Альтернативные источники энергии и возможность их применения в России - файл n1.doc

Альтернативные источники энергии и возможность их применения в России
скачать (1362.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1363kb.06.11.2012 22:21скачать

n1.doc

  1   2   3



ФГБОУ ВПО «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет: Энергетический

Кафедра: Экономики аграрного производства

Специальность: Энергообеспечение

Форма обучения: заочная

Курс, группа: 3С, 2

(Фамилия, имя, отчество студента)


КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Альтернативные источники энергии и возможность их применения в России»
по дисциплине «Экономика и управление системами теплоэнергоснабжения»




«К защите допускаю»
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)

__________________

(подпись)

“____”_____________2011 г


Оценка при защите
_________________
_________________

(подпись)

“___”________20___г.

Уфа 2011
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3

РАЗДЕЛ 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ «АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В РОССИИ 5

РАЗДЕЛ 2 ОЦЕНКА ПРЕДПРИЯТИЯ 25

РАЗДЕЛ 3 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ КАПИТАЛОВЛОЖЕНИЙ 43

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46

БИБЛИОГРФИЧЕСКИЙ СПИСОК 48
ВВЕДЕНИЕ

Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменением климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли.

Традиционные топливно-энергетические ресурсы при существующих темпах развития научно-технического прогресса, по одним данным, иссякнут в ближайшие 100-150 лет. По другим оценкам, мировые ресурсы угля составляют 30 триллионов тонн, нефти - 300 миллиардов тонн, газа - 220 триллионов кубометров. Разведанные запасы угля составляют 1685 миллиардов тонн, нефти - 137 миллиардов тонн, газа - 142 триллионов кубометров. Однако и при таких, казалось бы, внушительных цифрах, при том, что в последние годы в шельфовых зонах морей открыты огромные запасы нефти и газа, запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет.

Согласно исследованию Международного энергетического агентства (МЭА) "World Energy Outlook 2000", ископаемые виды топлива - нефть, природный газ и уголь, сохранят доминирующие позиции в мировом потреблении первичных энергоносителей до 2020 г. Более того, МЭА ожидает, что их использование даже несколько расширится, а суммарная доля не дающих выбросов СО2 атомной, гидроэнергии и прочих возобновляемых источников может достигнуть 10%.

Главным образом на скорейший переход к альтернативным источникам энергии указывают следующие основные причины:

Практически все развитые страны мира уделяют серьезное внимание проблеме использования альтернативных источников энергии (нетрадиционных и возобновляемых источников энергии - НВИЭ). В России также разработана комплексная программа проведения научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ по использованию НВИЭ. Программой предусмотрен ряд организационных мероприятий по освоению промышленностью производства и широкомасштабного внедрения систем энергоснабжения, работающих на НВИЭ.

В данной работе рассматриваются альтернативные источники энергии и возможность их применения в России, проблемы необходимые для решения при их внедрении применительно к нашей стране.

Цель курсовой работы - освоение методики экономической оценки деятельности энергетического предприятия.

В связи с поставленной целью в курсовой работе требуется решить следующие основные задачи:

РАЗДЕЛ 1 АЛЬТЕРНТИВНЫЕ (НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ) ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Возобновляемые источники энергии – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.

В соответствии с резолюцией № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г.) к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков. Классификация НВИЭ представлена в таблице 1. [13]

Таблица 1 Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Источники первичной энергии

Естественное преобразование энергии

Техническое преобразование энергии

Вторичная потребляемая

энергия

Земля

Геотермальное тепло

Земли

Геотермальная

электростанция

Электричество


Солнце


Испарение атмосферных осадков

Гидроэлектростанции (напорные и свободнопоточные)

Движение атмосферного воздуха

Ветроэнергетические установки

Морские течения

Морские электростанции

Движение волн

Волновые электростанции

Таяние льдов

Ледниковые электростанции

Фотосинтез

Электростанции на

биомассе




Фотоэлектричество

Приливы и отливы

Приливные электростанции


Начиная с 90-х годов по инициативе ЮНЕСКО при поддержке государств-членов ООН и заинтересованных организаций, проводятся мероприятия по продвижению идеи широкого использования возобновляемых источников.

1.1 Запасы, динамика потребления энергоресурсов, политика России в области альтернативных источников энергии

Потенциальные возможности нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в России составляют, млрд. т у.т (тонн условного топлива) в год:

– энергии Солнца – 2300;

– энергии ветра – 26,7;

– энергии биомассы – 10;

– тепла Земли – 40000;

– энергии малых рек – 360;

– энергии морей и океанов – 30;

– энергии вторичных низкопотенциальных источников тепла – 530. [13]

Разведанные запасы местных месторождений угля, нефти и газа в России составляют 8,7 млрд. т.у.т., торфа – 10 млрд. т.у.т. По оценкам, технический потенциал возобновляемых источников энергии составляет порядка 4,6 млрд. т у.т. в год, то есть в пять раз превышает объем потребления всех топливно-энергетических ресурсов России, а экономический потенциал определен в 270 млн. т у.т. в год, что немногим более 25 процентов от годового внутреннего потребления энергоресурсов в стране. В настоящее время экономический потенциал возобновляемых источников энергии существенно увеличился в связи с подорожанием традиционного топлива и удешевлением оборудования возобновляемой энергетики за прошедшие годы.

