Распределенное производство энергии реферат

Обновлено: 07.07.2024

Рассмотрены перспективы развития установок распределенной генерации в России. Снижаются риски дефицита мощности и потери электроснабжения от питающей подстанции основной сети, повышается надежность энергоснабжения, улучшаются показатели качества электрической энергии, снижаются потери мощности и электроэнергии. Энергосистема будущего должна будет сочетать крупные электростанции и распределенную генерацию.

В настоящее время в России ввод новых генерирующих мощностей отстает от роста электропотребления, кроме того, проблема усугубляется старением существующих генерирующих мощностей. В условиях рыночной неопределенности развития электроэнергетической отрасли одним из наиболее популярных решений повышения надежности электроснабжения потребителей является размещение установок распределенной генерации вблизи центров нагрузок. В этом случае снижаются риски дефицита мощности и потери электроснабжения от питающей подстанции основной сети, повышается надежность энергоснабжения, улучшаются показатели качества электрической энергии, снижаются потери мощности и электроэнергии.

В России в 1960–1980-х годах вводилось в среднем более 6 млн кВт в год. После распада СССР вводы новых генерирующих мощностей существенно сократились и установленная мощность электростанций за все эти годы, начиная с 1991 г., увеличилась менее чем на 2 млн кВт. Вместе с тем, оборудование электростанций вырабатывает свой проектный ресурс (табл. 1). В целом к 2015 г. отработает свой проектный ресурс почти 70 % существующих генерирующих мощностей.

Динамика выработки проектного ресурса электростанций

Мощность агрегатов, достигших предельного срока службы, млн кВт

Износ основного генерирующего и сетевого оборудования в энергетической отрасли РФ составляет порядка 60 % [3]. Фактический ввод новых генерирующих мощностей существенно отстает от необходимых объемов (табл. 2). В период с 2001 по 2005 гг. в стране было введено в строй новых мощностей на 9,5 ГВт, в то время как с учетом генеральной схемы и необходимости замены действующего оборудования в ближайшие 20 лет, потребность в новых мощностях составляет 173 ГВт.

Факт/План ввода генерирующих мощностей

Введено мощностей, ГВт

Необходимо с учетом вывода мощностей, ГВт

До 2010 года объемы вводов составляли примерно 2 ГВт в год. Рекорд был установлен в 2011 году, когда под нагрузку было поставлено 6 ГВт мощностей, но эта цифра не учитывает Калининскую АЭС – 4,7 ГВт. А в соответствии с генеральной схемой надо вводить 8–8,3 ГВт в год. На такой уровень должна выйти российская электроэнергетика, чтобы обеспечить покрытие потребности в электроэнергии и вывод неэффективных станций из эксплуатации. Сегодня установленная мощность российской электроэнергетики составляет 223,6 ГВт. Почти 70 % – это тепловые электростанции, 21 % – гидроэлектростанции, 11 % – атомные электростанции. Доля распределенной малой энергетики составляет лишь 1,4 %.

Ограничения в наращивании генерирующих и передающих мощностей с использованием традиционных применяемых технологий сдерживают не только развитие промышленности, но и социальное развитие. Поэтому во многих странах стремятся использовать распределенную генерацию – малые генерирующие источники, подключаемые к распределительной электрической сети.

Сам термин "распределенная генерация" даже специалистами в России пока толкуется неоднозначно. Одни считают, что подобные источники электроэнергии должны непременно находиться в непосредственной близи к потребителю и при этом не принадлежать электроэнергетическим компаниям. Другие относят к данной категории, прежде всего, теплоэлектростанции и считают спорным включение сюда генерации на основе возобновляемых источников энергии, особенно гидроэлектростанций, пусть и небольшой мощности.

Поэтому пока придется остановиться на определении, которое озвучил глава подкомитета по распределенной генерации комитета Госдумы РФ по электроэнергетике Сергей Есяков, предложив отнести сюда генерирующие объекты (независимо от способа производства электроэнергии мощностью) от 1МВт (опять же условно) до 50 МВт, расположенные в непосредственной близости от потребителя с возможностью использования системы накопления электроэнергии.

