Производство  ->  Энергетика  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Альтернативные источники энергии, используемые в условиях Ямало-Ненецкого автономного округа

Тема поиска наиболее выгодных альтернативных источников энергии актуальна в наши дни. Наша цивилизация динамична. Любое развитие требует, прежде всего, энергетических затрат и при существующих формах национальных экономик многих государств можно ожидать возникновения серьезных энергетических проблем. Запасы нефти, газа, угля не бесконечны. Чем больше мы используем эти виды энергетического сырья, тем меньше их остается, и тем дороже с каждым днем они нам обходятся. Даже если энергетического кризиса удастся избежать, мир, рано или поздно, неизбежно столкнется с тем, что основные виды традиционного топлива будут исчерпаны. В некоторых странах они уже существуют. Неизбежность топливного дефицита в настоящее время ни у кого не вызывает сомнения.

На современном этапе развития вклад нефти в мировую энергетику равен 37%, природного газа 26%, угля 24%, атомной энергии 6,2%, ГЭС 6,7%, а на нетрадиционные источники энергии приходится около 1%. Основным требованием, предъявляемым к альтернативным источникам энергии, является получение этих источников из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений.

Актуальность поиска альтернативных источников энергии является необходимостью не только мира, страны, но и нашего региона.

Гипотеза – возможно ли использование экологически чистых технологий энергоснабжения в условиях севера?

Цель исследования: установить степень развития экологически чистых технологий энергоснабжения на территории Ямало-Ненецкого автономного округа (в дальнейшем ЯНАО).

Задачи исследования:

1. Изучить литературу, интернет-ресурсы, информацию, предоставленную специалистом в области электроэнергетики по теме исследования.

2. Выявить альтернативные способы получения энергии.

3. Дать оценку используемых и рекомендованных (находящихся в стадии разработки и испытания) к использованию альтернативных источников энергии в условиях ЯНАО.

4. Обобщить материал по теме исследования, сделать выводы.

Методы исследования: изучение и анализ литературы, интернет-ресурсов, информации полученной в процессе беседы с главным энергетиком компании «Севернефть» Нуретдиновым З. З. по теме исследования.

1. Альтернативные способы получения энергии

Солнечное излучение является источником всей энергией, используемой и биосферой, и цивилизацией. Только около 1 % используемой человеком энергии поступает от других источников – за счет добычи и сжигании угля, нефти, природного газа и урана. При этом месторождения угля, нефти и газа – это тоже солнечная энергия, когда-то аккумулированная растениями. До сих пор развитие цивилизации основывалось на освоении всё новых источников энергии, и характеризовалась непрерывным ростом её потребления. До середины ХХ века дрова и уголь были основными источниками энергии. Начиная с этого времени, в мировом энергетическом балансе всё большую роль играет нефть, газ, а в конце ХХ века и атомная энергия. Потребление ископаемых энергетических ресурсов в таких гигантских объемах ставит перед человечеством ряд насущных и трудных вопросов: На какое время хватит этих ресурсов, и каковы последствия их истощения? Можно ли их заменить и чем? Как решить проблемы загрязнения окружающей среды? Это комплекс взаимосвязанных проблем, требующих системного подхода, но, к сожалению, до сих пор слишком часто решаемых порознь.

Ресурсов углеводородного сырья, то есть нефти, природного газа и угля, человечеству хватит ненадолго. Таблица 1

Сроки обеспеченности ископаемыми энергетическими ресурсами (годы)