Доля возобновляемой энергетики в производстве электроэнергии составила в 2002 г. около 0,5% от общего производства или 4,2 млрд. кВт·ч, а объем замещения органического топлива – около 1% от общего потребления первичной энергии или около 10 млн. т.у.т. в год.

Положительным фактором для развития НВИЭ в России является создание законодательной базы. Так, федеральным законом РФ от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" установлена правовая основа применения электрогенерирующих установок на НВИЭ, состоящая в праве независимых производителей этой электроэнергии на подсоединение к сетям энергоснабжающих организаций. Государственной Думой и Советом Федерации принят Закон «О государственной политике в сфере использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии». Этот правовой акт устанавливает минимально допустимые в современных условиях экономические и организационные основы развития. Ведется разработка федеральной программы по использованию НВИЭ. Правительством России в 2003г. принята «Энергетическая стратегия России на период до 2020 г.». (Российская Газета от 07.10.2003г.). Одним из направлений данного документа является рассмотрение возможностей использования возобновляемых источников энергии.

Стратегическими целями использования возобновляемых источников энергии и местных видов топлива являются:

сокращение потребления невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов;

снижение экологической нагрузки от деятельности топливно-энергетического комплекса;

обеспечение децентрализованных потребителей и регионов с дальним и сезонным завозом топлива;

снижение расходов на дальнепривозное топливо.

При проведении региональной энергетической политики важное значение имеет оптимальное использование возобновляемых источников энергии и местных видов топлива.

Необходимость использования указанных видов энергии определяется их существенной ролью при решении следующих проблем:

обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения, в первую очередь в районах Крайнего Севера и приравненных к ним территориях. Объем завоза топлива в эти районы составляет около 7 млн. т нефтепродуктов и свыше 23 млн. т угля;

обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии, предотвращение ущерба от аварийных и ограничительных отключений;

снижение вредных выбросов от энергетических установок в городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.[8]

Неистощаемость и экологическая чистота этих ресурсов обусловливают необходимость их интенсивного использования.

Для преодоления отставания России в использовании возобновляемых источников энергии, сохранения запасов истощаемого органического топлива для будущих поколений, существенного улучшения энергоснабжения удаленных от электросетей населенных пунктов, а также улучшения экологической обстановки в экологически напряженных районах необходимо:

разработать и принять федеральный закон "О возобновляемых источниках энергии" и соответствующий акт Правительства Российской Федерации.[8]

2 НВИЭ и возможности ее использования в России

2.1 Энергия ветра (ветровая энергетика)

Различные виды НВИЭ находятся на разных стадиях освоения. Наибольшее применение получил самый изменчивый и непостоянный вид энергии - ветер. Но ветер - это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения” ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда “размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее “надежным”, чем Солнце.

Суммарная мировая установленная мощность крупных ВЭУ и ВЭС, по разным оценкам, составляет от 10 до 20 ГВт. Кажущийся парадокс объясняется тем, что удельные капиталовложения в ВЭУ ниже, чем при использовании большинства других видов НВИЭ. Растет не только суммарная мощность ветряных установок, но и их единичная мощность, превысившая 1 МВт. По-видимому, и в ближайшей перспективе ветроэнергетика сохранит свои передовые позиции. Мировыми лидерами по применению энергии ветра являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия. По экспертным оценкам валовой потенциал ветровой энергии в России составляет 26*106 т.у.т./год, а экономический – 12,5*106 т.у.т./год. Сейчас в России рядом производителей выпускаются в основном малые ветроустановки мощностью 500 Вт – 16 кВт как для водоподъема, так и производства электроэнергии. Разработаны ВЭУ мощностью 100 и 250 кВт, несколько таких установок эксплуатируется в северных регионах страны.[9]

Изданный в 2002 г. «Атлас ветров России» позволяет рационально выбрать место установки с технико-экономическими показателями, рекомендуемых ветроэлектрических установок (ВЭУ). Различные зоны страны имеют ветровые режимы, сильно отличающиеся один от другого. Значение среднегодовой скорости ветра в данном районе дает возможность приближенно судить о целесообразности использования ветродвигателя и об эффективности агрегата. Карта ветроэнергетических ресурсов России представлена на рисунке 2. [12]

Считается, что сооружение ветровой установки мощностью до 5-6 кВт экономически оправдано при скорости ветра, превышающей 3,5-4,0 м/с. Для больших установок требуется скорость ветра 5,5-6,0 м/с. [2] 

По зарубежным данным для сооружения ветровой энергетической установки мощностью в несколько мегаватт предпочтительны районы со среднегодовой скоростью ветра 8 м/с на высоте размещения ветроколеса. Большинство областей европейской части России относятся к зоне средней интенсивности ветра. В этих районах среднегодовая скорость ветра составляет от 3,5 до 6 м/сек. К этой же зоне относится часть территории, лежащая юго-восточнее озера Байкал. [1]



Рисунок 2 Карта ветроэнергетических ресурсов России.

