Энергосберегающие технологии Системы теплоснабжения Развитие нетрадиционной энергетики Устройство ветроэлектрической установки Солнечные коллекторы Активные гелиосистемы отопления зданий. Геотермальная энергия

Энергосберегающие технологии Развитие нетрадиционной энергетики

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Краткий обзор нетрадиционной энергетики

Состояние альтернативных преобразователей энергии в мире

По прогнозу Мирового энергетического конгресса в 2020 г. на долю альтернативных преобразователей энергии (АПЭ) придется 5,8 % общего энергопотребления. При этом в развитых странах (США, Великобритании и др.) планируется довести долю АПЭ до 20 % (20 % энергобаланса США – это примерно все сегодняшнее энергопотребление в России). В странах Европы планируется к 2020 г. обеспечить экологически чистое теплоснабжение 70 % жилищного фонда. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции (ГеоТЭС) суммарной мощностью 5136 мВт, строятся 117 ГеоТЭС мощностью 2017 мВт. Ведущее место в мире по ГеоТЭС занимают США (более 40 % действующих мощностей в мире). Там работает 8 крупных солнечных ЭС модульного типа общей мощностью около 450 мВт, энергия поступает в общую энергосистему страны. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей (СФП) достиг в мире 300 мВт в год, из них 40 % приходится на долю США. В настоящее время в мире работает более 2 млн гелиоустановок горячего водоснабжения. Площадь солнечных (тепловых) коллекторов в США составляет 10 , а в Японии – 8 млн м2. В США и в Японии работают более 5 млн тепловых насосов. За последние 15 лет в мире построено свыше 100 тыс. ветроустановок с суммарной мощностью 70 000 мВт (10 % энергобаланса США). В большинстве стран приняты законы, создающие льготные условия как для производителей, так и для потребителей альтернативной энергии, что является определяющим фактором успешного внедрения.

К так называемым нетрадиционным источникам энергии относятся: тепло Земли (геотермальная энергия), Солнца (в том числе энергия ветра, морских волн, тепло морей и океанов), а также «малая» гидроэнергетика: морские приливы и отливы, биогазовые, теплонаносные установки и др. преобразователи энергии.

Но только возобновляемые источники энергии могут представлять реальную альтернативу традиционным технологиям сегодня и в перспективе.

Биомасса. В 1996 г. по оценкам МИРЭС в мире в энергетических целях было использовано примерно 1,9 млрд м3 дров (1,4 млрд т). Кроме заготовок дров в энергетических целях было использовано около 300 млн т отходов древесины. Таким образом, в общей сложности было использовано 1,7 млрд т древесного топлива, что эквивалентно примерно 800 млн т у. т.

К другой категории относится биомасса, представляющая собой отходы сельскохозяйственного производства и лесного хозяйства, а также сельскохозяйственные культуры, специально выращиваемые для последующего использования в энергетических целях. Плантации таких растений существуют в Бразилии, Индии, Эфиопии, Швеции. Биомасса рассматривается в мире в качестве наиболее устойчивого возобновляемого источника энергии и сырья для химической промышленности.

Во многих развивающихся странах биомасса относится к категории важнейших источников энергии. Использование биомассы в энергетических целях получает все большее развитие и в индустриальных странах. В странах Европейского союза около 3 % (65 млн т у. т.) всех энергетических потребностей покрывается за счет биомассы, в отдельных европейских странах этот показатель достигает 23 % (Финляндия), 18 % (Швеция) и 12 % (Австрия).

Солнечная энергия. В результате солнечной радиации на поверхность Земли ежегодно поступает в 3 тыс. раз больше энергии, чем потребляется в мире. В настоящее время солнечная энергия используется с помощью термоэлектрического и фотоэлектрического преобразования. Термоэлектрические установки к 1997 г. были в основном использованы в США. Их общая мощность составляла немногим более 330 МВт. Более широко распространены фотоэлектрические преобразователи. Наибольшие мощности таких энергетических установок у Японии (38 МВт), Индии (28 МВт), Германии (17 МВт), Австралии (13 МВт), Южной Африки (11 МВт) и Мексики (10,3 МВт). Широкое распространение получили в мире солнечные установки горячего водоснабжения и отопления. В Австралии, например, используются 250 тыс. бытовых солнечных водоподогревателей, в Китае насчитывается 400 производителей солнечных панелей с их годовым выпуском около 2 млн м2, в Индии эксплуатируются 400 тыс. солнечных водоподогревателей и 430 тыс. солнечных печей для приготовления пищи. В Израиле за счет использования различных видов солнечных энергетических установок ежегодно экономится свыше 400 тыс. т у. т. В ЮАР в настоящее время реализуется программа оснащения 16 400 школ солнечными осветительными установками. В США в 1997 г. президентом страны было объявлено о реализации программы, предусматривающей сооружение к 2010 г. одного миллиона солнечных термических и фотоэлектрических систем на крышах общественных и жилых зданий для отопления и электроснабжения.

Геотермальная энергия является одним из распространенных видов нетрадиционных источников энергии, которая в промышленном масштабе начала использоваться примерно 100 лет назад. Установленная мощность всех геотермальных электростанций (ГеоТЭС) в мире составляет немногим более 7 ГВт, а их годовая выработка электроэнергии – 42 ТВт∙ч. Прямое использование геотермальной энергии без ее преобразования в электрическую оценивается в 10 ГВт (тепловых) с готовым производством тепловой энергии 35 ТВт∙ч (тепловых). Примерно 40 % всей мощности ГеоТЭС (2,8 ГВт) построено в США, далее следуют Филиппины (1,4 ГВт), Мексика (0,7 ГВт), Италия и Япония (по 0,5 ГВт), Индонезия (0,3 ГВт).

Ветроэнергия. Интерес к использованию энергии ветра на современной технической основе можно отнести к середине 70-х гг., когда в мире разразился нефтяной кризис. За последние примерно 25 лет в мире были построены ветроэнергетические установки (ВЭУ) общей установленной мощностью более 6 ГВт с годовой выработкой электроэнергии (1996 г.) около 10 ГВт. Наибольшие мощности ВЭУ сосредоточены в США (1,8 ГВт), Германии (1,5 ГВт), Индии (0,8 ГВт), Дании (0,8 ГВт). Огромным ветроэнергетическим потенциалом располагают Китай (250–300 ГВт), Канада (4,5 ГВт), Индия (20 ГВт), США (734 ГВт).

Оценивая современное и перспективное использование нетрадиционных источников энергии, мировая научная общественность приводит следующие цифры.


Таблица 1.1

Современное и прогнозируемое использование новых

и возобновляемых источников энергии в мире млрд кВт∙ч

Источник

Конец ХХ в.

ХХI в.

Солнце

2-3

2 000-5 000

Геотермальная энергия

55

1 000-5 000

Ветер

2

1 000-5 000

Приливы

0,4

3-60

Энергия волн

0

10

Тепловая энергия океанов

0

1 000

Биомасса

550-700

2 000-5 000

Древесное топливо

10 000-12 000

15 000-20 000

Древесный уголь

1 000

2 000-5 000

Торф

20

1 000

Тягловые животные

30 (в Индии)

1 000

Горючие сланцы

15

500

Битуминозные пески

130

1 000

Гидроэнергия

1 500

3 000

Итого (округленно)

12 000-13 000

30 000-53 000


Проектирование активных систем солнечного горячего водоснабжения