Полезные ископаемые По известным мировым запасам По оценке извлекаемых запасов

Нефть 20-50 100-500

Уголь 100-250 500

Природный газ 40-60 400-600

Уран (реакторы на тепловых нейтронах) 50-300 500-2000

К этому добавляется ещё ряд немаловажных обстоятельств. Во-первых, сжигание огромных количеств угля и нефти ведёт к нарушению геохимического и теплового балансов биосферы с последствиями в виде катастрофического роста парникового эффекта, возможного роста озоновых дыр в стратосфере, кислотного загрязнения почв, гибели лесов и т. д. Во-вторых, углеводородное сырьё, особенно нефть, нефтяные попутные газы (бутан, пропан) и природный газ, есть ценнейшее и, вместе с тем, дешевое сырьё для производства огромного количества синтетических материалов, без которых человечество просто не сможет обойтись. С этой точки зрения сжигать нефтепродукты – это, по меткому выражению Дмитрия Ивановича Менделеева, всё равно, что топить печи ассигнациями. В-третьих, массовый выход нефтеразработок на континентальный шельф и мелководные моря может привести к полной деградации пищевых ресурсов мирового океана и морей, и без того переживающих далеко не лучшие времена.

Таким образом, вопрос об эффективной замене тепловой углеводородной энергетики – одна из главных и неотложных проблем, стоящих перед человечеством.

Существуют два взаимодополняющих способа решения проблемы исчерпания ископаемых ресурсов: снижение потребления энергии (уменьшение энергоёмкости производства и быта) и отыскания альтернативных источников получения энергии.

Однако, несмотря на меры по энергосбережению, общий объём потребления углеводородных ресурсов не снижается, а продолжает расти. Совершенно ясно, что только мерами по экономии энергии проблему исчерпания ресурсов решить невозможно, и необходим переход к другим источникам энергии.

В качестве альтернативных способов получения энергии можно рассматривать:

- солнечную энергетику, которая прямо или косвенно использует солнечную энергию поступающую на поверхность Земли;

- гидроэнергетика, использующая энергию морских приливов и отливов;

- ветроэнергетические установки;

-гелиоэнергетика, использующая солнечные печи для получения высокотемпературного тепла и водонагреватели для отопления и бытовых нужд, а также прямое преобразование солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых солнечных батарей;

- переработка органической биомассы в органическое топливо.

Солнечная энергия может непосредственно преобразовываться в тепло или электрический ток. Земная поверхность получает от Солнца в среднем 165 Вт/м2.

Если в одно- или двухэтажном жилом доме площадью 100 м2 установлено оборудование способное утилизировать хотя бы 30% солнечной энергии падающей на крышу дома, то за сутки будет получено примерно 120 кВт*ч, то есть энергия, более чем достаточная для полного обеспечения комфортной жизни в доме. Это оборудование должно включать водяной солнечный коллектор для накопления тепла и солнечной батареи для получения электроэнергии. Следовательно, проблема заключается в реализации соответствующих технологий с приемлемыми затратами. Современные солнечные батареи способны отдавать мощность до 60 Вт/м2 при инсоляции примерно 200 Вт/м2, но стоимость их пока достаточно высока- 500- 1000 $ США за 1 м2. Полученная энергия должна аккумулироваться, так как максимальная необходимость в ее использовании возникает тогда и там, где в данный момент инсоляции нет или она недостаточна. Тепло может накапливаться в баках с водой, а электроэнергия - в аккумуляторных батареях.

Наряду с бытовыми гелиоэнергетическими системами, получившими уже значительное распространение в богатых регионах с солнечным и жарким климатом, в этих регионах уже построен целый ряд промышленных предприятий, работающих на солнечной энергии.

Основной принципиальный недостаток гелиоэнергетики – зависимость от уровня инсоляции, которая распределяется по поверхности Земли весьма неравномерно. Поэтому в регионах лежащих выше 45-50о широты, а также в регионах с большой облачностью она оказывается практически малоприменимой.

Приливные гидроэлектростанции, использующие морские приливы и отливы для выработки энергии, не могут сыграть существенной роли, так как на всей Земле существует только около 2 десятков подходящих для их строительства мест.