Цифрами обозначены зоны со среднегодовыми скоростями ветра:

1 – выше 6 м/сек; 2 – от 3,5 до 6 м/сек; 3 – до 3,5 м/сек.
Третья зона занимает обширную территорию Восточной Сибири и Дальнего Востока, некоторых областей европейской части России. В этой зоне скорости ветра относительно невелики – до 3,5 м/с, и широкое применение здесь ветроэнергетических установок не рекомендуется.

В отдельных районах России скорости ветра достигают 8 м/с и более. В то же время в районах восточнее реки Енисея до побережья Охотского моря преобладают ветры слабой интенсивности - от 1,5 до 3,5 м/с; только на самом побережье она повышается.

Отсюда можно увидеть определенную закономерность - высокие скорости ветра характерны для морских побережий и горных перевалов. Эта закономерность подтверждается также зарубежными исследователями. Например, западногерманские специалисты, изучавшие возможность создания системы мощных ветровых электростанций в Германии, сообщает о том, что скорости ветра на Балтийском побережье Германии находятся в интервале 6-7,5 м/с, во внутренних же районах эти значения меньше. Одновременно они приводят данные о периоде затишья. Оказалось, что периоды затишья (штиля) наблюдаются, как правило, летом, на морском побережье Германии продолжительностью 7-10 ч, во внутренних районах страны - 16-30 ч максимально до 130 ч. Эти же специалисты указывают еще на одну деталь при определении скорости ветра. [2]

Необходимо иметь в виду, что даже к одному работающему ветряку близко подходить не желательно, и притом с любой стороны, так как при изменениях направления ветра направление оси ротора тоже изменяется. Для размещения же сотен, тысяч и тем более миллионов ветряков потребовались бы обширные площади в сотни тысяч гектаров. Дело в том, что ветроагрегаты близко друг к другу ставить нельзя, так как они могут создавать взаимные помехи в работе, "отнимая ветер" один от другого. А на занимаемой ветроагрегатами площади уже ничего другого делать будет нельзя. Работающие ветродвигатели создают значительный шум, и что особенно плохо — генерируют неслышимые ухом, но вредно действующие на людей инфразвуковые колебания с частотами ниже 16 Гц. Кроме этого, ветряки распугивают птиц и зверей, нарушая их естественный образ жизни, а при большом их скоплении на одной площадке — могут существенно исказить естественное движение воздушных потоков с непредсказуемыми последствиями.

Использование ветра в качестве возобновляемого источника энергии (ВИЭ) на территории России возможно на территориям страны, не обеспеченным централизованным энергоснабжением и использующим дорогое привозное топливо. В этих случаях использование энергии ветра имеет также большое социальное значение, увеличивая надежность энергоснабжения. [9]
2.2 Малая гидроэнергетика

К малым ГЭС условно относят гидроэнергетические агрегаты мощностью от 100 кВт до 10 МВт. Меньшие агрегаты относятся к категории микро-ГЭС. Суммарная мощность в 2008 году малых ГЭС в мире превышала 85 ГВт.

Малая гидроэнергетика за последние десятилетия заняла устойчивое положение в электроэнергетике многих стран мира. В ряде развитых стран установленная мощность малых ГЭС превышает 1 млн. кВт (США, Канада, Швеция, Испания, Франция, Италия). Они используются как местные экологически чистые источники энергии, работа которых приводит к экономии традиционных топлив, уменьшая эмиссию диоксида углерода. Лидирующая роль в развитии малой гидроэнергетики принадлежит КНР, если в 2000 году в этой стране совокупная мощность малых ГЭС составляла около 25 ГВт, то к началу 2010 года работало 45 тыс. малых ГЭС общей мощностью более 55 ГВт, обеспечивающих значительную часть потребностей в электроэнергии сельского населения страны.[1]

В России функционирует несколько десятков малых электростанций общей мощностью порядка 250 МВт. Многие из них были введены в строй более 50 лет назад и нуждаются в реконструкции. А в середине прошлого века (в1950-х годах), в России работало большое количество малых ГЭС (их общее количество составляло более 6 тыс.), однако, впоследствии предпочтение было отдано крупному гидроэнергостроительству, и малые ГЭС постепенно выводились из эксплуатации. Сегодня интерес к малым ГЭС возобновился. Несмотря на то, что их экономические характеристики уступают крупным ГЭС, в их пользу работают следующие аргументы. Малая ГЭС может быть сооружена даже при нынешнем дефиците капиталовложений за счет средств частного сектора экономики, фермерских хозяйств и небольших предприятий. Малая ГЭС, как правило, не требует сложных гидротехнических сооружений, в частности, больших водохранилищ, которые на равнинных реках приводят к большим площадям затоплений. Сегодняшние разработки малых ГЭС характеризуются полной автоматизацией, высокой надежностью и полным ресурсом не менее 40 лет. Малые ГЭС позволяют лучше использовать солнечную и ветровую энергию, так как водохранилища ГЭС способны компенсировать их непостоянство. [1]

Технически возможный потенциал малой гидроэнергетики в России составляет примерно 41 ГВт мощности и 372 млрд кВтч ежегодной выработки. Экономически эффективный к использованию потенциал точно не определен, ориентировочно он составляет порядка 55% от технического. А по другим данным сегодняшними доступными средствами на малых ГЭС в России можно производить около 500 млрд. кВт*ч электроэнергии в год. [10]

Большая часть гидроэнергетического потенциала малых рек сосредоточена в Сибири и на Дальнем Востоке. В Европейской части России большие возможности для создания малых ГЭС существуют на Северном Кавказе, Урале, в Карелии и Мурманской области.

