Литература
1.
Кузьмин П.И. Выбор и расчет дроссельных регулирующих органов. Госэнергоиздат. М., 1960.
2.
Лурье М.Ю. Сушильное дело. ТОНТИ НКТП СССР «Красный печатник», Л., 1983.
3.
Лыков А.В. Тепломассообмен. М., «Энергия», 1978.
4.
Лыков А.В. Теория теплопроводности. М., «Высшая школа», 1967.
57
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ.ПРЕИМУЩЕСТВА И
НЕДОСТАТКИ.ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ В ЮКО
Раева Л.К., Муташева Г.С., Медеуова К.С.
Түйін
Күн сәулесінің энергиясы ӛздігінен қайта пайда болатын энергиянын түріне жатады. Бұл энергия
басқа күнделікті пайдаланып журетін шикі зат ӛнімдерінен арзан және ӛте тиімді болып
табылады.Экологиялық тұрғыдан да табигатқа зияны жоқ.
Summary
Sun - an endless source of renewable form of energy that can allow people to abandon traditional fuels.
Getting electricity from solar radiation significantly reduces the environmental damage
that mankind inflicts
using mineral earth
В последнее время в связи с обострением проблем экономии энерго- ресурсов и защиты
окружающей среды интерес к использованию возобновляемых источников энергии резко возрос.
По прогнозным данным уровень потребления электроэнергии в ближайшие годы будет расти. Как
результат, существенно вырастет потребление топлива, а также экологическая нагрузка на
окружающую среду. Таким образом, развитие энергосектора исключительно на базе
традиционной энергетики приводит к истощению не возобновляемых топливных ресурсов и
существенному загрязнению окружающей среды. Экономической и экологической альтернативой
централизованной традиционной энергетики является использование местных источников энергии
на базе возобновляемых источников энергии. Если сейчас за счет таких источников покрывается
около двух процентов мировых потребностей в первичных энергоресурсах, то к 2020 году
нетрадиционная энергетика, по прогнозам, может обеспечивать до 20 процентов спроса, а к концу
ХХI века может составить более 65%.
Потребность в освоении и развитии энергетики на возобновляемых ресурсах становится
все более очевидной при возрастающем спросе на топливо, особенно на нефть, росте населения и
требований к уровню жизни, особенно в развивающихся странах.
Простейшая модель, описывающую потребности общества в энергии [1]:
R=EN (1)
здесь R - годовая потребность в энергии некоторого коллектива из N человек; E - средние
затраты энергии на одного человека в год, связанные с производством питания, промышленной
продукции и т.д. Уровень жизни, зависящий, очевидно, от Е, можно приближенно оценивать
значением национального дохода на душу населения S, связанного с E соотношением:
S=fE (2)
Коэффициент f - нелинейная функция многих параметров. Его можно рассматривать как
эффективность использования энергии для производства жизненных благ, поэтому желательно,
чтобы он был максимально большим. Очевидно, что любые непроизводительные расходы энергии
уменьшают этот коэффициент. Подставляя Е из (2) и (1), получаем:
R=SN/f (3)
Оценим потенциальные возможности источников возобновляемой энергии, предполагая,
что при рациональном ее использовании для создания комфортных условий жизни требуется в
среднем 2 кВт на человека. С каждого квадратного метра земной поверхности можно получать,
используя различные источники возобновляемой энергии, в среднем 500 Вт мощности. Если
считать, что эффективность преобразования этой энергии в удобную для потребления форму всего
4%, то для мощности 2 кВт требуется площадь 100м
2
. Средняя плотность населения в городах с
учетом пригородной зоны - примерно 500 человек на 1 км
2
. Для обеспечения их энергией из
расчета 2 кВт на человека необходимо с 1 км
2
снимать 1000 кВт, т.е. достаточно всего 5%
занимаемой ими площади. Таким образом, возобновляемые источники энергии могут вполне
обеспечить удовлетворительный уровень жизни, если будут найдены приемлемые по стоимости
методы ее преобразования [2].
