росту цен на нефть и бензин на 15%.

Этанол является менее «энергоплотным» источником энергии чем бензин; пробег машин, работающих на Е85 (смесь 85 % этанола и 15 % бензина; буква «Е» от английского Ethanol), на единицу объёма топлива составляет примерно 75 % от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя двигатели внутреннего сгорания прекрасно работают на Е10 (некоторые источники утверждают, что можно использовать даже Е15). На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. «Flex-Fuel» машины («гибкотопливные» машины). Эти автомобили также могут работать на обычном бензине (небольшая добавка этанола всё же требуется) или на произвольной смеси того и другого. Бразилия является лидером в производстве и использовании биоэтанола из сахарного тростника в качестве топлива.

Критики развития биотопливной индустрии заявляют, что растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных. По расчётам экономистов из Университета Миннесоты, в результате биотопливного бума число голодающих на планете к 2025 году возрастёт до 1,2 млрд. человек.

С другой стороны, продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO) в своем отчете говорит о том, что рост потребления биотоплив может помочь диверсифицировать сельскохозяйственную и лесную деятельность, способствуя экономическому развитию. Производство биотоплив позволит создать в развивающихся странах новые рабочие места, снизить зависимость развивающихся стран от импорта нефти. Кроме этого производство биотоплив позволит вовлечь в оборот ныне не используемые земли. Например, в Мозамбике сельское хозяйство ведётся на 4,3 млн. га из 63,5 млн. га потенциально пригодных земель. По оценкам Стэндфордского университета во всём мире из сельскохозяйственного оборота выведено 385-472 миллиона гектаров земли. Выращивание на этих землях сырья для производства биотоплив позволит увеличить долю биотоплив до 8 % в мировом энергетическом балансе. На транспорте доля биотоплив может составить от 10 % до 25 %.

7.Водородная энергетика - развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики).

Топливный элемент - электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне - в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе. Топливные элементы - это электрохимические устройства, которые могут иметь очень высокий коэффициент преобразования химической энергии в электрическую (~80 %). Обычно в низкотемпературных топливных элементах используются: водород со стороны анода и кислород на стороне катода (водородный элемент). В отличие от топливных элементов, одноразовые гальванические элементы содержат твердые реагенты, и когда электрохимическая реакция прекращается, должны быть заменены, электрически перезаряжены, чтобы запустить обратную химическую реакцию, или, теоретически, в них можно заменить электроды. В топливном элементе реагенты втекают, продукты реакции вытекают, и реакция может протекать так долго, как поступают в нее реагенты и сохраняется работоспособность самого элемента. Топливные элементы не могут хранить электрическую энергию, как гальванические или аккумуляторные батареи, но для некоторых применений, таких как работающие изолированно от электрической системы электростанции, использующие непостоянные источники энергии (солнце, ветер), они совместно с электролизёрами, компрессорами и ёмкостями для хранения топлива (например, баллоны для водорода), образуют устройство для хранения энергии. Общий КПД такой установки (преобразование электрической энергии в водород, и обратно в электрическую энергию) 30-40 %.

Топливные элементы обладают рядом ценных качеств, среди которых:

7.1 Высокий КПД : у топливных элементов нет жёсткого ограничения на КПД, как у тепловых машин. Высокий КПД достигается благодаря прямому превращению энергии топлива в электроэнергию. Если в дизель-генераторных установках топливо сначала сжигается, полученный пар или газ вращает турбину или вал двигателя внутреннего сгорания, которые в свою очередь вращают электрический генератор. Результатом становится КПД максимум в 42 %, чаще же составляет порядка 35-38 %. Более того, из-за множества звеньев, а также из-за термодинамических ограничений по максимальному КПД тепловых машин, существующий КПД вряд ли удастся поднять выше. У существующих топливных элементов КПД составляет 60-80 %.

7.2Экологичность . В воздух выделяется лишь водяной пар, что является безвредным для окружающей среды. Но это лишь в локальном масштабе. Нужно учитывать экологичность в тех местах, где производятся данные топливные ячейки, так как производство их само по себе уже составляет некую угрозу.

7.3 Компактные размеры . Топливные элементы легче и занимают меньший размер, чем традиционные источники питания. Топливные элементы производят меньше шума, меньше нагреваются, более эффективны с точки зрения потребления топлива. Это становится особенно актуальным в военных приложениях.

Проблемы топливных элементов .

