Малая энергетика

Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии.

Малая энергетика — направление энергетики, связанное с получением независимых от централизованных сетей тепла и электричества. Характерной чертой установок в малой энергетике являются компактные размеры генераторных блоков и, как правило, мобильность конструкций.

На 2011 год большинство из предлагаемых решений в малой энергетике недоступны её главным потребителям — малым удаленным предприятиям и малым населенным пунктам России, по цене, по эффективности отношения производимой мощности к массе оборудования. К тому же, предлагаемое, как элементы малой энергетики, серийно поставляемое импортное оборудование, как правило, не нацелено на использование источников энергии, имеющихся на местах.

В этой статье не рассматриваются бытовые микроэнергоустановки на базе ДВС. Эта тема достаточно широко освещается в статьях производителей.

Актуальность

Новые возможности

Новые технологии и материалы позволяют сегодня делать компактные энергетические установки доступными для небольших производств и населенных пунктов. Массовое производство генераторов дает возможность создавать на их основе новые, интересные решения, используя при этом тот источник энергии, который всегда был рядом, но ещё вчера не приносил никакой «энергетической пользы».

Независимость от сетей тепло- и электроснабжения

По разным оценкам, от 60 до 70 % территории России не охвачены централизованным электроснабжением. На этой огромной территории проживает более 20 млн человек^{[1][неавторитетный источник?]} и жизнедеятельность людей обеспечивается главным образом средствами малой энергетики.

Децентрализация источников снабжения

Прокладка линий электропередачи при подключении новых потребителей к электросетям сегодня один из главных сдерживающих факторов к появлению новых независимых производств. В не самых дорогих регионах России, например, в Ульяновской области, километр новых линий обходится потребителю более 300 тысяч рублей, и это далеко не все расходы при подключении^[2]. И это не единственный аргумент для отказа от централизованного электроснабжения — при наличии на местах источника и его эксплуатации с помощью компактного автономного оборудования отпадает необходимость осуществлять его доставку к месту выработки энергии.

Например , турбина ТЭЦ вырабатывает 20 МВт, потребляя тепло, сжигаемых в печах отходов лесопереработки, свозимых на ТЭЦ в радиусе 100 км. Эта централизованная схема требует и прокладки сетей электроснабжения, и наличия персонала для ТЭЦ и парка грузовиков для перевозки горючих отходов. Тогда как, 20 малых предприятий могут сжигать отходы на местах, вырабатывая на малых энергоустановках по 100 кВт для собственных нужд и не оплачивать услуги ТЭЦ и парк грузовиков.

Возможность и необходимость утилизировать отходы

Использование горючих отходов сегодня приводит к дополнительному развитию современной экономики. Их неиспользование — к интенсивному загрязнению окружающей среды.

Жителям городов знакома проблема «полигонов» — огромных свалок мусора, который не был отсортирован и утилизирован современными способами. Между тем от 20 до 40 % объёма отходов — это ГБО (горючие бытовые отходы). В крупных городах сегодня и ставят заводы по переработке мусора, а в малых населенных пунктах? Здесь необходимы решения малой энергетики. Цель данной публикации — изучение опыта решения проблем выделения ГБО и их эффективной утилизации.

В лесном секторе России занято около 2 млн человек (свыше 3 % трудоспособного населения страны). Жизнь сотен тысяч людей проживающих в северных областях России, практически полностью зависима от лесных ресурсов^[3]. Опилками, корой, стружкой завалены огромные территории, прилегающие к предприятиям лесопереработки.

В сельском хозяйстве проблема утилизации отходов сельскохозяйственной переработки и животноводства стоит не так остро, как в лесной отрасли, но энергия, которую можно получить, может значительно снизить стоимость производимых продуктов.