На сегодняшний день уровень развития возобновляемых энергоисточников в мировой
энергетике перешел в стадию технической и экономической зрелости, однако не все новые техно-
58
логии на данный момент в этой отрасли являются экономически конкурентоспособными. Но это
вопрос времени. Ожидается, что в течение ближайших 5-10 лет энергетика на основе
возобновляемых источников перешагнѐт порог безубыточности. Существующая тенденция
быстрого роста цен на классические энергоносители сильно стимулирует развитие новых
технологий и повышение их рыночной конкурентоспособности.
Возобновляемые энергоносители - это не только энергетический эффект. В процессе их
создания и использования уже сформировалось широкое поле инновационной деятельности,
которое еще несколько десятилетий будет отличаться высокой интенсивностью генерирования
оригинальных технических решений.
Среди возобновляемых источников энергии наибольший интерес представляет солнечная
энергия. Увеличение доли использования солнечной энергии в общей структуре энергетики
усилит энергетическую безопасность любой страны и уменьшит антропогенную нагрузку на
окружающую среду. Неисчерпаемым источникам солнечной энергии не свойственны проблемы
истощения запасов, то есть отсутствует основная причина, вызывающая повышение цен на
производимую электроэнергию. Вместе с тем, увеличение рынка солнечной энергетики и развитие
новых технологий в этой области будет приводить и к понижению цен на энергию. Кроме того,
развитие солнечной энергетики позволяет активнейшим и положительным образом влиять на
решение трех глобальных проблем человечества: энергетику, экологию, продовольствие [3].
Таблица1-Роль
солнечной
энергии
в
решении
трех
глобальных проблем человечества [3].
Установки
Энергетика
Экология
Продовольствие
1.
Солнечные тепловые
+
+
+
1)
2.
Солнечные фотоэлектрические
+
+
+
2)
3.
Гелиоконцентраторы
+
+
+
3)
Примечания:
1) Установка для сушки сена, зерна, сельхозпродуктов, фруктов.
2) Водоподъемные системы, питание охранных устройств на пастбищах.
3) Ирригационные насосы, опреснение воды.
Горячее водоснабжение и отопление частных коттеджей и дач.
Солнечные водонагреватели успешно используются для автономного горячего
водоснабжения и частичного отопления частных загородных домов и дач. Для этой цели подходят
как простые водонагреватели низкого давления так и самые современные активные сплит-системы
высокого давления подключаемые в основную систему отопления дома.
59
Горячее водоснабжение и отопление частных гостиниц, пансионатов и домов отдыха.
Как показывает практика, частные гостиницы и туристические объекты являются одними из
самых выгодных объектов для использования солнечного тепла. Ведь именно в летнее время,
когда солнечного тепла больше всего наступает необходимость в большом потреблении горячей
воды для обеспечения потребностей туристов приехавших на отдых.
Горячее водоснабжение и отопление промышленных объектов.
Организация горячего водоснабжения и отопление любых промышленных объектов дело
хлопотное и зачастую неоправданно дорогое за счет необходимости оформления массы
разрешительных и проектных документов, а так же затрат связанных на проведение линий подачи
энергоносителя(ТЕЦ, газ или электричество). За счет использования солнечной энергии расходы
на организацию и ежемесячную оплату отопления можно сократить на 70%-80%, а в некоторых
случаях и вовсе отказаться от дорогостоящих проектов по газификации объектов.
Горячее водоснабжение домов клубного типа и многоэтажных домов.
Автономное энергообеспечение это одна из основных отличительных черт элитного жилья
нового поколения. Тенденции современного жилищного строительства показывают особый
интерес в обеспечению объектов автономными источниками энергии. Солнечная энергия не
только позволяет поддерживать втономность энергообеспечения жилья, но и в перспективе 5 лет
дает возможность серьезно сократить эксплуатационные затраты, которые составляют
значительную часть коммунальных платежей.
Балконные солнечные водонагреватели для автономного горячего водоснабжения и
обеспечения теплом систем теплого пола в городских квартирах.