В 2006-2007 годах в Дагестане были введены в эксплуатацию пять малых ГЭС мощностью 0,6-1,4 МВт. В 2008-2009 годах полностью на средства частного инвестора была построена Фаснальская ГЭС мощностью 6,4 МВт в Северной Осетии, являющаяся частью планируемого каскада из 17 малых ГЭС общей мощностью 240 МВт в бассейне реки Урух.

В 2006-2009 годах две малых ГЭС мощностью 1,2 и 0,5 МВт были сооружены на выпускных коллекторах очистных сооружений Ульяновска. Реализуются и проекты по восстановлению малых ГЭС ( в Карелии и Ленинградской области). В 2009 году ОАО «РусГидро» ввело в эксплуатацию Эшкаконскую малую ГЭС в Карачаево-Черкесии мощностью 0,6 МВт. В настоящий момент «РусГидро» реализует пилотную программу малых ГЭС, ведется исследование новых створов под строительство, воплощаются проекты строительства: Фиагдонской МГЭС в Северной Осетии, Зарагижской и Верхнебалкарской - в Кабардино-Балкарии, «Чибит» - в Республике Алтай, «Большой Зеленчук» - в Карачаево-Черкесии. [10]

Перспективна установка малых ГЭС на плотинах большого количества водохранилищ, созданных в интересах водоснабжения, ирригации, водного транспорта, рекреации, на ирригационных каналах, системах водоснабжения и канализации. Сегодня их можно реконструировать и технически перевооружить. Целесообразно использовать в энергетических целях существующие малые водохранилища, которых в России более 1000. Кроме того, возможно восстановление сотен малых ГЭС, ранее выведенных из эксплуатации, но сохранивших полностью или частично основные сооружения. Из всех ВИЭ малые ГЭС наиболее конкурентоспособны (за исключением обычных ГЭС). Тем не менее в сложившихся в России условиях в большинстве случаев они экономически менее привлекательны по сравнению с традиционными электростанциями. При сравнительно низкой стоимости установленного киловатта и коротком инвестиционном цикле малые ГЭС позволяют дать электроэнергию удаленным от сетей поселениям. [10]

Для успешного развития малой гидроэнергетики необходимы меры по ее государственной поддержке, декларированные законом «Об электроэнергетике» и другими документами, но не реализованные на уровне подзаконных актов. Также требуется упростить административные процедуры получения разрешений на строительство малых ГЭС, отвода под них земель, подключения их к энергосистеме.
2.3. Солнечная энергия

Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекундно дает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Большую часть этой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть её достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той её части, которую получает Земля, в 5 млрд. раз. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции. Нужно только уметь пользоваться им.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности энергетики, основанные на использовании непосредственного солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Использование всего лишь 0,0125% энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5% полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти громадные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Только очень небольшая часть этой энергии может быть практически использована. Едва ли не главная причина подобной ситуации – слабая плотность солнечной энергии. Простой расчет показывает, что если снимаемая с 1 м2 освещенной солнцем поверхности мощность в среднем составляет 160 Вт, то для генерирования 100 тыс. кВт нужно снимать энергию с площади в 1,6 км2. Ни один из известных в настоящее время способов преобразования энергии не может обеспечить экономическую эффективность такой трансформации.[3]

Доказано, что в высоких широтах плотность солнечной энергии составляет 80-130 Вт/м2, в умеренном поясе – 130-210, а в пустынях тропического пояса ­­- 210-250 Вт /м2. Это означает, что наиболее благоприятные условия для использования солнечной энергии существуют в развивающихся странах Африки, Южной Америки, в Японии, Израиле, Австралии, в отдельных районах США (Флорида, Калифорния). В СНГ в районах, благоприятных для этого, живет примерно 130 млн. человек, в том числе 60 млн. в сельской местности. [2]



Рисунок 2 Распределение плотности солнечного излучения на Земле
Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от ряда факторов: широты, местного климата, сезона года, угла наклона поверхности по отношению к Солнцу.

Таким образом, количество солнечной радиации существенно различается в зависимости от времени года и географического положения (рисунок 2). Этот фактор необходимо учитывать при использовании солнечной энергии.

Сегодня для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию возможно двумя путями: использовать солнечную энергию как источник тепла для выработки электроэнергии традиционными способами (например, с помощью турбогенераторов) или же непосредственно преобразовывать солнечную энергию в электрический ток в солнечных элементах. В значительно более широких масштабах солнечную энергию используют после ее концентрации при помощи зеркал – для плавления веществ, дистилляции воды, нагрева, отопления и т. д.

