Альтернативные источники энергии

       сетях - 1534,0 тыс. Гкал, что соответствует экономии  268,4 тыс. т у.т. (при среднем удельном расходе условного топлива (УРУТ) 175 кг/Гкал) [9]. 

       1.3 Энергосбережение и использование возобновляемых источников энергии 

       В связи с ограниченностью запасов  невозобновляемых источников энергии  задача удовлетворения нарастающих  потребностей населения и промышленных предприятий в электрической и тепловой энергии приводит к необходимости более широкого использования возобновляемых источников энергии: солнца, ветра, рек и водотоков, низкопотенциальных источников тепла и других. В перспективе это будет способствовать решению фундаментальных проблем устойчивого развития Алтайского края, таких как энергетическая безопасность, энергетическая эффективность экономики региона и защита окружающей среды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 2 Альтернативные и возобновляемые источники энергии: развитие альтернативной энергетики и их виды 

       К проблемам развития нетрадиционных видов энергетики, работающих на возобновляемых источниках энергии, власти Алтайского края проявляют особый интерес. Ведь для нашего региона, не обладающего значительными запасами ископаемых видов топлива, этот вектор развития энергетики особенно актуален. Алтайский край также заинтересован в получении полезного опыта в мусоропереработке. 
          Алтайский край, как известно, является энергодефицитной территорией. Собственные генерирующие мощности закрывают лишь 50% потребностей. Поэтому около 5 млрд. кВт/ч электричества мы ежегодно закупаем в других регионах. Одним из способов выравнивания энергетического баланса специалисты как раз и называют использование альтернативных источников энергии [9]. 

2.1 Перспектива развития ветровой энергии 

       Алтайский край является одним из перспективных регионов по потенциалу ветровой энергии, а потому решено было ориентироваться на строительство трех ветропарков мощностью по 50 МВт [8].

       У энергии ветра есть несколько  существенных недостатков, которые  затрудняют ее использование, но отнюдь не умаляют ее главного преимущества - экологической чистоты. Она сильно рассеяна в пространстве, поэтому необходимы ветроэнергоустановки, способные постоянно работать с высоким КПД. Ветер очень непредсказуем - часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки.

       Ветроэнергостанции  не безвредны: они мешают полетам  птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями. Но, как мы увидим дальше эти недостатки можно  уменьшить, а то и вовсе свести на нет.

       Для будущего строительства ветропарков были выбраны три площадки в Славгородском и Кулундинском районах. Была проработана компоновка оборудования: каждая площадка включает в себя 25 установок единичной мощностью 2–3,5 МВт. Высота башни составит 80–105 метров, диаметр ветроколеса – 90–120 метров, масса гондолы  – 80–120 тонн [8].  Понятно, что габариты проекта потребуют особых условий доставки и монтажа. Также серьезными недостатками ветроэнергетики являются непредсказуемость вырабатываемой мощности, сложность ее регулирования, высокая стоимость строительства и т. д. Впрочем, по мнению специалистов, результат себя оправдает. Ведь мощность даже одного такого ветропарка, какие будут созданы на Алтае, вполне сопоставима с мощностью крупной ТЭЦ (рис. 2).

       В случае успешного прохождения предпроектной стадии в будущем году планируется начать разработку проектной документации. При благоприятном стечении обстоятельств уже в 2012 году в Алтайском крае могут появиться первые объекты малой гидроэнергетики, а годом позже – ветропарки [8].

       Администрация Алтайского края подписала соглашение, с компанией, готовой привлекать инвестиции для строительства ветроэнергопарков в регионе. Соглашение о взаимодействии в области развития ветроэнергетики на территории Алтайского края подписали 4 октября администрация региона, ОАО «МРСК Сибири», ОАО «Алтайсбытэнерго», ОАО «Альтернативная энергетическая корпорация» [8].  

       Рисунок 2 Ветропарки [8]. 

       Компания будет заниматься осуществлением сбора и анализа информации о предполагаемых площадках для строительства парков, проведением метеорологических наблюдений на территории края, привлечением ведущих иностранных компаний, работающих в области ветроэнергетики. 

2.2 Энергия солнечного излучения 

       Солнечная энергетика предусматривает использование солнечного излучения для получения тепловой или электрической энергии в каком-либо виде в регионах с достаточно большим количеством солнечных дней.

       Продолжительность солнечного сияния в Алтайском крае составляет 2000 - 2300 часов в год [9]. Свет в течение года, поступает на территорию Алтайского края, неравномерно. Меньше всего солнечной радиации поступает в Алтайский край зимой, максимальное количество, соответственно, летом – когда солнце высоко стоит над горизонтом. Использование солнечной энергии в качестве альтернативной является целесообразным. Нужно только помнить о том, что солнечные батареи не в состоянии обеспечить постоянное поступление энергии потребителю. И использование солнечных батарей лучше сочетать с использованием ветряков, к примеру.

       Распределение потенциала солнечного излучения по территории края изучено не достаточно подробно. Для оценок можно использовать расчетные данные по городу Барнаулу. Годовая продолжительность солнечного сияния в среднем составляет 1936 часов в год, это около 44% от максимально возможной на данной географической широте величины. Годовой приход суммарной радиации на горизонтальную площадку в среднем составляет 4.5 ГДж/м² [9].