Любой владелец современной квартиры стремится в независимости от коммунальных служб
обеспечения теплом и горячей водой. Ведь всем знакомы часты отключения отопления или
горячей воды. Балконные солнечные водонагреватели дают возможность обеспечить небольшую
семью из 2-3 человек не только горячей водой но и построить систему теплого пола у себя в
квартире.
60
Солнечные системы подогрева бассейнов.
Использование солнечной энергии для подогрева бассейнов дает возможность самым
эффективным способом использовать солнечную энергию. Именно летом, когда бассейны
используются наиболее активно, солнечные водонагревательные системы имеют максимальную
производительность. Любой владелец бассейна знаком с гигантскими энергозатратами на
подогрев воды в бассейне. Солнечное излучение в летние месяцы достигает показателей до 8
кВт/ч на м2 в день, что дает возможность получать значительное количество тепла совершенно
бесплатно.
ЮКО обладает значительными ресурсами солнечной энергии. Потенциально возможная
выработка солнечной энергии в Казахстане оценивается в 2,5 млрд кВт/г в год. Около 70%
территории Казахстана относятся к районам с преобладанием солнечных дней в году.
Продолжительность солнечного сияния здесь колеблется от 2800 до 3000 часов, годовой приход
солнечной радиации на эту территорию составляет не менее 19*10
17
ккал, что эквивалентно 270
млрд.т.у.т. Однако, эти ресурсы не нашли широкого применения вплоть до настоящего времени.
Привлекательной была бы организация в стране производства солнечных батарей на кремниевой
основе. Тем более что мы богаты соответствующим сырьем (4).
Таким образом, метеорологические условия страны благоприятствуют эффективному
применению средств гелиотехники в народном хозяйстве. Однако, на пути развития рынка
солнечной энергетики в Казахстане и широкомасштабном внедрении в практику результатов
исследования в этой области, существуют экономические, технологические, законодательные,
финансовые и информационные барьеры. Для преодоления этих барьеров необходимы
согласованные действия министерств и ведомств. Одним из путей преодоления экономических
барьеров является введение налога на эмиссию двуокиси углерода и выбросов энергетических
установок и создание специального фонда развития. Технологические барьеры могут быть
преодолены с помощью внедрения новых энергетических технологий. Эти технологии при их
освоении промышленностью, повышают конкурентоспособность возобновляемой энергетики на
рынке энергоресурсов и способствуют снижению экономических барьеров. В Казахстане,
единственном из постсоветских стран, в июле 2009 года принят Закон «О поддержке
использования возобновляемых источников энергии» с целью создания благоприятных условий и
увеличения доли использования возобновляемых источников при производстве электрической и
тепловой энергии [5].
Литература
1.
Твайделл Дж., Уэйр А. Основы использования возобновляемых источников энергии//
Монография: Возобновляемые источники энергии. Москва: Энергоиздат,1990г., стр.10-12.
2.
Мхитарян Н.М. Проблема энергообеспечения в мировом хозяйстве // Материалы VII
международной конференции: «Возобновляемая энергетика ХХI столетия»: Крым, 11-15.
09.2006г., стр.12-16.
3.
Безруких П.П. Научно-техническое и методологическое обоснование ресурсов и
направлений использования возобновляемых источников энергии // Диссертация на
соискание ученой степени доктора наук. Москва: ВИЭСХ, 30.09. 2003 г., стр.10-11.
4.
Крашенинников А.А., Дю Е.Н., Сирока А.Я. Перспективы использования нетрадиционных
источников энергии// Энергетика и топливные ресурсы Казахстана.1992 г. № 2, стр.48-52.
5.
Закон РК «О поддержке использования возобновляемых источников энергии». - 4.07.2009 г.
61
АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИДРОПАРОВОЙ ТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ
ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЮКО.
Раева Л.К., Серикбаев Т.С., Сейдиров Н.Р.