Энергия ветра используется человеком с незапамятных времен. В настоящее время во многих странах разрабатываются и используются современные ветровые турбины, которые могут эффективно работать при скоростях ветра от 6-10 м/с. Поэтому турбины приходится устанавливать на мачтах высотой несколько десятков метров, чтобы поднять над приземленным инерционным слоем атмосферы. Ветроэнергетические установки оправдывают себя только в районах с достаточно устойчивыми ветрами, поэтому их, выгодно размещать на горных перевалах и морских берегах. Мощность отдельных установок колеблется в пределах от 10-1000 кВт. Слишком большие турбины ненадежны и не могут работать при слабых ветрах. Для получения значительной мощности турбины группируют в ветряные электростанции или фермы. Они не требуют чрезмерных капиталовложений, но их основной недостаток - нестабильность работы, вызываемая колебаниями скорости ветра. Будучи очень эффективными в отдельных районах со стабильными ветрами, ветряные электростанции в целом вряд ли могут внести существенный вклад в мировой энергетический баланс.

Трезво оценивая совокупность возможности гидроэнергетики, гелиоэнергетики и ветровых станций, нельзя не заметить, что они способны покрыть в самом лучшем случае не более половины потребностей человечества в тепле и электроэнергии. Использование горючих ископаемых для производства энергии должно сокращаться, так как эти ценные ресурсы весьма ограничены, а их сжигание ведет к экологической и климатической глобальной катастрофе.

Таким образом, человечество располагает достаточными ресурсами, чтобы избежать энергетического голода и одновременно отвести от себя угрозу экологической катастрофы, но для этого народы и правительства должны существенно и целенаправленно строить новую энергетическую политику.

2. Экологически чистые технологии энергоснабжения северных территорий

В настоящее время поиск альтернативных источников энергии является очень актуальным. Даже в суровых условиях севера, на территории ЯНАО, используются, рекомендованы для использования, некоторые из них.

В условиях полярного лета поступление солнечной энергии на 1м2 поверхности в Ямбурге превышает приход солнечной энергии в районе Сочи и солнечные электростанции в течение 6-8 месяцев могут обеспечить производственные и жилые объекты электрической энергией, горячей водой и теплом.

Были разработаны новые эффективные солнечные фотоэлектрические модули со стационарными концентраторами, использующие двухсторонние солнечные элементы с коэффициентом концентрации 3,5-15. Коэффициент использования энергии Солнца в таких модулях составляет 50-60% при электрическом КПД 10-12%. Другим преимуществом является возможность комбинированного производства электричества и тепла в виде горячей воды или теплого воздуха для промышленных и коммунальных нужд. Использование стационарных концентраторов позволяет увеличить температуру теплоносителя до 95 градусов и снизить стоимость электроэнергии и теплоты в 2 раза по сравнению со стандартными солнечными энергоустановками.

На основе концентраторных модулей могут быть разработаны солнечные Микро-ТЭЦ для многоквартирных и односемейных домов и промышленных зданий, а так же центральные стационарные солнечные электростанции для городов, поселков, сельскохозяйственных и промышленных предприятий. Экономические расчеты показывают, что стоимость производства солнечных концентраторных модулей может быть снижена до 15-30 тыс. руб. за 1 к ВТ установленной мощности, а себестоимость электроэнергии до 1,2-2 руб. за к ВТ ч. Разработаны и выпускаются промышленностью гибридные солнечно - ветродизельные энергоустановки. Их электрическая мощность 0,5-1 к ВТ, разрабатываются солнечно-ветровые электростанции большей мощности.

Современные ветровые электростанции (ВЭС) мощностью 1-1,5 МВт имеют стоимость 30000 рублей на 1 кВт установленной мощности и вырабатывают электроэнергию по цене 1,5 руб. за 1 кВтч, что в 3,6 раза ниже, чем стоимость на Заполярном НГКМ. Строительство на Заполяром НГКМ ВЭС мощностью 5 МВт вместо проектируемой газотурбинной электростанции помимо снижения стоимости электроэнергии на 720 млн. руб. в год позволит за 20 лет работы ВЭС сэкономить 140 млн. м3 газа, который при продаже на экспорт по 100 долларов за 1000м3 увеличит доход Газпрома на 14 млн. долларов. ВЭС единичной мощностью 1 МВт могут быть куплены в Дании, которая имеет опыт строительства и эксплуатации ВЭС в Беринговом проливе РФ, или могут быть заказаны в НПО.