       Использование солнечной энергии для горячего водоснабжения и отопления может осуществляться либо путем сооружения специальных установок, в которых теплоноситель нагревается и поступает в системы отопления, кондиционирования воздуха или горячего водоснабжения, либо изготовлением специальных элементов, встроенных в конструкцию здания (пассивное использование солнечной энергии). Самая крупная в Алтайском крае действующая коллекторная установка (площадь коллекторного поля – 70 м² ) обеспечивает нагрев горячей воды в системе горячего водоснабжения гостиницы «Барнаул» (рис. 3) [9]. Установка функционировала с мая по сентябрь. Двухлетний опыт эксплуатации этой установки показал, что потребление энергии на горячее водоснабжение у потребителя сократилась в два раза. Подобные солнечные коллекторные установки могут использоваться или в системах теплоснабжения автономных объектов или в качестве предварительных ступеней крупных источников тепла, работающих на тепловую сеть (так называемые «солнечные энергетические вставки» к традиционным источникам тепла).

       Весьма перспективно использование так называемых систем пассивного солнечного отопления. Менее известные у нас системы с прозрачной изоляцией, позволяющие эффективно использовать солнечное излучение для снижение потребности в отопительном тепле.

       Рисунок 3 Гостиница «Барнаул» [7]. 

       Установленные панели с прозрачной изоляцией на стены южных фасадов зданий позволяют получать приток тепла во внутрь помещений даже в зимние месяцы. Проведенные исследования показали, что пассивные системы могут замещать 30-40% отопительной нагрузки совместно с другими мероприятиями по энергосбережению в зданиях снижать в разы потребность в тепловой энергии, необходимой для отопления здания [7]. 
 
 
 

2.3 Геотермальная энергия 

       Геотермальная энергия — это энергия внутренних областей Земли. Известно, что на глубине более 3-5 м почва характеризуется относительно невысокой (8-12°С), но незначительно изменяющейся температурой, что позволяет рассматривать ее как эффективный источник низкопотенциального тепла [1]. Гидрологические характеристики территории Алтайского края благоприятны для использования в системах отопления и горячего водоснабжения низкотемпературного тепла поверхностных слоев Земли. При низкой плотности заселения территории, характерной для сельских поселков, этот ресурс практически неисчерпаем.

       Рассмотрены две технологии использования этого  источника тепловой энергии:

       • использование теплонасосных систем отопления с вертикальными грунтовыми теплообменниками закрытого типа (рис. 4);

       • применение грунтовых теплообменников  предкондиционеров в системах вентиляции (рис. 5).

       Анализ  факторов, влияющих на теплообмен в  верхних слоях почвы показал, что в условиях Западной Сибири эти  технологии достаточны энергетически  эффективны. 

       Рисунок 4 Теплонасосные системы отопления с вертикальными грунтовыми теплообменниками закрытого тип [1]. 

       Теплонасосная система может передать в систему  теплоснабжения здания до трех кВт/ч тепловой энергии на 1 кВт/ч электрической энергии, затраченной приводом компрессора теплового насоса [1].

       Рисунок 5 Грунтовые теплообменники предкондиционеров в системах вентиляции [1]. 

       Грунтовый теплообменник, встроенный в систему  вентиляции может передать до 20 кВтч тепловой энергии на каждый кВт/ч электрической энергии, затраченной вентилятором [1]. 
 

2.4 Биогазовая энергетика: Перспективы Алтайского края 

       Биотопливо - это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород).

       Развитое  сельскохозяйственное производство и, в частности, животноводство, лесозаготовки  являются источниками значительного количества биомассы, пригодной для получения в местах потребления дешевого экологически чистого топлива.

       Алтайский край обладает огромными возможностями по развитию генерации энергии на газовом топливе.

       Отходы  Агро-Промышленного Комплекса (АПК), которые необходимо утилизировать, сами по себе являются существенным энергетическим ресурсом, так как с разной степенью эффективности возможно получение биогаза почти из всех видов сельскохозяйственных отходов. Таким образом, развитие биогазовой энергетики – это не только возможное решение проблемы отходов, но и еще решение энергетических проблем сельского хозяйства (см. приложение) [10].

       В количественном выражении, суммарный  энергетический потенциал отходов  АПК РФ достигает 81 млн. тонн условного топлива (т.у.т.) (рис. 6, 7) [10]. Если весь биогаз будет перерабатываться на специальных (когенерационных) установках, это позволит на 23% обеспечить суммарные потребности экономики в электроэнергии, на 15% – в тепловой энергии и на 14% – в природном газе или же полностью обеспечить сельские районы доступом к природному газу и тепловой мощности [10]. 

       Рисунок 6 Схема энергетического потенциала отходов [10]. 

       Рисунок 7 Схемы потенциала биогаза по замещению традиционных источников энергии [10]. 

       Биогазовая энергетика – это еще источник дешевых комплексных органических удобрений, которые образуются как субпродукт при производстве биогаза. Например, ежедневный органический потенциал переработки навоза единицы крупнорогатого скота (КРС) составляет 0,25 кг азота, 0,13 кг оксида фосфора, 0,3 кг оксида калия и 0,25 оксида кальция и сравним с 1 кг комплексных удобрений [10]. В целом для сельского хозяйства такие дешевые и доступные удобрения – это интенсификация производства и повышение конкурентоспособности отечественной продукции. Для фермера – независимость от конъюнктуры закупочных цен на рынке минеральных удобрений и большие урожаи.

       Биогазовые установки позволяют получить биогаз и органические удобрения из органических отходов (эту роль выполняет биореактор), а по качеству и эффективности использования биогаз не уступает природному газу (рис. 8). Биогаз получаемый, из органических отходов производства, позволяет снизить себестоимость продукции, а собственные газопоршневые электростанции (в основе которых лежат газопоршневые установки), использующие для своей работы биогаз вместо привычного природного газа, обеспечивают производство электроэнергией и теплом. Таким образом, выбирая альтернативные источники энергии, предприятие получает экономию средств и независимость от внешних обстоятельств.