На сегодняшний день в России можно выделить три категории генерирующих мощностей, которые подпадают под широкое определение распределенной генерации:

-блок-станции, источник электрической (иногда тепловой) энергии, расположенный на территории или в непосредственной близости от промышленного предприятия и принадлежащий владельцам этого предприятия на правах собственности или ином законном основании, например праве аренды. Блок-станции, как правило, выгодны их владельцам, поскольку могут функционировать за счет побочных продуктов основного производства (попутный или доменный газ и т.п.);

-теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Комбинированное производство электроэнергии и тепла повышает коэффициент использования топлива в среднем на 30 %. На фоне этого эффекта существенные затраты и неудобства при сооружении и эксплуатации теплосетей становятся приемлемыми. Это одна из причин, по которым когенерация широко пропагандируется и поощряется сейчас на Западе;

-объекты малой и средней генерации, в числе которых газотурбинные и газопоршневые станции, а также пока еще малочисленные в России электростанции на возобновляемых источниках электроэнергии (ВИЭ).

Российский потенциал использования распределенной генерации гораздо больше, чем у любой другой страны. Более половины территории России не электрифицировано вообще, и здесь распределенная генерация как нельзя кстати. Климатические и географические особенности порождают более высокую, чем в других странах, потребность в электроэнергии и тепле. Огромные расстояния в совокупности низкой плотностью населения делают централизованное энерго- и теплоснабжение очень дорогим. А доступность энергоресурсов, дополненная прочими достоинствами распределенной генерации, делают ее весьма привлекательной.

Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии — это наиболее эффективный способ экономии топлива как в жилищно-коммунальном хозяйстве, так и в промышленности [1]. Но в настоящее время в комбинированном режиме энергия производится практически только на паротурбинных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) в крупных городах. Значительная часть централизованного производства тепловой энергии (48,9 %) вырабатывается в котельных, которые не только не производят электроэнергию, но и являются ее крупными потребителями в сфере ЖКХ. Доля тепла, производимая без выработки электроэнергии, составляет 63,4% (с учетом децентрализованного теплоснабжения от непромышленных изолированных котельных мощностью менее 20 Гкал/ч и тепла, получаемого на индивидуальных теплогенераторах).

С другой стороны, развитие комбинированной выработки тепловой и электрической энергии при использовании существующей инфраструктуры котельных позволит наименее капиталоемким способом в значительной части обеспечить потребности экономики в росте электропотребления. Объем рынка распределенной генерации в России на ближайшие 10 лет оценивается экспертами в 20–40 тысяч МВт. С появлением новых технологий и созданием электрических станций малой мощности большое внимание стало уделяться вопросам изменения режимных свойств ЭЭС, когда существенно трансформируются технические параметры, вызванные неоднородностью элементов электрических систем. Распределенная генерация позволяет создавать эффективные и надежные системы производства высококачественной электрической и тепловой энергии в непосредственной близости от локальных потребителей с учетом их конкретных запросов. Высокая инвестиционная привлекательность и финансовая эффективность распределенных электростанций обусловлена:

− относительно низким уровнем первоначальных вложений;

− возможностью быстрого и поэтапного ввода в эксплуатацию;

− полным контролем со стороны потребителя, включая возможность продажи избыточной электроэнергии.

Смешанная система электроснабжения обеспечивает дополнение и резервирование централизованных систем. При этом потребитель, например промышленное предприятие с источником распределенной генерации имеет следующие преимущества:

− получает электрическую и тепловую энергию по стоимости, как правило, ниже установленных тарифов;

− располагает повышенной надежностью энергоснабжения;

− может получать дополнительные выгоды от продажи электроэнергии прочим потребителям;

− может использовать более дешевое местное топливо, что особенно выгодно, если иметь в распоряжении парогазовые установки и газотурбинные электростанции.

Существуют и препятствия для развития распределенной генерации:

− высокие таможенные пошлины на ввозимое из-за рубежа оборудование;

− сложности технического регулирования и лицензирования при строительстве объектов распределенной генерации;

− тепловые электростанции, в том числе объекты распределенной генерации, относятся к опасным производственным объектам. Нужно не только подтверждение соответствия требованиям технического регламента о безопасности машин и оборудования, но и подтверждение соответствия требованиям по энергоэффективности;

− трудности при присоединении к электрическим сетям и в оказании услуг по оперативно-диспетчерскому управлению.

