Ю.Д. Сибикин

М. Ю. Сибикин

НетраДициоННые

и возобНовляеМые

иСточНики эНергии

Учебное пособие

УДК 620(075.8)

ББК 31.15я73

С 34

Сибикин Ю. Д.

С 34 Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. — М. : КНОРУС, 2010. — 232 с.

ISBN 9785406002780

Рассмотрены современное состояние и перспективы использования в России и за рубежом энергии солнца, ветра, геотермальных вод, малых рек, океанов, морей, вторичных энергоресурсов и других возобновляемых источников энергии. Приведены примеры их внедрения в народное хозяйство.

Для  студентов  энерго-  и  теплотехнических  специальностей,  а  также  для  инженерно-технических  работников,  занимающихся  решением  проблем  использования НВИЭ.

УДК 620(075.8) ББК 31.15я Сибикин Юрий Дмитриевич Сибикин Михаил Юрьевич

НЕТРАДИЦИОННЫЕ

И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Изд. № 2338. Подписано в печать 16.12.2009.

Формат 6090/16. Гарнитура «PetersburgC». Печать офсетная.

Усл. печ. л. 14,5. Уч.-изд. л. 11,0. Тираж 2000 экз. Заказ № ООО «Издательство КноРус».

129110, Москва, ул. Большая Переяславская, 46, стр. Тел.: (495) 680-7254, 680-0671, 680-1278.

E-mail: [email protected] http://www.knorus.ru Отпечатано в ОАО «Московская типография № 2».

129085, Москва, пр. Мира, 105.

© Сибикин Ю.Д., Сибикин М. Ю., © ЗАО «МЦФЭР», ISBN 9785406002780 © ООО «Издательство КноРус», Оглавление Предисловие.................................. Введение..................................... Глава 1. Общая характеристика энергетики 1.1. Термины и определения........................... 1.2. Традиционные и нетрадиционные источники энергии........ 1.3. Энергетическое хозяйство промышленно развитых стран...... 1.4. Ресурсная обеспеченность мировой энергетики и перспективы ее развития........................ 1.5. Современное состояние энергетики России.............. 1.6. Стратегия развития отечественной энергетики до 2020 г....... 1.7. Место нетрадиционных источников в удовлетворении энергетических потребностей человека................. Контрольные вопросы............................. Глава 2. Экологические проблемы энергетики 2.1. Антропогенная деятельность и ее влияние на экологию....... 2.2. Основные направления экологической политики при развитии ТЭК............................. 2.3. Виды вредностей и их воздействие на человека............ 2.4. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны.......................... 2.5. Охрана атмосферного воздуха от загрязнений промышленными предприятиями.................... 2.6. Инвентаризация выбросов в атмосферу загрязняющих веществ тепловых электростанций и котельных............ 2.7. Организация контроля выбросов в атмосферу на тепловых электростанциях и в котельных..................... 2.8. Определение количества выбросов................... Контрольные вопросы............................. Глава 3. Использование энергии Солнца 3.1. Физические основы процессов преобразования солнечной энергии.................................... 3.2. Типы солнечных коллекторов и принципы их действия....... 3.3. Солнечные тепловые электростанции (СТЭС)............ •Оглавление 3.4. Солнечные фотоэлектрические станции (СФЭС).......... 3.5. Типы солнечных батарей........................ 3.6. Зарядка и подзарядка аккумуляторов................. 3.7. Расчет параметров солнечной батареи................. Контрольные вопросы............................ Глава 4. Использование энергии ветра Глава 5. Геотермальная энергетика 5.1. Источники геотермального тепла. Cпособы и методы его 5.2. Использование геотермального тепла 5.3. Конструктивные особенности ГЕОЭС России и перспективы Глава 6. Использование энергии океанов и морей 6.6. Непосредственное использование в графике нагрузки Глава 7. Использование вторичных энергетических ресурсов 7.1. Система определений, понятий и классификация вторичных 7.2. Определение выхода и использования ВЭР............. 7.4. Технологии использования ВЭР при эксплуатации и их учет 7.5. Опыт экономии тепловой энергии Глава 8. Использование производственных и сельскохозяйственных отходов, энергии малых рек Глава 9. Перспективы использования новых видов топлива и развития возобновляемых источников энергии Стратегическая задача, поставленная Президентом и Правительством России перед обществом и государством, заключается в том, чтобы определить пути более эффективного использования природных энергетических ресурсов как важнейшего национального достояния страны для существенного повышения производимого социально ориентированного внутреннего валового продукта (ВВП) и качества жизни населения при снижении удельных энергетических и, как следствие, материальных затрат общества на свое развитие.

Структурная реорганизация экономики России требует от энергетиков решения ряда новых специфических задач.

В электроэнергетике работает более 1 млн человек. На производство электрической и тепловой энергии в России в 2007 г. было израсходовано более 50% всех добываемых в стране ТЭР. Экономия энергии в электроэнергетике обеспечивается путем улучшения использования мощностей в максимуме нагрузок, расширения использования межсистемного эффекта, снижения удельных расходов топлива на электростанциях благодаря модернизации оборудования, ввода крупных высокоэкономичных блоков, повышения уровня теплофикации и др.

