В этом мире всему своё время, и технология (устройство, система), хотя и основанная на аргументированных доказательствах, не пустит корней, и не будет развиваться, если подобно растению, она не будет брошена в землю в нужное время. «Век должен быть подготовлен», – говорят Знающие; и каких-нибудь сорок лет тому назад настоящий материал был бы обречён на саморазрушение собственным содержанием. Но современные достижения в энергетике возобновляемых источников энергии (ВИЭ), несмотря на ежедневные «разоблачения» и насмешки со стороны каждого, связавшего жизнь с традиционной энергетикой (с её многочисленными минусами), растут и усиливаются фактами, если не мудростью и прозрением. То, что тридцать лет тому назад казалось бы просто нелепым, абсурдным, теперь будет выслушано, потому, что достижения энергетики ВИЭ подтверждаются практикой. К несчастью, хотя эффективность технологий энергетики ВИЭ растёт с каждым годом, не наступает соответствующего улучшения в сознании части человечества. Распознавания и ответственности не хватает так же, как всегда.
Уже сегодня с ещё порой высокой стоимостью установленного киловатт-часа энергетика ВИЭ может быть востребована для энергоснабжения, например, санаторно-курортных комплексов как отвечающая требованиям для них по охране окружающей среды, экологии.
Так в Омской области по качеству климато-рекреационных факторов, можно выделить 5 основных курортно-рекреационных зон, 3 из них – функционирующие: Омская, Красноярско-Чернолученская и Таврическая. Они удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к курортно-рекреационным и лечебным местностям. Это доступность территории, хорошие транспортные пути, красивые ландшафты, благоприятные климатические особенности, наличие неограниченных запасов природных лечебных факторов, близость промышленных и сельскохозяйственных районов, обеспечивающих бесперебойное продовольственное снабжение. Тюкалинская и Кормиловская зоны выделены в перспективные для дальнейшего развития курортно-оздоровительных учреждений области.
Потребность в экологически чистом производстве энергии есть всегда. Поэтому эволюция использования ВИЭ нашла своё отражение как же в терминологии, принятой ООН.
В настоящее время, в связи с тем, что в мире преобладает использование ископаемого органического топлива над ВИЭ, ресурсы ВИЭ различных стран и континентов делятся на валовой, технический и экономический потенциалы.
Каждая страна мира в зависимости от своего географического положения и существующих технологий имеет свои приоритетные виды ВИЭ, причём каждый из них имеет свои прогнозируемые потенциалы, которые постоянно корректируются:
• технический потенциал – изменяется по мере развития существующих технологий, оборудования и инновационных решений не столько в рассматриваемых странах, как в мире в целом;
• экономический потенциал – изменяется в зависимости от истощения ископаемого органического топлива и его стоимости на мировых и внутренних рынках, освоения новых территорий, развития дорожной инфраструктуры, а также, особенно в последнее время, с учётом соблюдения экологического равновесия и приоритетом производства продуктов питания над энергетическим сектором производства биотоплива.
Кроме того, что климат каждой страны вносит свои коррективы в интенсивность развития энергетики ВИЭ, и сами «базовые технологии» энергетики ВИЭ претерпевают изменения с целью более эффективного использования на месте как определённого вида ВИЭ, так и за счёт их комплексного использования. У ВИЭ, к сожалению, низкая плотность. Из-за этого её трудно использовать для энергетики больших мощностей.
Поскольку современный темп повышения эффективности технологий энергетики ВИЭ очень высок, то при оценке её возможностей следует исходить в первую очередь из технического потенциала, т.к. только он показывает, какое из направлений энергетики ВИЭ следует развивать в первую очередь.
Технический потенциал части видов ВИЭ в России просто огромен. Потенциал, который может быть реализован на современном уровне развития техники в России составляет 4,6 млрд. т у. т. Это в 5 раз больше общего энергопотребления. Если говорить о цифрах по различным видам ВИЭ, то они представлены в таблице 1 из источника [1].
Технический потенциал ВИЭ в России (Институт теплофизики СО РАН, г. Новосибирск)
|
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)
|
Технический потенциал, млн т у. т.
|
Солнечная энергия
Ветровая энергия
Геотермальная энергия
Энергия малых водотоков
Низкопотенциальное тепло
Биомасса
|
2300
2000
180
125
115
53
|
Как видно из таблицы 1 для России технические потенциалы солнечной и ветровой энергии на порядок превосходят остальные виды ВИЭ.
К серьёзным недостаткам этих ВИЭ, ограничивающих их широкое практическое применение, относятся невысокая плотность энергетических потоков и их непостоянство во времени и, как следствие этого, необходимость значительных затрат на оборудование, обеспечивающее сбор, аккумулирование и преобразование энергии.
Так, например, плотность потока солнечного излучения на поверхность Земли в полдень ясного дня составляет всего около 1 кВт/м², а его среднегодовое значение (с учётом сезонных и погодных колебаний) для самых солнечных районов земного шара не превышает 250 Вт/м² (для средней полосы России 120 Вт/м²).
Средняя удельная плотность энергии ветрового потока, как правило, не превышает нескольких сотен Вт/м². Так при скорости ветра 10 м/с удельная плотность потока энергии (Е = 1/2ρV³, ρ – плотность воздуха, V – скорость ветра) приблизительно равна 500 Вт/м².
Плотность энергии водного потока, имеющего скорость 1 м/с, также составляет всего около 500 Вт/м². Для сравнения укажем, что плотность теплового потока на стенках топки парового котла достигает нескольких сотен кВт/м².
Неустойчивость ветра приводит к необходимости применения средств аккумуляции энергии. Это удорожает установку, и в целом стоимость получаемой энергии оказывается выше, чем на гидроэлектростанциях (ГЭС) и на многих теплоэлектростанциях (ТЭС).
При современных аэродинамически совершенных винтах и преобразующих устройствах 2,6∙106 м² фронта ветра могут дать мощность 150 МВт при любой скорости ветра, превышающей значение 6-8 м/с.
Обычно в мировой практике принято считать, что если среднегодовая скорость ветра в данной местности превышает 5-6 м/с, то использование ветроэлектрических установок (ВЭУ) здесь весьма перспективно.
Однако, несмотря на это, технологии использования этих видов ВИЭ активно развиваются во многих странах мира, многие из них достигли коммерческой зрелости и успешно конкурируют на рынке энергетических услуг, в том числе при производстве электрической энергии.
К особенностям этих видов ВИЭ относится то, что они в максимальном своём проявлении как бы «затеняют» друг друга, особенно в летний период. Так, если сильный ветер, при перемене погоды, то обычно большая облачность и меньше инсоляция, а при слабом ветре – больше интенсивность солнечного излучения. При солнечной погоде, когда нет облаков, обычно не бывает сильных ветров.
Длительная жаркая (без дождей) погода, практически безветренная, способствует образованию смога, уменьшает сток рек, а значит и выработку электроэнергии на ГЭС.
Во время дождя плоские солнечные коллекторы быстро охлаждаются. А после дождя, когда воздух очищен от пыли и аэрозолей, инсоляция повышена, поскольку плотность влажного воздуха меньше, чем сухого, при одинаковых условиях, т.к. молекулярная масса паров воды меньше, чем средняя молекулярная масса воздуха, «работоспособность» ветра понижается.
Кроме того сила ветра влияет на возможность гелиооборудования принимать и сохранять аккумулированную солнечную энергию. Так, чем сильнее ветер, тем больше потери тепла из плоских солнечных коллекторов, а также меньшее количество солнечного излучения проникает в солнечный соляной пруд.
Если небо облачное, то вода (теплоноситель) в плоском солнечном коллекторе, когда Солнце «выходит» из-за туч на непродолжительное время, не всегда успеет нагреться до рабочей температуры. Поэтому когда Солнце «заходит» за тучу, теплоноситель остывает, без аккумулирования теплоты, например, водяным баком-аккумулятором. При определённой периодичности чередования солнечных и пасмурных периодов в течение дня аккумулятор может и не восполнить запас теплоты.
Так, такой важный показатель для солнечного соляного пруда, как альбедо водной поверхности, зависящий от степени волнения и высоты Солнца, находится в пределах 3-45 % (Альбедо поверхности (коэффициент отражения света) – это отношение потока излучения, отраженного этой поверхностью, в окружающее пространство, к потоку, упавшему на неё).
При спокойной водной поверхности альбедо зависит только от высоты Солнца (рисунок 1 или таблица 2).
Рис. 1. Зависимость коэффициента отражения солнечного излучения
для спокойной водной поверхности от высоты Солнца
Коэффициент отражения света при различных углах падения для стекла и воды (ρ, %)
|
Вещество
|
Угол падения, в градусах
|
|
0
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
70
|
80
|
89
|
90
|
|
Стекло
|
4,7
|
4,7
|
4,9
|
5,3
|
6,6
|
9,8
|
18,0
|
39,0
|
81,0
|
100
|
|
Вода
|
2,0
|
2,1
|
2,2
|
2,5
|
3,4
|
6,0
|
13,5
|
34,5
|
90,0
|
100
|
Ветры «приносящие» облака, влияют на продолжительность солнечного сияния (таблицы 3, 4 и 5 [2]), а значит и эффективность работы гелиоустановок.
Продолжительность солнечного сияния (часы)
(при годовом: в городе Омск – 2223 ч., на юге Омской области в посёлке Русская Поляна – 2269 ч.)
|
Станция
|
Месяцы
|
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VIII
|
IX
|
X
|
XI
|
XII
|
|
г. Омск
|
82
|
122
|
192
|
249
|
290
|
318
|
299
|
252
|
191
|
97
|
71
|
60
|
|
п. Русская Поляна
|
96
|
128
|
190
|
236
|
296
|
318
|
294
|
264
|
206
|
116
|
74
|
63
|
Отношение наблюдавшейся продолжительности солнечного сияния к возможной (%)
(при годовой: в городе Омск – 51 %, на юге Омской области в посёлке Русская Поляна – 54 %)
|
Станция
|
Месяцы
|
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VIII
|
IX
|
X
|
XI
|
XII
|
|
г. Омск
|
38
|
46
|
55
|
62
|
61
|
66
|
61
|
57
|
53
|
32
|
30
|
30
|
|
п. Русская Поляна
|
44
|
49
|
55
|
60
|
61
|
66
|
61
|
63
|
59
|
39
|
32
|
31
|
___________________________
1. Алексеенко С.В. Нетрадиционная энергетика и энергоресурсосбережение / С. В. Алексеенко // Инновации Технологии Решения. 2006. № 3. – С. 36-39. и [Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: ч. 1 / под ред. В. П. Горелова, С. В. Журавлева, В. А. Глушец. – Омск: Иртышский филиал ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», 2007. – 265 с. (Труды 3-й международной науч.-техн. конф., 5-8 июня 2007)]
2. Справочник по климату СССР выпуск 17, часть I. – Л.: Гидрометеоиздат, 1965. – 276 с.
3. Осадчий Г.Б. Солнечная энергия, её производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ) – Омск: ИПК Макшеевой Е.А., 2010. – 572 с.
4. Харитонов В.П. Новая конструкция ветроэлектроагрегата / В. П. Харитонов // Энергосбережение. 2007. № 4. – С. 80-81.
5. Кожуховский И. Конец эры углеводородов / И. Кожуховский, И. Хузмиев // Альтернативная энергетика. 2008. № 3. – С. 6-10.
6. Кокоев М.Н. Теплофикационная ветросиловая установка// Энергия Экономика Техника Экология. 2007. № 3. – С. 18-22.
7. Мааке В. Учебник по холодильной технике / В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Ж.-Л. Кошпен. – М.: Издательство Московского университета. 1998. – 1142 с.
8. Безруких П. Поветруэнергетика / П. Безруких // Альтернативная энергетика. 2008. № 3. – С. 12-16.
© Г.Б.Осадчий, 2013
Материалы сайта могут содержать информацию, не подлежащую просмотру
начало статьи