25 МВт (табл. 3). Из общего объема на его долю приходится всего 5 % [6]. Также очень трудная задача – это возобновляемые источники, целевой показатель которых в энергобалансе составляет 4,5 %. Но меры господдержки не принимаются до сих пор, и расчеты, выполненные в рамках схемы, показали практическую невозможность при сложившихся обстоятельствах достичь нужного уровня к 2020 году.

Суммарный ввод объектов малой распределенной генерации к 2030 году составит 9,2 ГВт, т.е. сохраняется централизованная модель электроэнергетики.

Организации, занятые централизованным планированием, не в состоянии получить информацию о планах промышленников по строительству собственных мощностей и, соответственно, вынуждены пренебрегать этим фактором. А неопределенность тарифной политики и постоянно меняющееся законодательство и есть основные факторы, толкающие промышленников в направлении распределенной генерации.

Распределенное производство энергии как концепция строительства источников энергии и распределительных сетей. Факторы, стимулирующие развитие распределенной генерации. Возобновляемые источники энергии. Режимы работы автономных систем электроснабжения.
Краткое сожержание материала:

Содержание

Введение

В настоящее время промышленно развитые страны производят основную часть электроэнергии централизованно, на больших электростанциях, таких как тепловые электростанции, атомные электростанции, гидроэлектростанции. Мощные электростанции благодаря "эффекту масштаба" имеют превосходные экономические показатели и обычно передают электроэнергию на большие расстояния. Место строительства большинства из них обусловлено множеством экономических, экологических, географических и геологических факторов, а также требованиями безопасности и охраны окружающей среды. Например, угольные станции строятся вдали от городов для предотвращения сильного загрязнения воздуха, влияющего на жителей. Некоторые из них строятся вблизи угольных месторождений для минимизации стоимости транспортировки угля. Гидроэлектростанции должны находиться в местах с достаточным энергосодержанием (значительный перепад уровней на расход воды).

Распределённое производство энергии подразумевает строительство дополнительных источников электроэнергии в непосредственной близости от потребителей. Мощность таких источников выбирается исходя из ожидаемой мощности потребителя с учетом имеющихся ограничений (технологических, правовых, экологических и т.д.) и может варьироваться в широких пределах (от двух-трех до сотен киловатт). При этом потребитель не отключается от общей сети электроснабжения.

В качестве дополнительных источников электроэнергии могут применяться как средства альтернативной энергетики (солнечные батареи, ветровые генераторы, топливные элементы), так и традиционные когенерационные установки (КГУ) малой и средней мощности. В последнем случае благодаря расположению когенерационных установок непосредственно у потребителей, становится возможным использование не только вырабатываемой электроэнергии, но и побочной тепловой энергии на нужды отопления, горячего водоснабжения или абсорбционного холодоснабжения самого владельца КГУ или сторонних потребителей, расположенных поблизости. Это позволяет добиться высокой эффективности использования топлива (до 90 % от потенциальной энергии).

1. Распределенная генерация

Распределённое производство энергии - концепция строительства источников энергии и распределительных сетей, которая подразумевает наличие множества потребителей, производящих тепловую и электрическую энергию для собственных нужд, а также направляющих излишки в общую сеть (электрическую или тепловую).

1.1 Предпосылки и тенденции

Электроэнергетика экономически развитых стран мира, в том числе, бывшего СССР, интенсивно развивалась в течение ХХ века главным образом путем повышения уровня централизации электроснабжения при создании все более мощных электроэнергетических объектов (электростанций, ЛЭП). Следствием этого явилось формирование территориально распределенных протяженных электроэнергетических систем (ЭЭС). Это позволило достичь существенного экономического эффекта, повысить надежность электроснабжения и качество электроэнергии.

С начала XX века технологии традиционных паротурбинных агрегатов тепловых и атомных электростанций развивались по пути использования все более высоких параметров пара, это требовало применения более совершенных материалов котлов и турбин, при этом имела место тенденция увеличения единичной мощности установок. Все отмеченное позволяло улучшать технико-экономические параметры установок - удельные капиталовложения и постоянные текущие издержки на единицу мощности и удельные расходы топлива на единицу вырабатываемой электроэнергии. Указанная тенденция укрупнения агрегатов наблюдалась и в гидроэнергетике, хотя и в меньшей мере.