Направления применения

Удалённые населенные пункты

Огромные территории страны и в ХХI веке не подключены к централизованным сетям электроснабжения, а ещё больше населенных пунктов не имеют магистрального газа. До 1991 года проблемы решались — регулярный «северный завоз» и подобные дорогостоящие мероприятия — привоз бочки солярки часто обходился в тонну авиационного керосина. С 90-х годов такая помощь резко сократилась. Многие удаленные малые населенные пункты либо просто исчезли, либо поставлены на грань выживания. Их судьба сегодня зависит от развития малой энергетики. В шести направлениях «энергоэффективной политики»^[4], утвержденной в 2009 году. Пятый пункт — это «малая комплексная энергетика» и шестой пункт — «инновационная энегетика» ( Материалы Комиссии по Энергоэффективности при Президенте РФ ). Задача — как использовать ресурсы, находящиеся на месте для получения тепла и электричества — решается сегодня многими независимыми производителями печей, котлов, микротурбин, генераторов и другого энергетического оборудования. Новые выставки, такие как «Альтернативная энергетика» на ВВЦ и «Energy Fresh» в Гостином дворе Москвы показывают заметный рост предложений предприятий в сфере малых энергомощностей.

Независимые малые производства

Россия обладает более чем 20 % процентами мировых запасов деловой древесины. Компактные и доступные решения в малой энергетике, позволяющие решать проблему утилизации отходов лесопереработки, выработки тепла и электричества необходимы для развития новых малых производств, для увеличения доли переработки леса на местах.

Альтернативные поставки в сеть

На 2011 год поставки в централизованную сеть в России энергии независимыми малыми производителями никак не поощряются. В то же самое время, в странах Евросоюза покупка электроэнергии у независимых «альтернативных» производителей — это важнейший рычаг развития малой и альтернативной энергетики. К примеру, в республике Литва покупка электроэнергии у малых источников генерации производится по тарифам, вдвое превышающим их отпуск предприятиям и населению. Благодаря существенным дотациям и постоянному росту цены углеводородов, расширение альтернативных малых энергопроизводств уже более 10 лет выгодно, и большое количество предприятий находит свою нишу в производстве компактного и доступного оборудования, помогающего получать энергию из энергии ветра, воды, солнца или при сжигании горючих отходов.

Источники энергии

Каждый год открываются новые возможности получения небольшими установками тепловой и электрической энергии. В этом разделе перечисляются основные и будут добавляться новые, интересные решения.

Энергия малых рек

Сегодня серийно выпускаются гидротурбины для малого, среднего и высокого давления потока воды. Даются рекомендации и предлагается рядом предприятий технические решения для сооружения объектов, предполагающих установку гидротурбин. Здесь будет подробно рассмотрен опыт отечественных предприятий и зарубежных компаний, выпускающих подобную продукцию. Развитие малой гидроэнергетики в России сегодня сталкивается с рядом административных барьеров: «Российская газета» Карелия готова сделать ставку на развитие малой гидроэнергетики

Горючие отходы

Отходы лесопереработки, сельского хозяйства, ГБО — «горючие бытовые отходы» — всё что горит должно быть сожжено! И сожжено эффективно. Наука сжигания опилок сегодня значительно опережает науку сжигания дров!^{[5][неавторитетный источник?]}

Кратко о применимости процессов пиролиза:

В Советском Союзе Институт Электрификации Сельского Хозяйства ВИЭСХ разработал множество установок по сжиганию лесных и сельскохозяйственных отходов переработки. Главный упор делался и делается на процессы пиролиза — это когда опилки нагревают до 700 С, получая недоокисленный газ СО, а его уже сжигают на выходе интенсивной подачей воздуха, попутно сжигая всё остальное, что выделилось из опилок. СО и другие горючие газы, называемые вместе «пиролизный газ», планировалось подавать на ДВС, в том числе и на дизели. Однако, в ходе экспериментов в лабораториях ВИЭСХ было выявлено серьёзное выделение из пиролизного газа смол, закоксовывающих двигатели, что свидетельствует о нерентабельности данного процесса, несмотря на периодическое появление в СМИ информации о новых фильтрах, с помощью которых пиролизный газ можно сделать «безопасным» для ДВС. Делая вывод из работ учёных института, следует рассматривать полезным процесс сжигания горючих отходов с целью получения давления нагретых газов, в частности паров воды.