Разработан и проходит испытания новый метод передачи активной электрической мощности с помощью реактивных токов, позволяющий передавать электрическую энергию по одному проводу, по изолированному трубопроводу или одножильному кабелю без джоулевых потерь. В качестве материала проводника, может быть использована сталь, графитовая нить и другие неметаллические проводящие среды, например, вода в пластиковой неметаллической оболочке, а так же лазерный луч в атмосфере или электронный луч в вакууме. В настоящее время ВИЭСХ по контракту с ООО "Сургут Газпром" разрабатывает оборудование для однопроводной электрической системы (ОЭС) 10 км, 10 кВ, 20 кВт. Созданы и испытаны экспериментальные образцы ОЭС мощностью 1-5кВт.

Около месяца назад Д. А. Медведев посещал Ханты-Мансийск и отметил, что на северных территориях недостаточно используются энергосберегающие технологии. На территории округа попутный газ просто сжигают в больших факелах. Хотя в округе имеется опыт эксплуатации ТЭЦ, работающей на попутном газе. Их сеть необходимо увеличивать.

Рассмотрены новые энергетические технологии для северных территорий, использующие возобновляемые источники энергии. Разработаны малые ТЭЦ электрической мощностью 30-200 к ВТ на основе дизельных электростанций с коэффициентом использования топлива 80%. В качестве топлива используются отходы древесины, торфа, бурого угля, отходы нефтепереработки, которые предварительно перерабатываются в установках быстрого пиролиза для получения биодизельного топлива. Выход жидкого топлива увеличен до 50-70% от массы органической компоненты твердого топлива. Это благодаря использованию новой технологии «энтропийного взрыва» предложенной профессором Вайнштейном Э. В. В разработанной технологии скорость нагрева вещества до критического состоянии значительно больше скорости разрыва межмолекулярных связей, что и обеспечивает высокий выход жидкого топлива и высокую производительность при низких энергетических затратах, которые составляют 5% от энергии перерабатываемого топлива. Стоимость установки годовой производительность 400т составляет 3 млн. рублей.

На современном этапе развития энергетического комплекса огромное значение уделяется альтернативным экологически чистым технологиям энергоснабжения промысловых объектов и инфраструктуры северных территорий. За счет использования возобновляемых энергоресурсов и рассредоточенного производства энергии Россия может повысить свою энергетическую безопасность.

Заключение

Обобщив материал по теме исследования, автор пришел к следующим выводам:

- один из способов решения проблемы исчерпания ископаемых ресурсов – использование альтернативных источников получения энергии: солнечной, приливов и отливов, ветровой и других;

- в условиях ЯНАО используются или находятся в стадии разработки и испытания экологически чистые технологии энергоснабжения промысловых объектов и инфраструктуры;

- в условиях полярного лета солнечные фотоэлектрические модули могут обеспечить производственные и жилые объекты электрической энергией, горячей водой и теплом в течение 6-8 месяцев;

- ветровые электростанции способны производить электроэнергию по цене в 3,6 раза дешевле традиционной;

- разработан и проходит испытания новый метод передачи активной электрической энергии по одному проводу без джоулевых потерь;

- разработаны и используются малые ТЭЦ на основе использования попутного газа.

Выдвинутая гипотеза подтверждена – в условиях северных территорий возможно использование экологически чистых технологий энергоснабжения: фотоэлектрические модули, солнечные микро-ТЭЦ, солнечно-ветродизельные энергоустановки, ветровые электростанции, ТЭЦ , работающие на попутном газе и биодизельном топливе. Высок экономический и экологический эффект использования альтернативных источников энергии в условиях северных территорий.

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)