Түйін
Геотермалды сулар ең бағалы және пайдалы онім,барлау кезінде байкалгандай ,ӛндіру кезеңінде
қаражатты аз мӛлшерде кажет етіп ,пайдасы мол ӛнім болып табылады.Оларды ауыл шаруашылықта,
ондірісте жылумен камтамасыз етуге және де басқа салаларда қолдануға болады.
Summary
Geothermal waters are the most valuable mineral resource, allowing, at relatively low cost, to use them as
a constant source of heat resources, process water industries, spa waters.
1.Геотермальная энергетика
К геотермальным водам относятся подземные воды с температурой свыше 35
0
С,
независимо от химического состава. Пригодность геотермальных вод в качестве источников тепла
определяется главным образом температурой. Большое значение для практического их
использования имеют также агрессивные свойства, интенсивность процессов солеотложения и
возможные пути сброса отработанных вод.
В мире накоплен достаточно большой опыт использования геотермальных вод. Интерес к
проблемам освоения геотермальной энергии проявляется в более чем 60 странах мира, а свыше 20
стран уже используют геотермальные ресурсы. Лидирующее положение в этом занимают такие
страны как США, Исландия, Филиппины, Венгрия, Мексика, Италия, Новая Зеландия, Япония и
др.
На территории Казахстана выделяются ряд артезианских бассейнов, где распространены
геотермальные воды с температурой на устьях скважин от 35 до 90
0
С и более. Геотермальные
воды были вскрыты глубокими скважинами, в основном, при проведении поисково-разведочных
работ на нефть и газ и только на отдельных участках на юге Казахстана были проведены
целенаправленные работы на геотермальные воды.
2. Анализ сов ременного состояния и международный опыт эффективного
использования возобновляемых ресурсов
В современных развитых странах на первый план выдвигаются параметры качества жизни.
Здоровье населения и состояние окружающей среды рассматриваются в ряду основных критериев
конкурентоспособности государства. Растет спрос на экологически чистые продукты питания.
Прогнозируется повышение спроса на натуральные волокна и материалы, которые при утилизации
62
разлагаются, не загрязняя окружающую среду. Особо актуальными становятся экологически
безопасные
гидро-,
ветро-,
био-
и
гелиоэнергетика,
геотермальная
энергетика.
Главной мировой тенденцией в условиях надвигающегося дисбаланса между потреблением
невозобновляемых ресурсов и их запасами становится внедрение технологий максимально
эффективного использования возобновляемых ресурсов.
Природные ресурсы, используемые в народно-хозяйственной деятельности, подразделяются
на невозобновляемые и возобновляемые. Невозобновляемые ресурсы используются гораздо
быстрее, чем могут быть восполнены, либо не могут быть восполнены вообще. Это в первую
очередь, полезные ископаемые, срок формирования которых исчисляется длительными
геологическими периодами. Невозобновляемыми могут стать и возобновляемые ресурсы в случае
их нерационального использования.
Международный
опыт
свидетельствует,
что
жизненный
цикл
формирования
конкурентоспособных отраслей на основе возобновляемых ресурсов и энергии составляет
ориентировочно 20-25 лет.
Гидропаровые турбинные установки (ГПТ) используют прямую подачу горячей воды в
сопла турбины без предварительного разделения ее на пар и воду в сепараторах. Гидропаровая
турбина работает на потоке, вскипающем в процессе адиабатического расширения. Основная
работа в процессе преобразования тепловой энергии геотермальных вод в кинетическую энергию
рабочего потока и механическую турбины осуществляется жидкой фазой, что принципиально
отличает гидропаровую турбину от паровой. В ГПТ используются сопла Лаваля с
парогенерирующими решетками, создающими мелкодисперсный пароводяной поток на лопатках
турбины.
Подобные энергоустановки обладают коэффициентом полезного действия до 25-30% при
частотах вращения выходного вала до нескольких тысяч оборотов в минуту. В Санкт-
Петербургском техническом университете предложена простая и универсальная модель
реактивной турбины в виде Сегнерова колеса (рис. ниже).