Наиболее просто использовать солнечную энергию для получения тепла для горячего водоснабжения. Солнечные водонагревательные установки (СВУ) широко распространены в странах с жарким климатом. Например, в Израиле закон требует, чтобы каждый дом был оснащен СВУ. В США СВУ повсеместно используются для подогрева воды в бассейнах. Вклад СВУ в энергетический баланс США эквивалентен примерно 2 млн. тут в год. Суммарная площадь коллекторов, установленных сегодня в мире оценивается в 50-60 млн м2, что обеспечивает получение тепловой энергии, эквивалентной 5-7 млн тут в год. В Европейских странах к концу 2000 г. действовало 11,7 млн м2 коллекторов. [8]

В России СВУ на сегодня не нашли сколько-нибудь значительного распространения, что с одной стороны связано с относительно низкой стоимостью традиционных топлив, а с другой – бытующим мнением о недостаточной инсоляции в большинстве регионов России.

Вместе с тем в последние годы для всей территории России проведено тщательное исследование прихода солнечной энергии на поверхности, тем или иным образом ориентированные в пространстве, и показано, что практически для всех регионов страны, включая высокие широты, применение СВУ в течение 3-6 месяцев в году экономически оправдано. [8]

Для преобразования солнечной энергии в электроэнергию могут быть использованы как термодинамические методы, так и прямое преобразование с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).

Сегодня в США работают 7 электростанций общей мощностью 354 МВт(э), использующие параболоцилиндрические концентраторы солнечной радиации и термодинамический метод преобразования. Известны проекты сооружения подобных СЭС в ряде стран так называемого солнечного пояса (Мексика, Египет и др.). Для России, с учетом характеристик солнечной радиации, подобные СЭС сегодня не представляют сколько-нибудь значительного интереса.

Фотоэлектрические преобразователи, напротив, находят все большее применение в самых разных регионах. В отличие от СЭС с концентраторами, ФЭП используют не только прямое, но и рассеянное излучение и не требуют дорогостоящих устройств для слежения за солнцем.

Рынок ФЭП развивается весьма динамично. Суммарная мощность установленных в мире ФЭП в 2002 году, превысила 500 МВт. Это обусловлено принятием в ряде стран национальных программ, предусматривающих широкое внедрение ФЭП («100 тысяч солнечных крыш» в Германии, «100 тысяч солнечных крыш» в Японии, «1 млн. солнечных крыш» в США). Быстрыми темпами растет и производство ФЭП, достигшее 1 ГВт в год. Япония и Германия прогнозируют в ближайшие годы выход на годовые объемы производства до 500 МВт каждая. Массовое производство ФЭП ведет к их удешевлению. Сегодня модули ФЭП на мировом рынке стоят около 4 долл. за пиковый ватт, что при удовлетворительной инсоляции приводит к стоимости электроэнергии в 15-20 цент/кВтч. Особенно велик рынок ФЭП в развивающихся странах. Установки сравнительно небольшой мощности в единицы кВт представляют сегодня практически единственную возможность приобщить сельское население этих стран к современной цивилизации.

Сегодня на мировом рынке присутствуют тысячи фирм, создающих различные установки с ФЭП, но только десятки фирм, в том числе в России умеют делать солнечные элементы. Начиная с середины 90х годов, в России инициированы работы по совершенствованию ФЭП и развертывание их опытно-промышленного производства. Так, например, фирма «Солнечный Ветер» поставляет свою продукцию в более чем 10 стран. За 1996-2001гг объем продаж увеличился в десять раз (с 60 до 600 кВт/год), а в 2002 году превысил 1 МВт.

Однако, несмотря на положительные тенденции мирового рынка, высокая стоимость, электроэнергии от ФЭП сдерживает их более широкое применение. Эта высокая стоимость обусловлена как дороговизной основного материала (как правило, кремния высокой чистоты), так и дороговизной технологического процесса. Поэтому в мире и в России ведутся интенсивные исследования и разработки, направленные на удешевление ФЭП. Одним из перспективных направлений является создание высокоэффективных ФЭП с концентраторами солнечного излучения. Наиболее интенсивно исследования в этой области проводятся в США и России.[3]
2.4 Энергия биомассы

По некоторым данным вклад биомассы в мировой энергетический баланс составляет около 12 % , хотя значительная доля биомассы, используемой для энергетических нужд, не является коммерческим продуктом и, как результат, не учитывается официальной статистикой. В странах Европейского Союза, в среднем, вклад биомассы в энергетический баланс составляет около 3%, но с широкими вариациями: в Австрии - 12%, в Швеции - 18%, в Финляндии - 23%.