В 1980-е годы эта тенденция принципиально изменилась вследствие появления высокоэффективных (до 55-60 % КПД) газотурбинных и парогазовых установок (ГТУ и ПГУ) широкого диапазона мощностей, в том числе малых - от единиц до одного-двух десятков МВт. Отличительной особенностью таких установок, особенно малых, является их высокая заводская готовность, что позволяет вводить их в эксплуатацию за период в пределах года. Одновременно появился большой ассортимент мини - и микро - ГТУ (от долей кВт до нескольких десятков кВт). На основе малых ГТУ начали сооружаться малые ГТУ-ТЭЦ для комбинированной выработки электроэнергии и тепла.

К малой энергетике относятся и многие типы энергетических установок на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), прежде всего ветроэнергетические установки (ВЭУ). Малые ГТУ, ПГУ и ВЭУ устанавливаются непосредственно у потребителей и подключаются к распределительной электрической сети на напряжениях 6-35 кВ. Эти установки получили название "распределенная генерация".

Главными факторами, стимулирующими развитие распределенной генерации, являются:

адаптация потребителей к рыночной неопределенности в развитии электроэнергетики и в ценах на электроэнергию; это способствует снижению рисков дефицита мощности и повышению энергетической безопасности;

повышение адаптационных возможностей самих ЭЭС к неопределенности рыночных условий развития экономики и снижение тем самым инвестиционных рисков;

появление новых высокоэффективных энергетических технологий (ГТУ и ПГУ);

рост доли газа в топливоснабжении электростанций;

ужесточение экологических требований, стимулирующее использование ВИЭ (гидроэнергии, ветра, биомассы и др.) при протекционистской политике государств.

Требования к энергоснабжению формулируются просто - надёжность, постоянство. И для многих становится ясно, что на сегодня единственный путь иметь продукт высшего качества - произвести его самому. Военные во всём мире знают это давно, промышленники уже пришли к таким решениям, а семьи и предприятия малого бизнеса начали осознавать преимущества владения электрогенераторами и тепловыми котлами только сейчас. Кризис сложившейся монополизированной энергетической инфраструктуры и начавшаяся либерализация энергетических рынков одновременно и увеличивают степень неопределённости будущего, и привлекают открывающимися возможностями для бизнеса. И тот и другой фактор увеличивают спрос потребителей энергии на собственные генерирующие мощности.

Разбросанное по подвалам и задним дворам энергетическое оборудование, установленное владельцами на случай аварий в централизованных сетях, или в условиях отсутствия этих сетей, начинает восприниматься в мире как формирующаяся целостность - основа для возникновения новой отрасли, получившей название распределённой генерации (РГ). К процессам в этой отрасли привлечено внимание владельцев оборудования, существующих "старых" энергокомпаний, новых игроков, производителей оборудования, не говоря уже о государственных органах.

1.2 Технологии

Распространённые на сегодня технологии распределённой генерации при сравнении с централизованной генерацией во многих случаях дают для распределённой генерации более высокие капитальные затраты (долларов / кВт) и текущие затраты (долларов / кВт. ч). Однако дополнительные преимущества, такие как когенерация тепла, повышение надёжности, отсутствие сетевых издержек, уже сейчас делают распределённую генерацию выгодной во многих применениях, некоторые из которых описаны ниже. Справедливая рыночная оценка всех преимуществ является ключевым фактором для определения перспективности таких проектов. Развитие технологий выводит на уровень экономической оправданности всё больше вариантов использования РГ.

Пока что основными интересами потребителей остаются возможности резервирования, экономия за счёт снижения расходов, повышенный КПД одновременной генерации тепла и электроэнергии. Энергокомпании уже начинают рассчитывать на существенную поддержку от распределённых генераторов при пиковых нагрузках, на использование этих мощностей для снижения потерь и улучшения параметров работы сети.

Для распределённой генерации используются и ставшие традиционными установки, и продукты новейших технологий. К традиционным относятся все типы установок внутреннего сгорания, среди которых лидируют дизели и двигатели, работающие как на дизельном топливе, так и на газе. Несмотря на непрерывное усовершенствование, они остаются экологически грязными по сравнению с использованием более новых технологий.