Внедрению топливных элементов на транспорте мешает отсутствие водородной инфраструктуры. Возникает проблема «курицы и яйца» - зачем производить водородные автомобили, если нет инфраструктуры? Зачем строить водородную инфраструктуру, если нет водородного транспорта? Топливные элементы, в силу низкой скорости химических реакций, обладают значительной инертностью и для работы в условиях пиковых или импульсных нагрузок требуют определённого запаса мощности или применения других технических решений (сверхконденсаторы, аккумуляторные батареи). Также существует проблема получения водорода и хранения водорода. Во-первых, он должен быть достаточно чистый, чтобы не произошло быстрого отравления катализатора, во-вторых, достаточно дешёвый, чтобы его стоимость была рентабельна для конечного потребителя.

Существует множество способов производства водорода, но в настоящее время около 50 % водорода, производимого во всём мире, получают из природного газа. Все остальные способы пока дорогостоящи. Существует мнение, что с ростом цен на энергоносители стоимость водорода также растёт, так как он является вторичным энергоносителем. Но себестоимость энергии, производимой из возобновляемых источников, постоянно снижается.

Никаких катастроф. Никаких вредных для климата выбросов углекислого газа. Возобновляемые источники энергии — это экологически чистая и безопасная альтернатива атомной энергии. Использование ВИЭ с каждым годом становится все более рентабельным.

Эксперты Гринпис и другие специалисты прогнозируют, что к 2030 году возобновляемые источники энергии будут удовлетворять 40% мирового спроса на энергию и до 80% спроса — к середине столетия. Более того, к 2050 году 100% электроэнергии мир может получать из возобновляемых источников.

Ни один из секторов энергетики не развивается так быстро, как ветровая и солнечная энергетика. Ежегодно они растут на 30% — 35%.

Вот лишь несколько примеров того, как альтернативные источники энергии завоевывают мир:
Почти половина всех вновь вводимых мощностей в электроэнергетике - это установки на основе возобновляемых источников энергии.
В солнечной электроэнергетике (фотовольтаике) 2010 году было введено 16 000 МВт, общая установленная мощность достигла 40 000 мегаватт.
В 2009 году ветровая энергетика вытеснила угольную с третьего места по количеству вырабатываемой электроэнергии.
В 2010 году в Китае возводили примерно по одной ветротурбине в час. Каждые 8 часов Китай вводит столько же мощностей в ветроэнергетике, сколько есть во всей России — 15 МВт.
Мощность ветроустановок в мире увеличилась в 2010 году на 35 800 МВт, таким образом, общая мощность ветростанций составила 194 400 МВт. Инвестиции в новые ветряки в 2010 году составили 47,3 миллиарда Евро.
10% совокупного спроса на энергию в Новой Зеландии удовлетворяется за счет геотермальной энергии.
Всего за 5 лет доля возобновляемой энергии в Португалии увеличилась с 15% до 45%.

К середине столетия ВИЭ обеспечат весь мир электроэнергией

Гринпис давно убеждает мировое сообщество в том, что в ближайшем будущем возобновляемые источники энергии смогут обеспечивать мир электроэнергией. Сейчас доля ВИЭ в общемировом производстве тепла — 24%, электричества — 18%. Остальные 80% электроэнергии мир получает за счет сжигания ископаемого топлива. Однако в скором будущем эта картина сильно изменится.

В 2011 году Гринпис и Европейская Ассоциация фотоэлектрической индустрии (EPIA) опубликовали совместный доклад «Солнечная энергетика». По их подсчетам, солнечная энергетика могла бы уже к 2020 году давать Европе 12% всей необходимой ей электроэнергии, а к 2030 году — обеспечить 9% общемирового спроса.

Что касается энергии ветра, то ветропарки к 2030 будут давать миру до 22% электроэнергии, прогнозируют авторы доклада Global Wind Energy Outlook 2010 , выпущенного Международным советом в области ветровой энергетики (Global Wind Energy Council) совместно с Гринпис.

Существуют и другие исследования, подтверждающие эти выводы. Компания PricewaterhouseCoopers предсказывает, что к 2050 году Европа и Северная Африка могут полностью перейти на возобновляемую энергию.