В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз). Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического вещества. В середине 80-х годов в разных странах действовали промышленные установки по производству топлива из биомассы. Наиболее широкое распространение получило производство спирта. [2]

Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы – производство из неё биогаза, состоящего на 50-80% из метана и на 20-50% из углекислоты. Его теплотворная способность – 5-6 тыс. ккал/м3 . Например, опыты показывают, фермер, имеющий посевы рапса и рапсовое масло, может быть независимым от поставок моторного топлива . [9]

В России использование отходов лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности для коммерческого производства электроэнергии и тепла пока достаточно ограничено. По данным Госкомстата в 2001 г. в стране имелось 27 малых ТЭЦ с общей установленной мощностью 1,4 ГВт, использовавших биомассу совместно с традиционными топливами (мазут, уголь, газ). При этом собственно на биомассе выработано 2,2 млрд. кВтч электроэнергии и 9,7 млн. Гкал тепла из общей выработки 5,5 млрд. кВтч и 24 млн. Гкал (т.е. около 40% от общей выработки). [8]

Крупномасштабное увеличение объема производства биотоплива (например, этилового спирта) по этой причине может оказать существенное отрицательное влияние на мировой рынок пищевых продуктов. Второй серьезный недостаток – возможность обеднения и эрозии почв в результате интенсификации выращивания «энергетических» культур. Очевидная стратегия спасения от этих явлений – выращивание культур, пригодных и для обеспечения человека (зерно), и для энергетических нужд при одновременном сокращении части урожая, скармливаемого животным. Для выращивания и переработки урожая необходима энергия в форме солнечного излучения и в форме, пригодной для получения топлива для работы сельхозмашин, создания самих этих машин, получения удобрения и т.п. Для оценки эффективности получения энергии из того или иного вида биомассы необходимо проведение энергетического анализа. [2]

Наряду с первичной растительной биомассой значительный энергетический потенциал содержится в отходах животноводства, твердых бытовых отходах и отходах различных отраслей промышленности. Твердые бытовые отходае, либо сжигаются, либо газифицируются на мусороперерабатывающих фабриках. От животноводства сырьем является навоз или жидкие бытовые стоки, которые перерабатываются в биогаз.

Наиболее эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить 10-12 куб. м метана. А, например, переработка 100 млн. тонн такого отхода полеводства, как солома злаковых культур, может дать около 20 млрд. куб. м метана. В хлопкосеющих районах ежегодно остается 8-9 млн. тонн стеблей хлопчатника, из которых можно получить до 2 млрд. куб. м метана. Для тех же целей возможна утилизация ботвы культурных растений, трав и др.

Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.

Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую.

Установки по производству биогаза размещают, как правило, в районе крупных городов, центров переработки сельскохозяйственного сырья.

В России ежегодно образуется около 60 млн. т твердых бытовых отходов (ТБО); количество отходов животноводства и птицеводства составляет около 130 млн. т/год, а осадков сточных вод 10 млн. т/год. Энергетический потенциал этих отходов составляет 190 млн. т.у.т. Этот потенциал используется пока совершенно недостаточно. Имеются единичные опытные установки по переработке ТБО, эксплуатационные характеристики которых нельзя признать удовлетворительными для широкого промышленного использования. В этом направлении предстоит еще большая работа. При наличии эффективной технологии мы могли бы сократить количество мусорных “курганов”, а заодно значительно пополнить и восполнить запасы энергии, благо “дефицита сырья” для ее производства не предвидится. [8]

Серьезные успехи были достигнуты в области переработки жидких городских стоков. Уже с 50-х годов прошлого века на Курьяновской и Люберецкой станциях г. Москвы производилась очистка городских стоков и работали мощные биогазогенераторы – метантенки. Этот радикальный метод переработки активного ила и осадков сточных вод был затем реализован на станциях очистки Новосибирска, Сочи и других городов России.

В основе биохимической переработки отходов животноводства и птицеводства лежит анаэробное сбраживание. В результате этого процесса органическая масса отходов определенными штаммами бактерий превращается в биогаз. Обычный состав биогаза: до 70 % метана и 30 % диоксида углерода.

В настоящее время в России разработкой, созданием, производством опытных серий оборудования, установок в целом, реализующих высокорентабельные биогазовые технологии, занимается ЗАО Центр «ЭкоРос». С 1997 года по документации ЗАО Центр «ЭкоРос» освоено производство таких установок в Китае в г. Ухань на совместном китайско-российском предприятии. Всероссийский Институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) разрабатывает биоэнергетические установки для свиноферм;. ЗАО ВНИКОМЖ (Всероссийский Институт комплексной механизации животноводства) –создает биоэнергетические установки (БЭУ) для птицеферм и фабрик. Кафедра химической энзимологии МГУ им. Ломоносова создает технологию переработки супержидких стоков.[9]
2.5. Геотермальная энергия

Энергетика земли (геотермальная энергетика) базируется на использовании природной теплоты Земли. Недра Земли таят в себе колоссальный, практически неисчерпаемый источник энергии. Так, например, маленькая европейская страна Исландия- "страна льда" в дословном переводе - полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли - других местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли.[1]

Под геотермальной энергией понимают физическое тепло глубинных слоев земли, имеющих температуру, превышающую температуру воздуха на поверхности. Носителями этой энергии могут быть как жидкие флюиды (вода и/или пароводяная смесь), так и сухие горные породы, расположенные на соответствующей глубине. Из недр Земли на ее поверхность постоянно поступает тепловой поток, интенсивность которого в среднем по земной поверхности составляет около 0,03 Вт/м2. Под воздействием этого потока, в зависимости от свойств горных пород, возникает вертикальный градиент температуры - так называемая геотермальная ступень. В большинстве мест она составляет не более 2–3К/100м. Однако в местах молодого вулканизма, вблизи разломов земной коры геотермальная ступень повышается в несколько раз и уже на глубинах в несколько сот метров, а иногда нескольких километров, находятся либо сухие горные породы, нагретые до 100оС и более, либо запасы воды или пароводяной смеси с такими температурами.