1.3 Микротурбины

Микротурбины были разработаны ещё в 60-х для электроснабжения на борту авиалайнеров. КПД таких устройств находится в районе 25-30%. При утилизации тепла КПД достигает 60--70%. Микротурбины могут работать на широком спектре топлива - природный газ, метан, бензин, керосин. Содержание сажи в выхлопе современных моделей в 100 раз меньше чем у дизельного двигателя, и укладывается даже в строгие калифорнийские стандарты охраны окружающей среды.

Микротурбинные установки вырабатывают электроэнергию на месте потребления, или в непосредственной близости от точки, где необходимо электричество. Микротурбинные установки производят электроэнергию, высокого и стабильн.

Теория кодирования в среде MATLAB
Генерация порождающего полинома для циклического кода. Преобразование порождающей матрицы в проверочную и обратно. Расчет кодового расстояния для лине.

(англ. Distributed power generation) -- концепция распределенных энергетических ресурсов подразумевает наличие множества потребителей, которые производят тепловую и электрическую энергию для собственных нужд, направляя их излишки в общую сеть.

В настоящее время промышленно развитые страны производят основную часть электроэнергии централизованно, на больших энергостанциях, таких как угольные электростанции, атомные электростанции, гидроэлектростанции или электростанции на природном газе. Такие электростанции имеют превосходные экономические показатели, но обычно передают электроэнергию на большие расстояния. Строительство большинства из них было обусловлено множеством экономических, экологических, географических и геологических факторов, а также требованиями безопасности и охраны окружающей среды. Например, угольные станции строятся вдали от городов для предотвращения сильного загрязнения воздуха, влияющего на жителей. Некоторые из них строятся вблизи угольных месторождений для минимизации стоимости транспортировки угля. Гидроэлектростанции должны находится в местах с достаточным энергосодержанием (перепад уровней на расход воды). Большинство энергостанций слишком далеко расположены, чтобы использовать их побочное тепло для обогрева зданий. Низкое загрязнение окружающей среды -- критическое преимущество комбинированных энергостанций, работающих на природном газе. Это позволяет им находиться достаточно близко к городу для централизованного теплоснабжения и охлаждения. Другой подход -- распределенное производство электроэнергии. При этом снижаются потери электроэнергии при транспортировке из-за максимального приближения электрогенераторов к потребителям электричества, вплоть до расположения их в одном здании. Такой подход также ведет к уменьшению числа и протяженности линий электропередач, которые необходимо построить. Типичное распределенное производство электроэнергии характеризуется низкими затратами на обслуживание, низким загрязнением окружающей среды и высокой эффективностью. Объединение распределенных генераторов энергии может выступать в качестве виртуальной ТЭЦ. В качестве синонима может использоваться термин "децентрализованное производство энергии", который не отражает специфической особенности -- наличие общей сети обмена электро- и тепловой энергии. В рамках концепции децентрализованного производства электроэнергии возможно наличие общей сети электроэнергии и системы местных котельных, производящих исключительно тепловую энергию для нужд населенного пункта/предприятия/квартала.

Делись добром ;)

Похожие главы из других работ:

Распределенное производство энергии

Глава 4. Производство водорода

Запасы водорода, связанного в органическом веществе и в воде, практически неисчерпаемы. Разрыв этих связей позволяет производить водород и затем использовать его как топливо.

1. Производство электрической и тепловой энергии

Глава 1. Производство атомной энергии

1.1 Производство электрической энергии на атомных станциях

На атомных электростанциях энергия деления ядерного топлива превращается в электрическую. Происходит это следующим образом. В ядерном топливе происходит реакция деления, сопровождающаяся выделением тепла.

1.2 Производство тепловой энергии на атомных станциях

Россия -- одна из немногих стран, где серьёзно рассматриваются варианты строительства атомных станций теплоснабжения. Объясняется это тем, что в России существует централизованная система водяного отопления зданий.

Глава 2. Производство атомной энергии в России на примере Билибинской АЭС

Билимбинская АЭС -- атомная электростанция, расположена рядом с городом Билибино Чукотского автономного округа. Источником хозяйственно - питьевого и технического водоснабжения Билибинской АЭС является водохранилище на ручье Бол.

Разработка лабораторного стенда для проведения лабораторных работ на тему "Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения"

2.2 Производство монтажных работ

Перед монтажными работы нам понадобиться электроинструмент: дрель, лобзик, паяльник. А так же отвертка, плоскогубцы, ножик, карандаш грифельный. В первую очередь переносим размеры с ватмана на переднюю панель стенда.