Суть всех исследований сводится к одному: технологии ВИЭ находятся на пороге экономического прорыва. Появляются новые способы производства возобновляемой энергетики — соответственно растет и конкуренция на рынке ВИЭ. Стоимость производства фотоэлектрической (солнечной) энергии значительно снизилась за последние несколько лет, и к 2015 году она может упасть еще на 40%. Правительства многих стран активно вкладывают деньги в возобновляемую энергетику. В 2009 году Китай отобрал у США звание крупнейшего инвестора в экологически чистую энергию, вложив в ВИЭ 34,6 млрд долларов США. Для сравнения: Россия ежегодно тратит на строительство новых АЭС примерно 3 млрд долларов.

Альтернативная энергетика в России

Если не учитывать крупные ГЭС, в России доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии — примерно 1%. Чуть больше доля ВИЭ в тепловой энергетике — около 2%. То есть большую часть (90%) всей, производимой в России первичной энергии по-прежнему дают уголь, нефть и газ.

Потенциал альтернативной энергетики в России очень высокий. Из возобновляемых источников мы могли бы получать до четверти всей необходимой стране энергии. Без ущерба для экономики, ведь все необходимые технологии и средства у России уже есть.

Но для этого нужно перестать субсидировать традиционную энергетику, прежде всего строительство новых атомных станций и крупных ГЭС. Одна только атомная энергетика ежегодно получает из федерального бюджета до 100 млрд рублей безвозмездной финансовой помощи для строительства новых АЭС. Если правительство гарантирует инвесторам стабильный доход от вложений в возобновляемую энергетику (за счет налоговых льгот и других механизмов финансовой поддержки), то энергия ветра и солнца составит серьезную конкуренцию углю и атому.

Разработанный Гринпис сценарий - реалистичен. Это доказывает опыт других стран. Китай к 2020 году планирует повысить долю ВИЭ в электроэнергетике до 15%, Египет — до 20%, Евросоюз — до 30%. Увы, планы российских властей существенно скромнее — 4,5% вместо вполне достижимых 13%.

Технологически заменить атомную энергетику ветровой и солнечной возможно. Есть пример далеко не солнечной Германии. После аварии на японской АЭС «Фукусима-1» ФРГ остановила для проверки 8 реакторов мощностью 8,8 ГВт, заменив их не газом или импортным топливом, а энергией ветра и солнца.

Гидроэлектроэнергия является очередным крупнейшим источником возобновляемой энергии, обеспечивая 3,3 % мирового потребления энергии и 15,3 % мировой генерации электроэнергии в 2010 году. В 2010 году 16,7% мирового потребления энергии поступало из возобновляемых источников. Доля возобновляемой энергии уменьшается, но это происходит за счёт сокращения доли традиционной биомассы, которая составила всего 8,5% в 2010 году. Доля современной возобновляемой энергии растёт и в 2010 году составила 8,2%, в том числе гидроэнергия 3,3%, для отопления и нагрева воды (биомасса, солнечный и геотермальный нагрев воды и отопление) 3,3%; биогорючее 0,7%; производство электроэнергии (ветровые, солнечные, геотермальные электростанции и биомасса в ТЕС) 0,9%. Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год, по всему миру с установленной мощностью 196600 мегаватт (МВт) в 2010 году, и широко используется в странах Европы и США. Ежегодное производство в фотоэлектрической промышленности достигло 6900 МВт в 2008 году . Солнечные электростанции популярны в Германии и Испании. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт. Крупнейшей в мире геотермальной установкой, является установка на гейзерах в Калифорнии, с номинальной мощностью 750 МВт. Бразилия проводит одну из крупнейших программ использования возобновляемых источников энергии в мире, связанную с производством топливного этанола из сахарного тростника. Этиловый спирт в настоящее время покрывает 18 процентов потребности страны в автомобильном топливе . Топливный этанол также широко распространен в США.

Примеры возобновляемой энергии

Энергия ветра

Это отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую,тепловую и любую другую форму энергии для использования в народном хозяйстве. Преобразование происходит с помощью ветрогенератора (для получения электричества),ветряных мельниц (для получения механической энергии) и многих других видов агрегатов. Энергия ветра является следствием деятельности солнца, поэтому она относится к возобновляемым видам энергии.

В перспективе планируется использование энергии ветра не посредством ветрогенераторов , а более нетрадиционным образом. В городе Масдар (ОАЭ) планируется строительство электростанции работающей на пьезоэффекте . Она будет представлять собой лес из полимерных стволов покрытых пьезоэлектрическими пластинами . Эти 55-метровые стволы будут изгибаться под действием ветра и генерировать ток .

Гидроэнергия

Энергия волн

Энергия солнечного света

Данный вид энергетики основывается на преобразовании электромагнитного солнечного излучения в электрическую или тепловую энергию.