В напорной части турбины происходит увеличение давления горячей воды, а в сопле Лаваля
- ускорение горячей воды в сужающейся части сопла и расширение пароводяной смеси в
расширяющейся части сопла. Таким образом, в Сегнеровом колесе происходит ускорение потока
горячей воды, еѐ испарение и расширение пароводяной смеси без изменения направления
движения потока. Подобные турбины имеют ряд принципиальных преимуществ:
- минимальное число подвижных деталей, что обеспечивает простоту технического обслуживания;
- высокая эффективность осесимметричных сопел как источника реактивного усилия на колесе;
- отсутствие рабочих лопаток, что снижает проблемы обтекания, и эрозии при прохождении
пароводяной смеси;
63
- принципиально новые возможности регулирования мощности турбины.
Ориентировочная стоимость оборудования для гидропаровых турбин мощностью 100-150 кВт
составляет 600-750 $/кВт. По данным разработчиков оборудования: ЗАО НПВП «Турбокон» г. Калуга
и Института теплофизики СО РАН г. Новосибирск гидропаровые турбины могут эффективно
использовать геотермальную воду с температурой 80-150° С.
3.Преобразование
геотермальной
энергии
в
электрическую
и
тепловую.
Одно из перспективных направлений использования тепла высокоминерализованных подземных
термальных вод преобразование его в электрическую энергию. С этой целью была разработана
технологическая схема для строительства ГеоТЭС, состоящая из геотермальной циркуляционной
системы (ГЦС) и паротурбинной установки (ПТУ). Отличительной особенностью такой
технологической схемы от известных является то, что в ней роль испарителя и перегревателя
выполняет внутрискважинный вертикальный противоточный теплообменник, расположенный в
верхней части нагнетательной скважины, куда по наземному трубопроводу подводится добываемая
высокотемпературная термальная вода, которая после передачи тепла вторичному теплоносителю
закачивается обратно в пласт. Вторичный теплоноситель из конденсатора паротурбинной установки
самотѐком поступает в зону нагрева по трубе, спущенной внутри теплообменника до днища.
В основе работы ПТУ лежит цикл Ренкина; t,s диаграмма этого цикла и характер изменения
температур теплоносителей в теплообменнике испарителе.
Наиболее важным моментом при строительстве ГеоТЭС является выбор рабочего тела во
вторичном контуре. Рабочее тело, выбираемое для геотермальной установки, должно обладать
благоприятными химическими, физическими и эксплуатационными свойствами при заданных
условиях работы, т.е. быть стабильным, негорючим, взрывобезопасным, нетоксичным, инертным по
отношению к конструкционным материалам и дешѐвым. Желательно выбирать рабочее тело с
более низким коэффициентом динамической вязкости (меньше гидравлические потери) и с более
высоким коэффициентом теплопроводности (улучшается теплообмен).
Все эти требования одновременно выполнить практически невозможно, поэтому всегда
приходится оптимизировать выбор того или иного рабочего тела. Результаты проведенного расчетного
анализа циклов с использованием различных теплоносителей во вторичном контуре показывают, что
наиболее оптимальными являются сверхкритические циклы, которые позволяют повысить мощность
турбины и КПД цикла, улучшить транспортные свойства теплоносителя и более полно срабатывать
температуру исходной термальной воды, циркулирующей в первичном контуре ГеоТЭС.
Установлено также, что для высокотемпературной термальной воды (180ºС и выше) наиболее
перспективным является создание сверхкритических циклов во вторичном контуре ГеоТЭС с
использованием изобутана, тогда как для вод с более низкой температурой (100÷120ºС и выше) при
создании таких же циклов наиболее подходящим теплоносителем является хладон R13В1.
Другое направление использование геотермальной энергии геотермальное теплоснабжение,
которое уже давно нашло применение на Камчатке и Северном Кавказе для обогрева теплиц,
отопления и горячего водоснабжения в жилищно-коммунальном секторе. Анализ мирового и
отечественного опыта свидетельствует о перспективности геотермального теплоснабжения. В
настоящее время в мире работают геотермальные системы теплоснабжения общей мощностью 17175
МВт, только в США эксплуатируется более 200 тысяч геотермальных установок. По планам
Европейского союза мощность геотермальных систем теплоснабжения, включая тепловые насосы,
должна возрасти с 1300 МВт в 1995г до 5000 МВт в 2010г
Согласно оценке Мирового Энергетического Совета из всех возобновляющих источников
энергии самая низкая цена за 1кВт·ч у ГеоЭС (смотри таблицу).