Принято считать, что если температура в геотермальном месторождении превышает 100оС, оно пригодно для создания геотермальной электростанции (ГеоЭС). При более низкой температуре геотермальный флюид целесообразно использовать для теплоснабжения. Если температура флюида для непосредственного теплоиспользования слишком низка, ее можно поднять, применяя тепловые насосы (ТН). [1]

В настоящее время в мире суммарная мощность действующих ГеоЭС составляет около 10 ГВт(э). Суммарная мощность существующих геотермальных систем теплоснабжения оценивается в 17 ГВт(т).

Запасы геотермальной энергии в России чрезвычайно велики, по оценкам они в10-15 раз превышают запасы органического топлива в стране. Практически на всей территории страны есть запасы геотермального тепла с температурами в диапазоне от 30 до 200оС. Сегодня на территории России пробурено около 4000 скважин на глубину до 5000 м, которые позволяют перейти к широкомасштабному внедрению самых современных технологий для локального теплоснабжения на всей территории нашей страны. С учетом того, что скважины уже существуют, энергия, получаемая из них, в большинстве случаев окажется экономически выгодной.

В России наиболее перспективным регионом для строительства ГеоЭС является Камчатка, располагающая уникальными геотермальными месторождениями. Там действует Паужетская ГеоЭС мощностью 11 МВт(э), а также Кавказ. В 1999г. введены в эксплуатацию 3 блока по 4 МВт(э) Верхне-Мутновской ГеоЭС, начато строительство Мутновской ГеоЭС проектной мощностью 250 МВт(э). В развитие геотермальной энергетики Камчатки определяющий вклад вносит специально созданное для этой цели ОАО «ГЕОТЕРМ», Калужский турбинный завод, разработавший и освоивший в производстве современное специализированное оборудование, поставляемое не только на Камчатку, но и за рубеж. Имеется опыт теплоснабжения малых городов, поселков, тепличных комплексов и т.п. с использованием геотермального тепла, прежде всего, на Камчатке, Курилах и Северном Кавказе. Как перспективные для внедрения геотермального теплоснабжения рассматриваются Омская и Тюменская области, западная часть Новосибирской области и северная часть Томской области. Основные проблемы геотермального теплоснабжения связаны с солеотложением и коррозионной стойкостью материалов и оборудования, работающих в условиях агрессивной среды. В этой связи представляет большой практический интерес внедрение двухконтурных систем теплоснабжения с использованием эффективного и коррозионно-стойкого современного теплообменного оборудования.[10]

Особенно велики и практически повсеместно распространены запасы термальных вод со сравнительно невысокой температурой, недостаточной для непосредственного теплоиспользования. Интерес представляет и использование тепла поверхностных слоев грунта, температура которых на глубине в несколько десятков метров круглый год практически постоянна и равна среднегодовой температуре воздуха в этом месте. Это означает, что зимой грунт может служить низкопотенциальным источником тепла для отопления с помощью тепловых насосов.

Активное использование геотермальных ресурсов может оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Основными негативными факторами являются: повышенный уровень шума на выходе из скважины; загрязнение водоемов при сбросе в них термальных вод с повышенным содержанием солей; загрязнение окружающего воздуха попутными газами (bhS, СН, NH4); тепловое загрязнение окружающей среды; повышение влажности воздуха за счет испарения в градирнях.

Во многих странах проводятся исследовательские работы, направленные на очищение окружающей среды от последствий эксплуатации геотермальных месторождений. Разрабатываются звукогасители, методы закачки использованной воды в пласт, методы предотвращения выброса вредных газов.

Достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.[11]
2.6 Энергетические ресурсы морей и океанов

Периодические колебания уровня воды (подъемы и спады) в акваториях на Земле, которые обусловлены гравитационным притяжением Луны и Солнца, действующим на вращающуюся Землю. Все крупные акватории, включая океаны, моря и озера, в той или иной степени подвержены приливам и отливам, хотя на озерах они невелики. Приливы и отливы циклически чередуются в соответствии с изменяющейся астрономической, гидрологической и метеорологической обстановкой. Последовательность фаз приливов и отливов определяется двумя максимумами и двумя минимумами в суточном ходе.

Приливные электростанции (ПЭС) используют энергию морских приливов и отливов, возникающих в результате гравитационного взаимодействия вращающейся вокруг своей оси Земли с Луной и Солнцем. Лунные приливы примерно в два с половиной раза сильнее солнечных. Во многих случаях солнечные и лунные приливы могут совмещаться, взаимно усиливая или ослабляя друг друга.

В открытом море приливная волна невысокая и практически не ощущается, но вблизи берегов ее высота может существенно возрастать, достигая нескольких метров, что позволяет использовать энергию перемещаемой приливом воды для выработки электроэнергии на ПЭС. [4]

Приливы, как и отливы, происходят дважды в день в заранее известное время. Их высота также известна и закономерно изменяется в течение месяца. В связи с этим ПЭС имеют четкий и неизменный график работы, выдавая электрический ток в энергосистему четыре раза в сутки.