Опилки и сельскохозяйственные отходы сегодня сжигают и с применением процессов пиролиза, и в «кипящем слое» (сноска) и смешивая с подаваемым воздухом и другими способами (фото установок, фото схемы Тамбовского института сельского хозяйства) — главное при сжигании — это получение тепла и давления нагретого рабочего газа, который, в дальнейшем, очевидно, должен подаваться на Двигатели Внешнего Сгорания, в частности, турбины. Применению турбин и «микротурбин» в комплексах малой энергетики пишется много, но информация собранная автором у производителей котлов, таких как «Heizomat» Германия, «Экодрев» Тверь и «Ковровские котлы» говорит об отрицательном опыте применения паровых турбин в комплексах, утилизирующих лесо- и сельхоз- отходы. Турбины, по отзывам специалистов, очень чувствительны к перепадам давления пара на входе и к нагрузке на выходе, имеют дорогостоящую систему управления и очень дорогое обслуживание. Совместимы ли эти качества сегодня с понятием «малая энергетика»? Автор считает правильным согласиться с мнением практиков, затратившим немалые средства на покупку зарубежных турбин и давшим отрицательное заключение.

Последнее время много пишется о разработке на базе поршневых ДВС «паропоршневых двигателей», которые продолжают эффективно работать и при значительных перепадах давления пара. Это новое слово в двигателестроении означает принятый за основу стандартный ДВС и снижение его эффективности до 10-15 %, а также новый виткок борьбы с коррозией в непредназначенных для работы с паром двигателях. Очевидно что, все меры по защите ДВС от коррозии приближают «паропоршневой» двигатель к стоимости турбин, но оставляют массу ДВС, снижая ещё отдачу по мощности в разы. Однако, набрав в любом поисковике запрос по «паропоршневым двигателям» можно прочитать у производителей более лестные отзывы.

Вышесказанное подлежит обсуждению при получении новой информации от эксплуатирующих различные двигательные установки организаций. Очевидно, что работа над двигательными установками, предназначенными для малых энергетических комплексов, сжигающих отходы, сегодня продолжается.

Ветроэнергетика

До начала 1990-х годов европейское первенство удерживала страна — родоначальник ветроэнергетики — Дания. Тем не менее во второй половине 1990-х гг. Дания уступила его Германии, мощности ветроустановок которой в 1999 году достигли 4 млн кВт, а выработка электроэнергии на них — б млрд кВт•ч. К тому же в отличие от Дании, где преобладают мелкие автономно работающие установки, для Германии более характерны крупные «ветровые фермы». Больше всего их на самом «продуваемом» участке её территории — побережье Северного моря в пределах земли Шлезвиг-Гольштейн^{[6][уточнить]}.

В России ветроэнергетика сегодня и является малой энергетикой. Потому, что никак не субсидируется. Большое количество IT-коллективов разрабатывают темы тихоходных электрогенераторов и высокотехнологичных редукторов, придумывают разные формы ветро турбин и производят отдельные экземпляры^[7].

Тепло Земли

Средний рост температуры близ поверхности Земли оценивается в 20oС на 1 км. вглубь от поверхности. Наиболее достоверные температурные данные относятся к самой верхней части земной коры, вскрываемой шахтами и буровыми скважинами до максимальных глубин- 12 км (Кольская скважина).Основы геологии Н.В.Короновский, А.Ф.Якушова Преобразование этого тепла в электрическую энергию сложная и дорогостоящая задача. Большинство машин, созданных для этой цели используют принцип тепловых насосов Основная статья .
Однако, во многих регионах тепло Земли подходит к поверхности так близко, что требует сопоставимых с традиционной энергетикой затрат на освоение. Наиболее известные примеры Курильские острова и Исландия, которая смогла превратить альтернативную энергетику в серьёзную отрасль национальной экономики. По различным данным, более 25% всей электроэнергии в стране производится на гелиотермальных электростанциях.