Значительное количество горючих энергоресурсов за период 2007— 2020 гг. будет сэкономлено в результате ввода более совершенного оборудования на новых и реконструируемых ТЭС, а также использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

В России и за рубежом накоплен значительный опыт по совершенствованию конструкции электрогенераторов для ветровых электростанций. Этот опыт должен быть использован для ветровых электростанций уже в 2010 г. при создании генераторов мощностью до 1000 кВт, способных работать с переменной частотой вращения.

Внедрение таких станций обеспечит экономию топлива на ТЭС порядка 6…7% при высокой экологической чистоте.

Имеющийся в настоящее время в России потенциал гидроресурсов используется недостаточно. Это обусловлено большими экологическими издержками при создании традиционных ГЭС и применении традиционного оборудования.

НИИэлектромаш совместно с АО «Уралэлектротяжмаш» и АО «ЭлСиб» разрабатывают и внедряют гидрогенераторы мощностью от 0, до 10 МВт в вертикальном и горизонтальном исполнениях для малых ГЭС. Эффект от экономии топлива на ТЭС и дизельных станциях за счет внедрения малых ГЭС составит 10%.

В НИИ и производственных предприятиях страны проводятся работы, направленные:

• на создание и внедрение экологически чистых парогазовых установок с внутрицикловой газификацией твердого топлива мощностью 300…320 МВт для ТЭЦ, что позволит снизить выбросы оксидов азота, углекислого газа в 10 раз, золы в отходящих газах до 8 мг/м3 вместо 50 мг/м3, уменьшить расходы топлива на 10…12%, металла на 12…15%, воды на 25…40%;

• освоение производства котлов-утилизаторов для ПГУ различной производительности, что позволит сэкономить до 20% топлива;

• создание экологически чистых мусоросжигающих станций с котлами единичной производительностью 5 т/ч по сжиганию 100 тыс. т/год твердых бытовых отходов.

Учебное пособие предназначено для студентов вузов по специальности 650800 «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии».

В учебном пособии рассмотрены традиционные и нетрадиционные источники энергии, запасы и ресурсы источников энергии, приведена динамика потребления энергоресурсов в мире, обосновано место нетрадиционных источников в удовлетворении энергетических потребностей человека.

Проанализированы вопросы перспективного использования энергии солнца, ветра, геотермального тепла, рассмотрены конструкции солнечных коллекторов, аккумуляторов тепла, солнечных электростанций, ветроэнергетических установок, приливных электростанций, ГеоТЭС и др.

Даны понятия о вторичных энергоресурсах (ВЭР), приведены примеры их использования в настоящее время и на перспективу до 2020 г.

Проблема внедрения нетрадиционных возобновляемых источников энергии является в настоящее время одной из наиболее актуальных для всего народного хозяйства России. Ее необходимо решать в кратчайшие сроки, так как это позволит повысить эффективность использования топливно-энергетических и материальных ресурсов при производстве широкого спектра промышленной и сельскохозяйственной продукции и снизить энергопотребление создаваемых в Российской Федерации машин, промышленных и энергетических объектов.

Современное общество к концу XX в. столкнулось с энергетическими проблемами, которые приводили в известной степени даже к кризисам. Человечество старается найти новые источники энергии, которые были бы выгодны во всех отношениях: простота добычи, дешевизна транспортирования, экологическая чистота, восполняемость. Уголь и газ отходят на второй план: их применяют только там, где невозможно использовать что-либо другое. Все большее место в нашей жизни занимает атомная энергия: ее можно использовать как в энергетике, металлургии, ядерных реакторах космических челноков, так и в легковых автомобилях.

Все традиционные источники энергии обязательно закончатся, особенно при постоянно возрастающих потребностях людей. Поэтому на рубеже XXI в.

человек стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре. Есть и другие причины, в связи с которыми человечество обратилось к альтернативным источникам энергии.

Во-первых, непрерывный рост промышленности как основного потребителя всех видов энергии.

Во-вторых, необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работы связаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) и другими сложными и наукоемкими технологиями. И в-третьих, экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем, и создает так называемый парниковый эффект.

Благодаря трудам выдающихся отечественных ученых и инженеров — Н. К. Байбакова, А. С. Басина, П. П. Безруких, В. В. Бушуева, С. Н. Ятрова, А. Ф. Дьякова, Б. П. Варнавского, Л. П. Гужновского, А. И. Гриценко, Л. В. Жилиной, А. Г. Завалко, Д. Г. Закирова, В. М. Зыкова, Ю. Д. Кузнецова, Р. В. Орлова, Е. В. Пашкова, С. И. Помазанова, В. И. Потапова, Н. К. Праведникова, М. М. Пчелина, М. Б. Плущевского, А. Ф. Лютенко, С. П. Сушона, Ю. А. Церерина и других — проблема внедрения в России нетрадиционных возобновляемых источников энергии будет позитивно решаться поэтапно до 2020 г.