5. Производство в России

Объём производства реактивных топлив в 2007 году составил 9012,1 тыс. тонн. Из них 7395,04 тыс. тонн были поставлены на внутренний рынок, остальное -- на экспорт.

2. Производство и рынок светодиодов

2. Производство биогаза. Достоинства и недостатки

Для производства биогаза существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики.

3.1.3 Производство уран-ториевого топлива

Топливные таблетки из 233UO2 и 232ThO2, для LWR и CАNDU могут изготавливаться дистанционно в камерах с бетонной защитой. Процесс изготовления включает получение порошка, прессование, спекание и шлифование таблеток.

1.2 Производство технического углерода (сажи)

Технический углерод (сажа) находит применение в шинной, резинотехнической, полиграфической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.

1.4 Производство электроэнергии

В процессе получения технического углерода образуются технологические отбросные низкокалорийные газы. Эти отбросные газы на заводе используются как вторичные энергетические ресурсы.

Глава № 2: Производство электроэнергии

Дополнительная мощность производства электроэнергии будет необходима для удовлетворения все увеличивающегося потребления. Увеличение производственной мощности, естественно, требует.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Содержание1. Распределенная генерация

1.1 Предпосылки и тенденции

1.4 Топливные элементы

1.5 Возобновляемые источники

2. Режимы работы автономных систем электроснабжения

Список использованной литературы

В настоящее время промышленно развитые страны производят основную часть электроэнергии централизованно, на больших электростанциях , таких как тепловые электростанции , атомные электростанции , гидроэлектростанции . Мощные электростанции благодаря "эффекту масштаба" имеют превосходные экономические показатели и обычно передают электроэнергию на большие расстояния. Место строительства большинства из них обусловлено множеством экономических , экологических , географических и геологических факторов, а также требованиями безопасности и охраны окружающей среды. Например, угольные станции строятся вдали от городов для предотвращения сильного загрязнения воздуха, влияющего на жителей. Некоторые из них строятся вблизи угольных месторождений для минимизации стоимости транспортировки угля . Гидроэлектростанции должны находиться в местах с достаточным энергосодержанием (значительный перепад уровней на расход воды).

1. Распределенная генерация

.1 Предпосылки и тенденции

Рис. 1. Энергетические установки с двигателями
Стирлинга в административном здании

Сегодня промышленно развитые страны производят основную часть электроэнергии централизованно, на больших энергостанциях, таких как угольные, атомные и гидроэлектростанции или электростанции, работающие на природном газе. Современные крупные электростанции имеют довольно высокие энергетические показатели, но вынуждены передавать энергию конечным потребителям на большие расстояния.

Потери энергии - большая проблема

В связи с этим одним из перспективных направлений развития мировой энергетики является создание инфраструктуры распределенного производства энергии - распределенной энергетики. Распределенное производство энергии (Distributed power generation) - концепция распределенных энергетических ресурсов - подразумевает наличие множества потребителей, которые производят тепловую и электрическую энергию для собственных нужд, направляя излишки в общую сеть. Такая схема обеспечивает уменьшение потерь электроэнергии при транспортировке по причине максимальной приближенности электрогенераторов к потребителям электричества - вплоть до их расположения в одном здании, а также ведет к уменьшению количества и протяженности линий электропередачи (хотя бы потому, что не нужно будет строить новые).

Распределенное производство электроэнергии характеризуется малыми затратами на обслуживание, низким загрязнением окружающей среды и высокой эффективностью. В рамках этой концепции в качестве генераторов энергии выступают когенерационные установки малой и средней мощности, которые позволяют добиться высокой эффективности использования топлива - до 95% потенциальной энергии топлива.

Перспективы РПЭ и биомасса

Широкое использование биотоплива в энергетике отражает мировую тенденцию к энерго- и ресурсосбережению. Обращение к биоресурсам - это не возврат в прошлое, а разумный подход к экономике и экологии.