К СЭС косвенного действия относятся:

Башенные - концентрирующие солнечный свет гелиостатами на центральной башне наполненной солевым раствором.

Модульные - на этих СЭС теплоноситель, как правило масло , подводится к приемнику в фокусе каждого параболо -цилиндрического зеркального концентратора и затем передает тепло воде испаряя её.

Схема солнечного пруда:
1 - слой пресной воды; 2 - градиентный слой;
3 - слой крутого рассола; 4 - теплообменник.

Крупнейшая электростанция подобного типа находится в Израиле , её мощность 5 Мвт, площадь пруда 250 000 м 2 , глубина 3 м.

Геотермальная энергия

Электростанции данного типа представляют собой теплоэлектростанции использующие в качестве теплоносителя воду из горячих . В связи с отсутствием необходимости нагрева воды ГеоТЭС являются в значительной степени более экологически чистыми нежели ТЭС. Строятся ГеоТЭС в вулканических районах, где на относительно небольших глубинах вода перегревается выше температуры кипения и просачивается к поверхности, иногда проявляясь в виде гейзеров . Доступ к подземным источникам осуществляется бурением скважин.

Биоэнергетика

Данная отрасль энергетики специализируется на производстве энергии из биотоплива . Применяется в производстве как электрической энергии , так и тепловой .

Биотопливо первого поколения

Водоросли - простые живые организмы, приспособленные к росту и размножению в загрязнённой или солёной воде (содержат до двухсот раз больше масла, чем источники первого поколения, таких как соевые бобы);
Рыжик (растение) - растущий в ротации с пшеницей и другими зерновыми культурами;
Jatropha curcas или Ятрофа - растущее в засушливых почвах, с содержанием масла от 27 до 40 % в зависимости от вида.

Из биотоплив второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании CHOREN Industries GmbH .

По оценкам Германского Энергетического Агентства (Deutsche Energie-Agentur GmbH) (при ныне существующих технологиях) производство топлив пиролизом биомассы может покрыть 20 % потребностей Германии в автомобильном топливе. К 2030 году , с развитием технологий, пиролиз биомассы может обеспечить 35 % германского потребления автомобильного топлива. Себестоимость производства составит менее €0,80 за литр топлива.

Создана «Пиролизная сеть» (Pyrolysis Network (PyNe) - исследовательская организация, объединяющая исследователей из 15 стран Европы , США и Канады .

Весьма перспективно также использование жидких продуктов пиролиза древесины хвойных пород. Например, смесь 70% живичного скипидара , 25% метанола и 5% ацетона , то есть фракций сухой перегонки смолистой древесины сосны , с успехом может применяться в качестве замены бензина марки А-80. Причём для перегонки применяются отходы дереводобычи: сучья , пень , кора . Выход топливных фракций достигает 100 килограммов с тонны отходов.

Биотопливо третьего поколения - топлива, полученные из водорослей.

Использованию постоянных процессов противопоставлена добыча ископаемых энергоносителей, таких как каменный уголь , нефть , природный газ или торф . В широком понимании они тоже являются возобновляемыми, но не по меркам человека, так как их образование требует сотен миллионов лет, а их использование проходит гораздо быстрее.

Меры поддержки возобновляемых источников энергии

На данный момент существует достаточно большое количество мер поддержки ВИЭ. Некоторые из них уже зарекомендовали себя как эффективные и понятные участникам рынка. Среди таких мер стоит более подробно рассмотреть:

Зеленые сертификаты;
Возмещение стоимости технологического присоединения;
Тарифы на подключение;
Система чистого измерения;

Зеленые сертификаты

Под зелеными сертификатами понимаются сертификаты, подтверждающие генерацию определенного объема электроэнергии на основе ВИЭ. Данные сертификаты получают только квалифицированные соответствующим органом производители. Как правило, зеленый сертификат подтверждает генерацию 1Мвт ч, хотя данная величина может быть и другой. Зеленый сертификат может быть продан либо вместе с произведенной электроэнергией, либо отдельно, обеспечивая дополнительную поддержку производителя электроэнергии. Для отслеживания выпуска и принадлежности «зеленых сертификатов» используются специальные программно-технические средства (WREGIS, M-RETS, NEPOOL GIS). В соответствии с некоторыми программами сертификаты можно накапливать (для последующего использования в будущем), либо занимать (для исполнения обязательств в текущем году). Движущей силой механизма обращения зеленых сертификатов является необходимость выполнения компаниями обязательств, взятых на себя самостоятельно или наложенных правительством. В зарубежной литературе «зеленые сертификаты» известны также как: Renewable Energy Certificates (RECs), Green tags, Renewable Energy Credits.