Энергия Солнца

В настоящее время активно развиваются два направления преобразования энергии Солнца в электрическую. Это "Фотовольтаника" и "Концентрированная солнечная энергия".
Первое направление принято отождествлять с солнечными батареями - пластинами, несущими на себе на себе множество фотоэлементов, преобразующих падающий свет в электрический импульс. Это направление активно развивается - КПД "солнечных батарей" постоянно растет, а стоимость снижается, и они всё чаще применяются в быту и на производстве, покрывая всё больше крыш в Западной Европе. У этого направления появился альтернатива - набор "наноспиралей", объединенных на тонких пленках - инфракрасное излучение сразу преобразуется в электрический импульс [1]
"Концентрированная солнечная энергетика" CSP - более давний способ извлечения энергии Солнца - использует принцип концентрации и направления лучей Солнца на элементы, в котором теплоноситель приобретает более высокую температуру (например нагревается газ), либо меняет физическое состояние (например закипает вода) и далее энергоноситель поступает в расширительную машину, в которой отдает свою энергию электрогенератору (схема). В этих технологиях есть отдельные направления:
- применение солнечных коллекторов - наборов стеклянных трубок с задней зеркальной поверхностью, возвращающей лучи на трубку с теплоносителем, находящуюся внутри стеклянной трубки (как правило в вакууме). Это направление активно развивается - коллекторы становятся всё надежнее, доступнее по цене и составляют активную конкуренцию пластинам с фотоэлементами. Лидерство в производстве солнечных коллекторов прочно держит Китай
- применение зеркал. Существует множество форм современных малых и больших установок, в которых солнечные лучи концентрируются зеркалами самой разнообразной формы на точечные или трубчатые носители нагреваемого газа или жидкости. Огромное внимание этому направлению солнечной энергетики уделяется в Испании, которая стала здесь признанным лидером Бизнес-Испания 2010
- линзы и другие, пока малоприменимые варианты.
Развитие технологий часто приводит к резкому удешевлению ранее дорогостоящих методов. На сегодня первые два направления наиболее применимы. Фотовольтаника имеет явное преимущество, особенно ценное для малой энергетики - непосредственное получение электроэнергии на малых установках, без каких-либо трудоемких преобразований. Направление CSP преобразует энергию Солнца обычно в перегретый пар, который затем направляется на турбину для вращения электрогенераторов. Высокая цена турбин пока сдерживает это направление в малой энергетике, однако множество Европейских программ развития науки и техники время от времени предлагают гранты за создание "Маломощного парового двигателя для устройств Концентрированной Солнечной Энергетики" Cordis

Варианты реализации

Контейнерные энергоблоки

Возимые энергоблоки

Собираемые на месте эксплуатации энергоблоки

Перспективы

Россия

Евросоюз

Китай

Америка

Примечания

1. ↑ ОАО РусЭнергоРесурс Роль развития малой энергетики в России
2. ↑ Электромонтажные работы в Ульяновске - Регион Электро
3. ↑ Российский лесопромышленный потенциал // Информационно-аналитический отчёт «Лесопромышленный комплекс РФ». — Интегрум, 12 марта 2008. — С. 6.
4. ↑ Итоги деятельности Минэкономразвития России в 2009 году и задачи на 2010 год. Минэкономразвития РФ.(недоступная ссылка — история) Проверено 24 января 2011.
5. ↑ Flex Technologies Энергия из древесных отходов
6. ↑ Максаковский В. П. Кн. I: Общая характеристика мира // Географическая картина мира. — 4-е изд.. — М.: Дрофа, 2008. — 496 с.
7. ↑ Владимир Романченко IT-байки: Малая ветроэнергетика — для дома, для семьи. 3DNews (14 июня 2009). Проверено 24 января 2011.

Ссылки

• Система автономного энергоснабжения от возобновляемых источников энергии (Проект российских ученых и предпринимателей)
• Материалы Комиссии по энергоэффективности при Президенте РФ
• Мини-ТЭЦ зарубежный опыт Котлер В. Р., к. т. н., Всероссийский теплотехнический институт
• Проект «Малая энергетика» Института систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН
• «Малая энергетика» — развитие "Малой энергетики" в России
• журнал «Новости электротехники» — статья о «Малой энергетике»
• МинЭнерго «Энергосбережение и Энергоэффективность»
• Швейцария и солнечная энергетика
• Электричество от Солнца и нагретой им Земли
• Бизнес-Испания 2010 рус

Для улучшения этой статьи желательно?: Викифицировать статью. Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.