Наиболее интенсивно это направление развивается в странах, имеющих значительный запас биоресурсов (лесов, торфяных болот и т. д.), к которым относятся Швеция, Норвегия, Дания, Финляндия, а также страны Балтии. Значительных результатов в использовании местных видов биотоплива достигла, например, Швеция. Природный газ как энергетическое топливо в шведской энергетике занимает не более 2%, и в то же время биоресурсы дают не менее 21% общего объема получаемой энергии. Такие же показатели использования биоресурсов характерны для топливного баланса других стран. В Австрии на биоресурсы приходится 12% общего объема вырабатываемой энергии, в Финляндии - 23%. В целом в странах Европейского союза около 14% общего объема энергии сегодня производится из биоресурсов. В развивающихся странах этот вид энергоресурсов составляет в среднем 20%, в ряде стран Африки - примерно 60%, в азиатских странах - 40%, в странах Латинской Америки - до 30%.

Биотопливо (биомасса) - термин, объединяющий все органические вещества растительного и животного происхождения. Биомасса подразделяется на первичную (растения, животные, микроорганизмы и т. д.) и вторичную (отходы переработки первичной биомассы и продукты жизнедеятельности человека и животных). В свою очередь, отходы также подразделяются на первичные - отходы при переработке первичной биомассы (соломы, ботвы, опилок, щепы, спиртовой барды и т. д.) и вторичные (продукты физиологического обмена животных и человека). Ежегодно воспроизводимый на земле энергетический потенциал растительной биомассы оценивается в 3•10 21 Дж, что в десять раз больше объема мировой добычи ископаемых видов топлива.

Специалистами биомасса рассматривается как наиболее вероятный источник энергии после истощения запасов традиционных энергоносителей, поскольку многие виды биомассы имеют высокие энергетические показатели. Так, по теплотворной способности 1 т сухого вещества соломы эквивалентна 415 кг сырой нефти, теплотворность 1 кг пшеничной соломы и сухих кукурузных стеблей равна 15,5 МДж, соевой соломы - 14,9 МДж, рисовой шелухи - 14,3 МДж, подсолнечной лузги - 17,2 МДж. По этому показателю растительные отходы полеводства приближаются к дровам (14,6-15,9 МДж/кг) и превосходят бурый уголь (12,5 МДж/кг).

Традиционными для России, а также наиболее распространенными и доступными для населения возобновляемыми источниками энергии из биомассы являются древесина и торф.

При сгорании торфа выделяется почти в десять раз меньше серы, чем при сгорании угля, окружающая среда не загрязняется радионуклидами, как это происходит при сжигании не только угля, но и нефти и мазута. Торф можно сжигать в той же топке, где и древесную щепу, его энергоемкость почти такая же, как топлива из древесной массы, а использовать его можно и в обычном виде (высушенный сыпучий торф), и в виде брикетов.

Общие запасы торфа на территории Российской Федерации оцениваются в 162,7 млрд т (при влажности 40%). Наиболее значительные запасы торфа сосредоточены в северных районах европейской части страны, в Западной Сибири, на Урале и СевероЗападе. Запасы торфа могут при определенных условиях возобновляться.

Ежегодный прирост торфа на болотах России составляет 250 млн т. Запасы торфа только на разрабатываемых месторождениях позволяют довести объем его добычи в год до уровня, который эквивалентен 7% объема ежегодно потребляемого угля.

Кроме того, лесо и деревопереработка дают около 700 млн т отходов ежегодно (в лесопильном производстве России 50% древесины превращается в отходы, к которым добавляются соизмеримые по величине отходы деревообрабатывающих и мебельных предприятий). Общий объем органических отходов по разным отраслям народного хозяйства России составляет более 390 млн т в год.

Сельскохозяйственное производство дает 250 млн т, из них 150 млн т приходится на животноводство и птицеводство, а 100 млн т - на растениеводство и др.

Энергетические установки с двигателями Стирлинга

Рис. 3. Энергетическая установка, состоящая из
газогенератора и двигателя Стирлинга мощностью
3 кВт

Наряду с другими направлениями развития распределенной энергетики в настоящее время в России значительный интерес представляет серийное производство электрогенераторов на основе двигателей Стирлинга мощностью от 3 до 100 кВт с модификацией под местное биотопливо. Двигатель Стирлинга относится к классу двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ). По сравнению с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) в двигателях Стирлинга процесс горения проходит вне рабочих цилиндров и протекает более равновесно; рабочий цикл реализуется в замкнутом внутреннем контуре при относительно малых скоростях повышения давления в цилиндрах двигателя и плавном характере теплогидравлических процессов рабочего тела внутреннего контура; при этом нет необходимости в газораспределительном механизме клапанов.