Возмещение стоимости технологического присоединения

Для повышения инвестиционной привлекательности проектов на основе ВИЭ государственными органами может предусматриваться механизм частичной или полной компенсации стоимости технологического присоединения генераторов на основе возобновляемых источников к сети. На сегодняшний день только в Китае сетевые организации полностью принимают на себя все затраты на технологическое присоединение.

Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ

Накопленный в мире опыт позволяет говорить о фиксированных тарифах как о самых успешных мерах по стимулированию развития возобновляемых источников энергии. В основе данных мер поддержки ВИЭ лежат три основных фактора:

гарантия подключения к сети;
долгосрочный контракт на покупку всей произведенной ВИЭ электроэнергии;
гарантия покупки произведенной электроэнергии по фиксированной цене.

Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ могут отличаться не только для разных источников возобновляемой энергии, но и в зависимости от установленной мощности ВИЭ. Одним из вариантов системы поддержки на основе фиксированных тарифов является использование фиксированной надбавки к рыночной цене энергии ВИЭ. Как правило, надбавка к цене произведенной электроэнергии или фиксированный тариф выплачиваются в течение достаточно продолжительного периода (10-20 лет), тем самым гарантируя возврат вложенных в проект инвестиций и получение прибыли.

Система чистого измерения

Данная мера поддержки предусматривает возможность измерения отданного в сеть электричества и дальнейшее использование этой величины во взаиморасчетах с электроснабжающей организацией. В соответствии с «системой чистого измерения» владелец ВИЭ получает розничный кредит на величину, равную или большую выработанной электроэнергии. В соответствии с законодательством, во многих странах электроснабжающие организации обязаны предоставлять потребителям возможность осуществления чистого измерения.

Инвестиции

Во всём мире в 2008 году инвестировали $51,8 млрд в ветроэнергетику, $33,5 млрд в солнечную энергетику и $16,9 млрд в биотопливо. Страны Европы в 2008 году инвестировали в альтернативную энергетику $50 млрд, страны Америки - $30 млрд, Китай - $15,6 млрд, Индия - $4,1 млрд .

В 2009 году инвестиции в возобновляемую энергетику во всём мире составляли $160 млрд, а в 2010 году - $211 млрд. В 2010 году в ветроэнергетику было инвестировано $94,7 млрд, в солнечную энергетику - $26,1 млрд и $11 млрд - в технологии производства энергии из биомассы и мусора .

См. также

Примечания

Ссылки

Вы и «зеленая» энергетика , раздел сайта Всемирного фонда дикой природы

Экология
Общее
Глобальные проблемы
Организации и движения
Экологическое право
Законы
Экологические акции
Дни
Альтернативная энергетика
Загрязнения

по дисциплине:

"Основы энергосбережения"

Тема: "Возможности использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии"

Введение

Виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии и технологии их освоения

Использование возобновляемых источников энергии

Возобновляемые источники энергии в России до 2010 года

Роль нетрадиционных и возобновляемых источников энергии при реформировании электроэнергетического комплекса Свердловской области

Заключение

Список литературы

Введение

При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счет использования органического топлива (уголь, нефть, газ), гидроэнергии и атомной энергии на основе тепловых нейтронов. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020 г. может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично. Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет других источников энергии - нетрадиционных и возобновляемых.

Возобновляемые источники энергии - это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.

Невозобновляемые источники энергии - это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников, в отличие от возобновляемых, находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека.

В соответствии с резолюцией № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г) к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков.

Основным видом "бесплатной" неиссякаемой энергии по справедливости считается Солнце . Оно ежесекундно излучает энергию в тысячи миллиардов раз большую, чем при ядерном взрыве 1 кг урана (U2351).

Самый простой способ использования энергии Солнца - солнечные коллекторы, в состав которых входит поглотитель (зачерненный металлический, чаще всего алюминиевый лист с трубками, по которым протекает теплоноситель). Коллекторы устанавливаются неподвижно на крышах домов под углом к горизонту, равным широте местности или монтируются в кровлю. В зависимости от условий инсоляции в коллекторах теплоноситель нагревается на 40-50° больше, чем температура окружающей среды. Такие системы применяются в индивидуальном жилье, практически полностью покрывая потребность населения в горячей воде; в районных отопительных установках, а также для получения технологической тепловой энергии в промышленности. Солнечные коллекторы производятся во многих городах России, и стоимость их вполне доступна.

Электроэнергия от светового потока может производиться двумя путями: путем прямого преобразования в фотоэлектрических установках, либо за счет нагрева теплоносителя, который производит работу в том или ином термодинамическом цикле. Прямое фотоэлектрическое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию используется на фотоэлектрических или солнечных станциях, работающих параллельно с сетью, а также в составе гибридных установок для автономных систем ("экодомов" и пр.). Возможно также комбинированное производство электрической и тепловой энергии. В перспективе предполагается, что солнечной энергии будет придаваться большое значение вследствие ее щадящего воздействия на окружающую среду по сравнению с большинством других источников энергии. Это со временем выльется в относительную экономичность, однако пока удельные капитальные вложения в фотоэлектрические установки превышают традиционные в пять и более раз.

Скорость и направление ветра меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее "надежным", чем Солнце. Таким образом, возникают две проблемы, которые необходимо решить в целях полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность "ловить" кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом. Может быть, одним из решений станет внедрение новой технологии по созданию и использованию искусственных вихревых потоков.

Наиболее распространенным типом ветровых установок (ВЭУ) является турбина крыльчатого типа с горизонтальным валом и числом лопастей от 1 до 3 в фиксированном положении с небольшой регулировкой угла наклона. Турбина, мультипликатор и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. В последних моделях ВЭУ используются асинхронные генераторы переменной мощности, а задачу кондиционирования вырабатываемой энергии выполняет электроника. Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной скорости их вращения, возможностью соединяться непосредственно с генератором электрического тока без мультипликатора и высоким коэффициентом использования энергии ветра.

Другая популярная разновидность ВЭУ - карусельные ветродвигатели. Они тихоходны, и это позволяет использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при сильном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование - использование многополюсного генератора, работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов неэффективно из-за низкого КПД последних. Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем, "откуда дует ветер", что весьма существенно для приземных рыскающих потоков.

Экономический потенциал малых и мини-ГЭС составляет примерно 10% от общего экономического потенциала. Но используется этот потенциал менее чем на 1%. Сейчас начинается процесс восстановления разрушенных и строительства новых малых и мини-ГЭС. Однако малые ГЭС, построенные путем полного перегораживания русла рек плотинами, обладают всеми недостатками наших гигантов энергетики (ГЭС) и строго говоря, вряд ли могут быть отнесены к экологически чистым видам энергии.

Бесплотинные микро-ГЭС для речек, речушек и даже ручьев существуют уже давно. Бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. в комплекте с аккумулятором обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или небольшую мастерскую. Роторная установка диаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается на придонную "лыжу" и тросами закрепляется с двух берегов. Бесплотинная мини-ГЭС, успешно зарекомендовавшая себя на речках Горного Алтая, доработана до уровня опытного образца.

Волновая энергия . В структуре возобновляемых энергоресурсов весьма перспективным энергоносителем являются океанские волны. Специалисты утверждают, что уже сейчас за счет энергии океанских волн возможно получение электроэнергии производительностью до 10 млрд. кВт. Это лишь незначительная доля совокупной мощности волн морей и океанов Земли. Вместе с тем она больше мощности всех электростанций, работавших на земле в 1990 г. Наиболее совершенен проект "Кивающая утка", предложенный конструктором С. Солтером (S. Salter, Эдинбургский университет, Шотландия). Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 кВт/ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это - 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 кВт/ч).

Энергию приливов вполне можно "приручить" на приливных ГЭС, которые демонстрируют достаточно хорошие экономические показатели, но ресурс их ограничен - требуются специфические природные условия - узкий вход в бухту и т.п. Совокупная энергия приливов оценивается в 0,09*1015 кВт*час в год.

Геотермальная энергия , строго говоря, не является возобновляемой, поскольку речь идет не об использовании постоянного потока тепла, поступающего из недр к поверхности (в среднем 0,03 Вт/м2), а об использовании тепла, запасенного жидкими или твердыми средами, находящимися на определенных глубинах. Мировые запасы геотермальной энергии составляют: для получения электроэнергии - 22400 ТВт*ч/год, для прямого использования - более 140 ТДж/год тепла. Существующие геотермальные электростанции (геоТЭС) представляют собой одноконтурные системы, в которых геотермальный пар непосредственно работает в паровой турбине, или двухконтурные с низкокипящим рабочим телом во втором контуре.

