Основные характеристики ВЭУ.

Мощность ветроколеса в первую очередь зависит от скорос­ти ветра (пропорциональна и³). Но при достаточно большом

геометрическом заполнении ветроколесо развивает большую мощность даже при относительно слабом ветре, и наоборот.Энергетическая программа Республики Беларусь до 2010 г. предусматривает использование ветроэнергетических ресурсов для привода насосных установок в качестве источ­ников электроэнергии небольших производственных пред­приятий и в сельскохозяйственных целях (табл. 13.4). К 2010 г. мощность ВЭУ в Беларуси планируется довести до 15 МВт, что обеспечит экономию 9 тыс. т у. т. в год.

 

Ветротехнические показатели ветроагрегатов, рекомендуемых к внедрению на территории Республики Беларусь

 

Зональная среднегодо­вая скорость ветра, м/с	Диапазон ра­бочих скоро­стей ветра ВЭУ, м/с	Расчетная скорость ветра, соответству­ющая номинальной мощности, м/с	Ориентиро­вочная доля использования ВЭУ, %
До 4,5	3-20
4,5-5,5	4-24
Выше 5,5	4-24	10-12

По данным Государственного комитета по гидрометеоро­логии Республики Беларусь, среднегодовая скорость ветра на территории республики (на высоте 30-40 м) составляет 4,3 м/с. На пригодной для внедрения ветроэнергетических установок территории среднегодовая скорость ветра превы­шает 5м/с. При правильном выборе места установки ветро-агрегата (на возвышенностях открытой местности, берегах водных массивов и т. п.) среднегодовая скорость ветра мо­жет достигать 6-7 м/с. Наиболее эффективно можно при­менять ВЭУ на возвышенностях большей части севера и се­веро-запада Беларуси, в центральной части Минской облас­ти, включая прилегающие к ней с запада районы. Так, в Мя-дельском районе Минской области около деревни Занарочь работают две ветроустановки, одна из которых имеет мощность 2 50 кВт при мини­мальной скорости ветра, необходимой для работы, 3 м/с. ВЭУ. Мядельский район

По расчетам специалистов республики, энергия ветра мо­жет позволить ежегодно производить 6,5-7,0 млрд кВт-ч элек­троэнергии и тем самым сберегать около 2 млн т у. т. в год.

Гидроэнергетика

Гидроэнергетика является наиболее распространенной и технологически развитой областью энергетики на возобнов­ляемых ресурсах.

Основным рабочим органом гидроэнергетической установ­ки (ГЭУ), непосредственно преобразующим энергию движу­щейся воды, является гидротурбина. КПД гидротурбин дос­тигает 90 %. Они бывают активные и реактивные. В а к -тивных гидротурбинах рабочее колесо вращается навстречу потокам воды. Перед актив­ной турбиной водный поток с помощью водовода и сопла формируется в струю, которая направляется на ковши, рас­положенные на ободе колеса. КПД действующих актив­ных гидротурбин колеблется от 50 % (ГЭУ малой мощнос­ти) до 90% (ГЭУ большой мощности). В реактивных гидротурбинахрабочее колесо полностью погружено в воду и вращается за счет разности давления перед колесом и за ним. КПД реактивной турбины выше, чем активной.

Мощность гидротурбины (Р_т) пропорциональна мощнос­ти водяного потока (Р_п), падающего на колесо гидротурби­ны, и ее коэффициенту полезного действия (Л):

Рт = Л Рп Л

Гидроэнергетическую установку, производящую электро­энергию и использующую энергию движущейся воды, назы­вают гидроэлектростанцией. Для работы гидроэлектростан­ции необходим постоянный объем воды, способный двигать­ся с большой скоростью (водохранилище), подводящий во­допад, регулятор расхода воды. Гидроэлектростанции стро­ят на реках, которые перекрываются плотинами.

Учитывая, что волны на глубоких водоемах (морях, океа­нах) обладают огромной энергией, возможно строительство волновых электростанций, а также других энергетических установок, использующих энергию волн.

Оборудование гидроэлектростанций эксплуатируется очень долго (более 50 лет). Электроэнергию, выработанную ГЭС, легко регулировать, что очень существенно при ее ис­пользовании в энергосистемах со значительными колебани­ями нагрузки. Суммарная мощность ГЭС в мире ежегодно возрастает примерно на 5 %, т. е. удваивается каждые 14 лет. Потенциальные возможности гидроэнергетики оценивают­ся в 1,5-10⁶ МВт.

Перспективным в настоящее время является использова­ние гидроэнергетических ресурсов малых рек без создания искусственных водохранилищ. Республика Беларусь - пре­имущественно равнинная страна. Но ее гидроэнергетичес­кие ресурсы достаточно существенны. Энергетическая про­грамма Республики Беларусь до 2010 г. в качестве основ­ных направлений развития малой гидроэнергетики предус­матривает: восстановление ранее существовавших малых ГЭС путем капитального ремонта и частичной замены обо­рудования; сооружение новых на водохранилищах неэнер­гетического назначения без затопления, на промышленных водосбросах, на реках с большим расходом воды.

Предполагается, что все восстанавливаемые и вновь со­оружаемые малые ГЭС будут работать параллельно с други­ми энергосистемами, что позволит значительно упростить схемные и конструктивные решения.

К 2010 г. общую мощность малых ГЭС в республике пред­полагается довести до 100 МВт установленной мощности, что обеспечит экономию 120 тыс. т у. т. в год.

Проведенный специалистами анализ показывает, что в перспективе на притоках рек Западная Двина, Неман, Вилия, Днепр, Припять и Западный Буг может быть построено около 50-ти малых ГЭС суммарной мощностью 50 тыс. кВт и среднегодовой выработкой электроэнергии 160 млн кВт-ч.

Энергия биомассы

Сложный комплекс веществ, из которых состоят расте­ния и животные, называют биомассой. Ее основа - органи­ческие соединения углерода. Биомасса является основным исходным веществом для образования ископаемых видов топлива (торфа, угля, нефти, газа), в ней содержится энергия, накопленная в результате фотосинтеза. Образование биомас­сы зависит от местных условий.

Промышленное использование биомассы может быть до­статочно значительным. Например, за счет отходов произ­водства сахара в производящих его странах покрывается до 40 % потребностей в топливе. Применение биомассы в виде дров, навоза и ботвы растений обеспечивает до 50 % бытового потребления энергии. Чистая удельная энергия, которую мож­но получить при сжигании биомассы, колеблется от 10 (сырая древесина) до 40 (жиры) и 55 МДж/кг (метан). Теплота сгора­ния сухой биомассы составляет около 20 МДж/кг. Биомассу используют в качестве сырья для получения жидкого и газо­образного топлива. Для получения биотоплива применяют следующие процессы, связанные с переработкой биомассы:

1. Прямое сжигание для получения тепловой энергии.

2. Пиролиз. Получаемые разновидности топлива облада­ют значительно меньшей, по сравнению с исходной биомас­сой, суммарной энергией сгорания, но большей универсаль­ностью применения, лучшей управляемостью горения, удоб­ством обращения и транспортировки, более широким диапа­зоном использования и в итоге - меньшим загрязнением окружающей среды.

3. Гидрогенизация. Измельченную или переваренную био­массу нагревают в атмосфере водорода до температуры 600 °С при давлении около 5 МПа. Полученные при этом газы при сжигании выделяют теплоту около 6 МДж/кг.

4. Анаэробная переработка. При отсутствии кислорода неко­торые микроорганизмы способны получать энергию, непосред­ственно перерабатывая углеродосодержащие составляющие, производя при этом метан СН₄. Получается смесь метана и по­путных газов, которая называется биогазом. Получение биога­за становится экономически оправданным, если соответствую­щий биогазогенератор перерабатывает имеющиеся потоки от­ходов, например, стоки канализационных систем, ферм и т. д.

5. Спиртовая ферментация. Микроорганизмы в процессе ферментации вырабатывают этиловый спирт, который мож­но использовать вместо бензина.

6. Экстракция топлива. Жидкое или твердое топливо в не­которых случаях может быть получено непосредственно от растений. Например, сок с живых растений собирают, надре­зая кору стволов, или из срезанных выдавливают под прес­сом. В результате получают углеводороды с более низкой молекулярной массой, чем у каучука, которые могут быть использованы в качестве заменителей бензина.

Широкое развитие получили биогазовые установки (БУ). В конце 80-х гг. в Китае количество БУ объе­мом 8-10 м³ превышало 10 млн шт., а большего объе­ма - 40 тыс. БУ обеспечивали 70 % крестьянских семей биогазом и удобрением. К 2009 г. Китай планирует произ­водить 500 млрд м³ биогаза в год, что эквивалентно 400 млн т у. т. Такие установки внедряются в Дании, Герма­нии, Швеции, Франции, Бельгии и других странах.