В качестве местного биотоплива для стирлинггенераторов могут использоваться все виды биоресурсов: торф, измельченный уголь, сланцы, биогаз, отходы сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности. Широкое применение энергетических установок с двигателями Стирлинга уже в ближайшее время позволит обеспечить многие регионы мира и России дешевыми в эксплуатации автономными источниками электроэнергии на местном топливе.

В настоящее время в мировых обзорах по энергопреобразующей технике двигатель Стирлинга рассматривается как двигатель, обладающий наибольшими возможностями для дальнейшего совершенствования. Низкий уровень шума, малая токсичность отработанных газов, возможность работы на различных видах топлива, большой ресурс, сравнимые размеры и масса, высокие характеристики крутящегося момента - все эти параметры позволяют машинам Стирлинга в ближайшее время значительно потеснить двигатели внутреннего сгорания.

Высокая экологическая чистота и эффективность обеспечивают перспективность применения двигателей Стирлинга в когенерационных установках мощностью до 100 кВт для одновременной выработки электроэнергии и тепла непосредственно в местах их эксплуатации.

Применение когенерационных установок на основе двигателей Стирлинга позволяет на 40% снизить расход топлива на производство электроэнергии и тепла по сравнению с централизованным энергоснабжением. Себестоимость 1 кВт•ч электроэнергии, выработанной в когенерационной установке, в 3-4 раза ниже, чем в централизованных энергосистемах. Использование автономных когенерационных установок позволяет увеличить объем поставляемого потребителям тепла, горячей воды и электроэнергии без реконструкции старых, перегруженных сетей.

Эффективность двигателей Стирлинга в когенерационных установках по сравнению с двигателями внутреннего сгорания и газовыми турбинами обусловлена особенностью теплового баланса двигателя Стирлинга, выражающегося в разнице между потерями теплоты с отработанными газами и в охлаждающую воду. Для двигателя Стирлинга этот баланс составляет 10 и 40% соответственно, что, с учетом более высокого КПД самого двигателя, позволяет создавать компактные и высокоэффективные когенерационные установки. КПД современных зарубежных стирлинг-генераторов (с учетом получения тепловой энергии) может достигать 95%.

В настоящее время на мировом рынке уже появились когенерационные установки с двигателями Стирлинга, для которых в качестве топлива используются древесная щепа, торф, биогаз и отходы сельского хозяйства.

На рис. 3 представлен общий вид экспериментальной энергетической установки, состоящей из газогенератора и двигателя Стирлинга мощностью 3 кВт.

Переработка древесных отходов методом пиролизного генерирования газа позволяет получать дешевую энергию. В основу работы газогенератора положен принцип преобразования твердого топлива в газообразное под воздействием высокой температуры без доступа кислорода. В результате процесса, называемого пиролизом, вырабатывается генераторный древесный газ. Конструкция газогенераторной установки предельно проста, в работе не требует специально обученного обслуживающего персонала. Газогенератор состоит из трех основных частей: камеры газообразования, камеры возгорания и загрузочного бункера. Детали установки, работающие при повышенной температуре, изготавливаются из жаропрочных материалов. Высокая рентабельность газовых стирлинг-генераторов определяется дешевизной электрической и тепловой энергии, использованием местных видов топлива, близостью к потребителю, отсутствием необходимости в дорогостоящих электросетях и подстанциях, экологической безопасностью и мобильностью.

Заключение

Помимо повышения энергоэффективности децентрализованного энергоснабжения широкое внедрение автономных источников энергии на основе двигателей Стирлинга, работающих на биотопливе, обеспечивает и ощутимый социальноэкономический эффект. Это увеличение количества рабочих мест на всех стадиях добычи, производства, транспортировки и использования местных видов топлива, рост налоговых поступлений в федеральный, региональный и местные бюджеты, развитие новых направлений машиностроения, научно-исследовательских работ и отраслевых конструкторских разработок в этой области.

Николай КИРИЛЛОВ, д-р техн. наук, заслуженный изобретатель РФ,
Сергей ПЕРЕДЕРИЙ, компания EKO Holz und Pellethandel GmbH, Германия

Читайте также: