Нетрадиционная энергетика – сущность, виды, перспективы развития в Республике Беларусь

Рис.7. Взаимодействие вращающейся лопасти с ветровым потоком: υв — вектор скорости ветра; υ1' υ2 — относительные скорости обтекания; ωл — угловая скорость вращения лопасти вокруг своей оси; Fм — сила Магнуса.

Сила Магнуса (Fм), направленная в сторону вращения ветроколеса, указанного на рисунке, возникает из-за разности давлений обтекающего эту лопасть ветрового потока. При вращении цилиндрической лопасти с угловой частотой ωл относительная скорость обтекания цилиндра воздушным потоком υ' будет меньше аналогичной скорости υ2, что и является первопричиной возникновения силы Fм.

В нашей республике ведутся работы по созданию ВЭУ. Отличительная особенность: они вступают в работу при скорости ветра υ0 = 3 м/с. Коэффициент использования энергии ветра ветроколесом с цилиндрическими лопастями близок к 0,5. Регулирование скорости вращения ветроколеса осуществляется путем изменения угловой скорости вращения лопастей ωл. В 1996 г. была создана и испытана экспериментальная ветроустановка ВЭУ-250 (см. Приложение 2). Однако освоение производства таких ВЭУ требует дополнительных исследований, создания соответствующих производственных мощностей и финансирования.

Для ряда сельскохозяйственных объектов, удаленных от линии электропередач, газопроводов и других коммуникаций, перспективным является использование для автономного энергоснабжения ВЭУ малой мощности, Рн ≤ 10 кВт. Еще в бывшем СССР было налажено серийное производство маломощных ВЭУ, типа АВЭУ (автоматическая ветроэлектрическая установка)-6-4(Приложение 2), способных обеспечивать в автономном режиме, при наличии аккумуляторной батареи и преобразователя напряжения, потребности в электроэнергии небольшого фермерского хозяйства. Из ВЭУ такого класса представляет интерес установка ВЭУ-2000(Приложение 2), разработанная на основе высоких технологий авиакосмической промышленности и способная автономно обеспечивать электроэнергией небольшие объекты даже в областях с низкими значениями средней скорости ветра. Ёмкость аккумуляторной батареи для подобных автономных установок выбирается из необходимости обеспечения энергоснабжения при отсутствии ветра в течении 2...3 суток. Еще более надежное электроснабжение обеспечивается при дополнении ВЭУ солнечными батареями.

В середине августа 2007 года в СЭЗ (свободная экономическая зона) «Брест» начала работать первая на Брестчине ветроэнергетическая установка.

Энергия ветра, преобразованная в электрическую, используется на автозаправочной станции, принадлежащей совместному белорусско-итальянскому предприятию «БелТрансОйл». СП (совместное предприятие) «БелТрансОйл» в сутки потребляет 30-35 кВт/ч электроэнергии, что обходится предприятию в течение года в 50 тыс. долларов. Использование ВЭУ позволит экономить до 10% финансовых средств. Здесь итальянская новинка воспринимается как экспериментальная. Преследуется цель выяснить, чему равна скорость ветра на окраине г. Бреста в течение года. Ведь равнинная местность Брестской области считается наименее перспективной для подобных проектов. Но, многолетние наблюдения показали, что есть зоны, где скорость ветра увеличивается за счет ветровой тяги. К такой зоне относится и пойма р. Лесная, в районе которой установлена новая ВЭУ. Если с ее помощью СП «БелТрансОйл» это утверждение подтвердится, то руководство предприятия намерено установить еще одну подобную ветровую турбину мощностью 1,2 МВт. Прорабатываются возможности использования ВЭУ в других регионах Брестчины. Наиболее привлекателен в этом плане Барановичский район.

В последнее время на Брестчине все больше внимания обращается на рациональное использование ветровой энергии. Пружанское отделение районных электросетей РУП «Брестэнерго» приняло решение о возведении ветроэнергетической установки. Специалисты НПО «Малая энергия» (г. Минск) с ноября 2006 по апрель 2007 года провели мониторинг местности и атмосферных явлений в районе д. Могилевцы. Они пришли к выводу, что ВЭУ мощностью в 1 МВт позволит получить 2,5 млн. кВт/ч. Этого достаточно для обеспечения электроэнергией среднего сельхозпредприятия, что составит 3% от потребляемой энергии в Пружанском р-не. В июле 2007 года аналогичный мониторинг проведен возле д. Головчицы. Планируется разработка проектно-сметной документации и строительство первой на Пружанщине ВЭУ. Она будет установлена на высоте 65 м. Размах ее лопастей – 60 м. Работа установки возможна даже при незначительном ветре – 3,5 м/сек. Оптимальная скорость ветра для производства электроэнергии – 12 м/сек. Во время урагана установка перестает работать, и включается при снижении его силы. Преимущество ВЭУ в том, что она работает в те часы, когда наблюдается пик потребления электроэнергии – главным образом днем и в холодное время года. Срок окупаемости одной установки - от 3,5 до 6 лет. По подсчетам специалистов, ветряный потенциал Беларуси – 250 млрд. кВт/час в год. Наиболее приемлемыми регионами по использованию энергии ветра являются Гродненская и Минская области. Северные районы Брестчины тоже считаются подходящими для строительства ВЭУ, чем и воспользовались энергетики Пружанского района.То, что энергию ветра можно довольно эффективно использовать в нашей республике, подтверждают ветроэнергетические установки, которые действуют на протяжении нескольких лет в Нарочанском крае. На въезде в д. Занарочь германским благотворительным общественным объединением «Дома вместо Чернобыля» для переселенцев из Чернобыльской зоны были построены две ВЭУ. На 50-метровой башне установлена ветровая турбина Nordex мощностью 250 кВт, а на 60-метровой цельнометаллической опоре – Repower мощностью 600 кВт. Обе установки производят в год около 140 кВт электроэнергии. Ученые ведут постоянное наблюдение за их работой. Анализ данных показывает, что наши показатели ничуть не хуже, а иногда даже лучше зарубежных Ветер нашу республику не обходит стороной. Остается только использовать его бесплатную энергию.

Основным направлением использования ВЭУ в нашей республике на ближайший период будет применение их для привода насосных установок и как источников энергии для электродвигателей. Перспективны ВЭУ в сочетании с МГЭУ для перекачки воды. Эти области применения характеризуются минимальными требованиями к качеству электрической энергии, что позволяет резко упростить и удешевить ветроэнергетические установки. Готовится к серийному выпуску ветроустановка мощностью 5-8 кВт, устойчиво работающая при скорости ветра 3,5 м/с. Разрабатывается и готовится к испытаниям более мощная ВЭУ с горизонтальным ветроколесом.

 По последним данным, на 17 декабря 2008 года, немецкий консультант по альтернативной энергетике Юнгер Шенк планирует проект для Беларуси, где искренне советует прислушаться к ветру и присмотреться к биоотходам.

5.Сравнение возобновляемых топливно-энергетических ресурсов

Наша страна богата важнейшими природными ресурсами — территорией. На каждый её м2 ежегодно поступает от 980 до 1180 кВт∙ч энергии солнечного излучения, которая является первичной в процессе образования биомассы, гидроэнергии, энергии ветра и др. В качестве оценочной единицы площади сельхозугодий (или другой территории), участвующей в производстве энергии или энергоносителя, удобно использовать 1 га. При среднегодовом поступлении солнечной энергии 1000 кВт∙ч/м2 (1 кВт∙ч = 3,6 МДж; 1 га = 10 000 м2) ежегодно на 1 га площади будет поступать энергия Е0 = 36 000 ГДж (по энергосодержанию Е0 — 1 млн м3 природного газа). Для оценки преобразования солнечной энергии в другие виды введем критерий

           Ek

Kпр.k = — ∙ 100 % ,

           Е0

где Ek — количество энергии или энергосодержание k-гo энергоресурса, полученное с 1 га территории или сельхозугодий за год.

Этот коэффициент не является коэффициентом энергетической эффективности процесса получения энергоресурса, т. к. не учитывает всех видов затрат на реализацию этого процесса. Однако он позволяет количественно оценить способ преобразования солнечной энергии — основного природного энергоресурса. В табл. 2 приведены сведения о возобновляемых ТЭР, освоение которых перспективно для нашей республики. Для ГЭС за пример взята строящаяся на р. Неман станция мощностью 17 МВт и площадью водохранилища около 1000 га. Невысокое значение Kпр.г указывает на то, что за энергию, получаемую от равнинных ГЭС, требуется высокая плата в виде территории, уходящей под водохранилище со всеми последствиями для АПК и экологии региона.

Для получения энергии из биомассы наибольшие перспективы имеют БГУ, ива быстрорастущая на топливо и сахарная свекла для этанола (в табл. 2 урожайность сахарной свеклы принята 500 ц/га). Лесная древесина имеет невысокий выход энергии (≈ 40 ГДж/га в год, К пр.д = 0,11 %).

Таблица 2. Показатели возобновляемых ТЭР для условий Беларуси.

Из таблицы следует, что для условий АПК наиболее предпочтительны тепловые гелиоустановки и фотоэлектрические станции, позволяющие с единицы занимаемой площади получить наибольший выход энергии.

Заключение

Возобновляемые источники энергии могут внести весомый вклад в энергетический баланс нашей республики. Но у всех этих новых источников энергии высокая капиталоемкость и весьма высокая стоимость. Поэтому на развитие энергетики будет отвлекаться все большая часть валового продукта. Взаимосвязи в развитии энергетики и экономики становятся не только сильнее, но и сложнее. Поэтому требуются новые методические подходы к их изучению и учету. Основные задачи этих исследований состоят в изучении объективных тенденций во взаимосвязях энергетики и экономики, в создании методов и моделей для комплексной оценки прямого и обратного влияния энергетических стратегий на развитие народного хозяйства, в разработке рациональных способов учета этого влияния на разных стадиях планирования и прогнозирования.

Число рассматриваемых энергетических стратегий должно быть расширено за счет стратегий крупномасштабной экономии энергии, включающих изменение технологических процессов, структуры промышленного производства и транспорта, конструкции и типа жилых домов, образа жизни и т. д.

Основная задача стоит перед экономикой республики Беларусь оценить, использовать потенциал возобновляемых ресурсов, найти их место в топливно-энергетическом комплексе. Ее решение позволит снизить зависимость экономики республики от импорта энергетических ресурсов, будет способствовать ее стабильности и развитию. При планировании энергетики на возобновляемых источниках важно учесть их особенности:

1.      Периодичность действия в зависимости от неуправляемых человеком природных закономерностей и, как следствие, колебания мощности возобновляемых источников.

2.      Низкие плотности потоков энергии и рассеянность их в пространстве. Поэтому энергоустановки на возобновляемых источниках эффективны при небольшой единичной мощности, и, прежде всего, для сельских районов.

3.      Применение возобновляемых ресурсов эффективно лишь при комплексном подходе к ним. Например, отходы животноводства и растениеводства на агропромышленных предприятиях одновременно могут служить сырьем для производства метана, жидкого и твердого топлива, а также удобрений.

4.      Экономическую целесообразность использования того ли иного источника возобновляемой энергии следует определять в зависимости от природных условий, географических особенностей конкретного региона, с одной стороны, и в зависимости от потребностей в энергии для промышленного, сельскохозяйственного производства, бытовых нужд, с другой. Рекомендуется планировать энергетику на возобновляемых источниках для районов размером примерно 250 км2.

В заключение можно сказать, что в республике Беларусь есть инициаторы-новооткрыватели, которые заинтересованы в продвижении в нашей стране альтернативной энергетики. Такой пример дал житель Беларуси Евгений Широков, построил дом из сухой травы. Фундамент дома сделан из бутылок. Их собирали 3 дня в окрестных лесах. Бутылки как кирпичи уложены на раствор. Получилась очень прочная конструкция, которая сохраняет тепло и не пропускает влагу. Солома, доски, глина - вот и весь стройматериал. И никакой химии. Все натуральное, природное. Стены дома сложены из соломенных блоков, толщиной в полметра. Зимой, говорит изобретатель в таком жилище тепло, а летом прохладно. Это не просто экологический дом, но и здание с нулевым энергопотреблением. На крыше - ветряк и солнечные батареи. Дом абсолютно автономен. Хозяевам не нужны ни линии электропередачи, ни теплосети, ни водопровод, есть даже система биологической утилизации отходов. При помощи бактерий они перерабатываются в удобрения.

Переход к устойчивому развитию Беларуси невозможен без внедрения экологических технологий и альтернативной энергетики, энергосбережения и создания адекватной времени среды обитания в населенных пунктах. Чем раньше мы это осознаем, тем быстрее начнем переходить к устойчивому социально-экономическому развитию и гармоничному сосуществованию с природой. И если бы раньше мы тратили хотя бы 1% средств, затраченных на освоение "мирного атома" и борьбу с последствиями этого "освоения", на развитие альтернативной энергетики и энергосбережение, ситуация сейчас в энергетике и экономике была бы иной.

Литература

1.     Алексеев В.В., Чекарев К.В. Солнечная энергетика. №12. - М.: Знание, 1991.-64с.

2.     Более чем достаточно? Под ред. Р.Кларка.- М.: Энергоатомиздат, 1984. – 216 с.

3.     Internet: http://www.heimstatt-Tschernobyl.com

4.     Кононов Ю.Д. Энергетика и экономика (проблемы перехода к новым источникам энергии). – М.: Наука, 1981. -202 с.

5.     Кравченя Э.М., Козел Р.Н., Свирид И.П. Охрана труда и основы энергосбережения. – Мн.: ТетраСистемс, 2004.- 288 с.

6.     Малтинский М. Энергию приносит ветер. №1.Наука и жизнь, 2005. – с. 46-49.

7.     Тёльдеши Ю., Лесны Ю. Мир ищет энергию.- М.: Мир, 1981. – 440 с.

8.     Усковский В.М. Возобновляющиеся источники энергии. - М.:Россельхозиздат, 1986. – 126 с.

9.     Филинович А. Время и место получать энергию из когенерационных установок. Журнал «Дело» №9.- Мн.: 2008. с. 42-43.

10.           Чирков Ю.Г. Занимательно об энергетике. – М.: Молодая гвардия, 1981. – 208 с

11.           Черноусов С.В. Энергетика Беларуси смотрит в будущее. – Мн.: Энергоэффективность, 2006. - №1 – с.5-8.

12.           www.1tv.ru

Приложение 1

Сила ветра по шкале Бофорта и ее влияние на условия работы ВЭУ

Приложение 2

Технические характеристики ветроустановок

Приложение 3

Состояние ТЭР Республики Беларусь в сопоставлении с зарубежными странами

Страницы: 1, 2, 3, 4