Биомасса представляет собой весьма широкий класс энергоресурсов. Ее энергетическое использование возможно через сжигание, газификацию (термохимические газогенераторы, перерабатывающие твердые органические отходы в газообразное топливо), пиролиз и биохимическую переработку анаэробного сбраживания жидких отходов с получением спиртов или биогаза. Каждый из этих процессов имеет свою область применения и назначение.

Некоммерческое использование биомассы (проще говоря, сжигание дров) наносит большой ущерб окружающей среде. Хорошо известны проблемы обезлесевания и опустынивания в Африке, сведения тропических лесов в Южной Америке. С другой стороны, использование древесины от энергетических плантаций является примером получения энергии от органического сырья с суммарными нулевыми выбросами диоксида углерода.

Возобновляемые или так называемые альтернативные источники – большой шаг вперёд в энергообеспечении человечества. Единственный недостаток – дороговизна внедрения. Окупаемость для инвестора покрывается за несколько лет. Данные технологии за последний век набрали больших оборотов, и сейчас покрывают около 20% потребляемого.

Итак, возобновляемые источники – это природные ресурсы, способны к быстрому восстановлению естественным путём.

Резервуар для производства биогаза, фотоэлектрические панели и ветрогенератор

К ним относят:

солнечный свет
приливы и отливы (косвенное использование силы притяжения луны)
энергия волн
ветер
водные потоки
геотермальная теплота

Солнечный свет

Пожалуй, самый известный, нашумевший в СМИ источник альтернативной энергии. Самое громкое его потребление было в 1958 году, тогда американцы впервые пустили в ход солнечные батареи на своих спутниках. Сегодня же мы часто видим их, они стали для нас привычным легко узнаваемым явлением.

Принцип извлечения прост. Батарея состоит из панели которая имеет две сложенные вместе пластинки из кремния. первую пластину покрывают бором, а вторую фосфором. Слой покрытый фосфором, имеет свободные электроны, в то время когда в слое покрытым бором – электроны отсутствуют. Под воздействием лучей, электроны начинают движение частиц, и между ними возникает электрический ток. Затем с помощью мелких медных проводников, ток накапливают в батареях.

Также существуют термальные электростанции, в которых сконцентрированными лучами нагревали воду до кипения, а затем потребляли. Но у этого метода слишком мал коэффициент полезного действия, вследствие чего он не используется.

Самая большая солнечная электростанция в Мохаве

Позитивной цепью является:

легко доступности почти на всех континентах и уголках земного шара
дешевизна обслуживания
бесшумность
простота монтажа
легкость в использовании

Негативная сторона:

малый коэффициент эффективности, сейчас это не превышает 30-40%
высокая стоимость батарей
большая площадь для установки

Полный процесс изготовления панели своими руками

Приливы и отливы воды

Это очень мощный, неисчерпаемый источник. В своё время ещё Жюль Верн интересовался применением этого природного явления, а изобретательные англичане строили мельницы на берегах движущихся вод, в далеком 11 веке нашей эры. Переработка с помощью силы притяжения Солнца и спутника земли Луны непростая задача и имеет много трудностей. Несмотря на постоянность силы притяжения космических тел, выбор места для постройки приливной электростанции – сложный. В нём учитывается и кратность приливов/отливов за сутки, высота подъёма (колеблется от 30см. до 15м.), почва, на которой будет сооружена постройка.

Ещё одной интересной особенностью есть несовпадения лунных суток с солнечными. Лунные сутки на 50 минут меньше, а люди живут по ним 24 часа. В результате получаются несовпадения по времени с самым максимальным и минимальным вырабатыванием и её потребление, во время самой активной деятельности человека.

Сама приливная электростанция устроена довольно просто. Наперекор устьям большой реки впадающей в море/океан, возводится дамба. Сооружение полностью перекрывает движение в обе стороны. В отверстиях дамбы устанавливают огромные лопасти, которые под током пропускают её и крутятся, а генераторы выдают электричество.

Несмотря на большие сложности с установкой системы, она довольно успешно используется по всему миру. В связи с высокой эффективностью и малым влиянием на экологию, человечество продолжает наращивать их количество по всему земному шару.

ПЭС

Приливная электростанция (ПЭС) - особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.

Взято из Википедии, подробнее https://ru.wikipedia.org/wiki/Приливная_электростанция

Энергия волн

За своей природой схожа с приливами и отливами. Для извлечения из волн существуют –волновые электростанции, работа основана на превращении кинетической энергии волн в электрическую.