64
Виды
НВИЭ
Установ-
ленная
мощность
(МВт)
Коэффиц.
использов.
мощности
(%)
Стои –
мость
1кВт·ч
сегодня
(цент)
Стои
мость
1кВт·ч
в
будущ.
(цент)
Стоимость
1кВт
установл.
мощност
(дол.)
Доля вы-
работан-
ной эл.
энергии
(%)
Прирост
в
послед-
ние
5
лет
(%)
Геотер-
мальная
10200
55÷95(84)
2÷10
1÷8
800÷3000
70,2
22
Ветер
12500
20÷30(25)
5÷13
3÷10
1100÷ 1700
27,1
30
Солнеч-
ная
50
8÷20
25÷125
5÷25
5000÷10000
2,1
30
Приливы 34
20÷30
8÷15
8÷15
1700÷ 2500
0,6
Из опыта эксплуатации крупных ГеоЭС на Филлипинах, Новой Зеландии, в Мексике и в США следует,
что себестоимость 1кВт·ч электроэнергии часто не превышает 1 цента, при этом следует иметь в виду,
что
коэффициент
использования
мощности
на
ГеоЭС
достигает
значения
0,95.
Геотермальное теплоснабжение наиболее выгодно при прямом использовании геотермальной
горячей воды, а также при внедрении тепловых насосов, в которых может эффективно применяться
тепло земли с температурой 10÷30ºС, т.е. низкопотенциальное геотермальное тепло.
4. Выводы.
1 Широкомасштабное внедрение новых схем теплоснабжения с тепловыми насосами с
использованием низкопотенциальных источников тепла позволит снизить расход органического
топлива на 20÷25%.
2 Для привлечения инвестиций и кредитов в энергетику следует выполнять эффективные
проекты и гарантировать своевременный возврат заемных средств, что возможно только при полной и
своевременной оплате элект-ричества и тепла, отпущенных потребителям.
Заключение
Представленные материалы убеждают, что нетрадиционные и возобновляемые источники
энергии обладают огромным потенциалом, достаточным для того, чтобы навсегда закрыть вопрос о
недостатке энергии.
Но сегодня человечество приближается к той черте, когда отдавать предпочтение традиционным
энергоресурсам уже нельзя, они на исходе (в историческом плане), и НВИЭ становятся полноценным
соперником традиционных источников. Поэтому всегда следует проводить скрупулезный
экономический анализ, прежде чем решить тот или иной вопрос об использовании источников энергии.
Пора перестать смотреть на НВИЭ как на нечто экзотическое и малополезное, а перестраиваться
психологически на то, что будущее-то за ними. Считается, что для становления новой энергетики
потребуется около пятидесяти лет. Это тот уже совсем небольшой запас времени, которым мы
располагаем. Сегодня еще трудно представить себе энергетику будущего в четком виде. Новая
энергетика по своей структуре обязательно будет многоплановой. Это будет отрасль, включающая в
себя и тепловую, и гидравлическую, и ядерную, и солнечную, и ветроэнергетику и еще многие другие
направления получения энергии. Такой путь развития энергетики представляется естественным и более
надежным, гарантирующим успешное решение энергетической проблемы, хотя науке многое
предстоит еще выяснить у природы, а технике многое сделать впервые.яться, что собранный здесь
учебный материал поможет молодым специалистам в области энергоснабжения промышленных
предприятий правильно видеть и понимать общие проблемы энергетики, представлять возможности,
плюсы и минусы нетрадиционных источников энергии, технически грамотно применять те немногие
пока методы и устройства, которые постепенно входят в повседневную практику использования этих
источников.
|