Морской змей – такое название имеет рабочее приспособление. Состоит оно из секций, между которыми закреплены гидравлические поршни. Внутри каждой секции также есть электрогенераторы и гидравлические двигатели.

Волнообразные движение колеблет все эти соединений и приводит в работу гидравлические поршни, те, в свою очередь, приводят в движение масло. Масло пропускается через гидравлические двигатели. Эти моторы приводят в движение электрические генераторы что и даёт конечный результат, производит электроэнергию. Большой недостаток – нестойкость механизма к штормовым волнам.

Ветер

Ветер – старый, проверенный и надёжный источник возобновляемой энергии. Люди его использовали задолго до введения термина в парусных кораблях и ветряных мельницах.

Сейчас, в силу развития технологий, ветрогенераторы стали достаточно сильной фигурой на рынке и занимают крепкую позицию в своей нише. Конкурентность между производителями заставила их хорошо вложиться в исследования наиболее оптимального ветрогенератора.

Ветроэнергетика

Для оптимальной работы ветряка учитываются такие факторы:

высота над уровнем моря или земли. Как известно зона до двух километров турбулентна, воздушные потоки, располагаемые выше сильно тормозят нижние. Но эффект заметно снижается уже на высоте 100 метров. Плюс, расположения ветряка выше 100 метров позволит увеличить длину лопасти и освободить пространство под устройством для деятельности людей и других коммуникаций
расположение. Оптимальный вариант – побережье или море. Интересный факт! Сейчас появилась офшорная ветроэнергетика. Некие группы людей строят в морях и океанах ветряные электростанции, а на побережья проводят провода подачи тока, тем самым укрываясь от налогов
скорость ветра. Характеристика высчитывается по среднему показателю по региону. Ветряк начинает работать при скорости ветра 3 м/с, а при скорости свыше 25 м/с идет аварийное его отключение, дабы не повредить устройство. Оптимальная скорость – 15 м/с
количество лопастей. В процессе исследований было определено, что три лопасти – самый эффективный вариант.
Ось вращения

Водные потоки

Употребление водных потоков как возобновляемых источников очень широко распространено по всему миру. Гидроэнергетика это часть хозяйственно-экономических коммуникаций основана на расходе энергии падающей воды и превращения её в электрическую.

Для осуществления задачи используют плотинную схему или деривационную схему. Основа её заключается в создании огромной плотины для напора больших водных масс. Деривационная схема использует меньшее количество воды, и основана на искусственном отводе русла от реки в деривацию, а напор создаётся за счет разности наклонов этих двух элементов.

Преимущества:

Недостатки:

смена климата в месте водохранилища
затопления огромных участков земли пригодных для жизни и земледелия
уничтожение огромных участков налаженной экосистемы
уничтожения мест гнездования перелетных птиц
изменение характеристик (в следствии замедления тока, на дне водоёма накапливаются вредные вещества)

Геотермальная теплота

Это ответвление, основанное на производстве тепла, за счёт содержащейся в недрах земли энергии, на геотермальных станциях. Относительно молодой вид добычи. Для производства с помощью геотермальной теплоты используют сейсмически нестойкие регионы, в которых циркулирующие подземные воды нагреваются выше температуры кипения за счёт лавы. Пар и вода поднимается по трещинам к поверхности земли и проявляется в виде гейзеров. Также для доступа используют глубокое бурение скважин.

Такая вода и пар пригодны как для переработки, так и для прямой подачи горячего снабжения для нужд населения. Большой плюс в использовании геотермальных источников – это неиссякаемость и независимость от погодных условий и времени года. Минусом же есть сильная загрязнённость токсическими веществами(такими как, фенол, мышьяк, кадмий, цинк, свинец, бор, аммиак).

Геотермальная энергетика

Схожий вид добычи – петротермальная энергетика. С каждым углублением в недра земли на 100 метров температура поднимается в среднем на 2.5 °С, и при достижении 5 км. Достигает отметки в 125 °С. Для реализации вопроса добычи тепла с помощью этого факта, сверлятся две глубокие скважины. В одну из них закачивается вода, которая нагревается и через смежный проток поднимается по другой. Сейчас представленный вид экспериментальный, решается вопрос в его рентабельности.

Природа нам дала огромный запас ресурсов, нам лишь осталось правильно ими распоряжаться. Их преимущество над классическими – это экологичность.