Разработаны четыре метода использования энергии приливов, но наиболее практичным из них является создание системы приливных бассейнов. При этом колебания уровня воды, связанные с приливо-отливными явлениями, используются в системе шлюзов так, что постоянно поддерживается перепад уровней, позволяющий получать энергию. Мощность приливных электростанций непосредственно зависит от площади бассейнов-ловушек и потенциального перепада уровней. Последний фактор, в свою очередь, является функцией амплитуды приливо-отливных колебаний. Достижимый перепад уровней, безусловно, наиболее важен для производства электроэнергии, хотя стоимость сооружений зависит от площади бассейнов. [3]

Энергия приливных течений может быть преобразована подобно тому, как это делается с энергией ветра. Преобразование энергии приливов использовалось для приведения в действие сравнительно маломощных устройств еще в средневековой Англии и в Китае.

Теоретический потенциал приливной энергетики в России составляет более 100 ГВт по мощности и более 250 млрд кВтч по среднегодовой выработке. Подавляющая часть этого потенциала сконцентрирована в трех створах - Мезенском (Белое море), Тугурском и Пенжинском (Охотское море).

В настоящее время экономически эффективным считается использование приливов с высотой не менее 4 м. Высота приливов сильно зависит от конфигурации побережья. Во внутренних морях, например в Черном и Балтийском, приливы невелики. Как правило, наибольшие приливы возникают в глубоко вдающихся вглубь материка заливах, в том числе в устьях рек. Наибольшая известная высота приливов (до 18 м) наблюдается в заливе Фанди в Канаде. [3]

Перспективные для строительства ПЭС участки есть в России, Великобритании, Франции, Норвегии, Южной Корее, Китае, Аргентине, США. Всего не менее 80 створов. В целом экономически эффективный к использованию потенциал приливной энергии сегодня оценивается в 450 млрд кВтч в год, в дальнейшем по мере совершенствования приливных электростанций его величина может существенно возрасти. [10]

Теоретический потенциал приливной энергетики в России составляет более 100 ГВт по мощности и более 250 млрд кВтч по среднегодовой выработке. Подавляющая часть этого потенциала сконцентрирована в трех створах - Мезенском (Белое море), Тугурском и Пенжинском (Охотское море).

В настоящее время приливные электростанции действуют в России на Кольском п-ове на берегу Баренцева моря и в Приморье. На сегодня мощность Кислогубской приливной электростанции, после реконструкции в 2004-2007 годах, составляет 1,5 МВт. На этапе проектирования находится Северная ПЭС мощностью 12 МВт. В советское время были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе (мощность 11 000 МВт) на Белом море, Пенжинской губе и Тугурском заливе (мощностью 8 ГВт) на Охотском море, в настоящее время статус этих проектов неизвестен. Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной электростанцией в мире — проектная мощность 87 ГВт. [4]

В настоящее время ведется проектирование Северной ПЭС на Кольском полуострове мощностью 12 МВт. На данной ПЭС планируется отработать конструкцию и технологию строительства крупной приливной электростанции, в том числе сооружение здания ГЭС наплавным способом и трехъярусное размещение ортогональных гидроагрегатов. Полученный опыт планируется использовать при создании более крупных Мезенской и Тугурской ПЭС. [10]
2.6. Использование низкопотенциального тепла в сочетании с тепловыми насосами

В настоящее время отопление и горячее водоснабжение (ГВС) городских объектов осуществляется, как правило, от городских ТЭЦ или районных котельных, работающих на традиционных топливах. Автономные потребители (коттеджи, дачи, садовые домики) зачастую используют для отопления и горячего водоснабжения либо жидкие углеводородные газы, либо электроэнергию.

Вместе с тем имеется большое количество различных источников низкопотенциального тепла, как природных, так и искусственных, которые в сочетании с тепловыми насосами (ТН) могут составить конкуренцию традиционным топливам. Естественными источниками низкопотенциального тепла могут быть атмосферный воздух, подпочвенные и грунтовые воды, озерная и речная вода, поверхностный и глубинный грунт.

Искусственными источниками (вторичные источники) тепла могут выступать вентиляционный воздух из жилых, офисных, торговых помещений, отработанный воздух или вода производственных технологических процессов, тепло отработанных газов при сжигании топлива, различные теплые сбросы промышленных предприятий, вентиляционные выбросы, канализационные системы. Потенциал этих источников достаточно велик, но в каждом случае требует разработки оптимальных систем для его использования. [11]

ТН нашли широкое применение для теплоснабжения жилых и административных зданий в США, Швеции, Канаде и других странах со сходными с Россией климатическими условиями. Практическое использование ТН в России на сегодняшний день не велико , общая тепловая мощность всех теплонасосных установок в России составляет порядка 100 МВт , а их количество не превышает 150 образцов. А в мире к настоящему времени масштабы внедрения тепловых насосов ошеломляют:

• В Швеции 50% всего отопления обеспечивают тепловые насосы;

• В Германии предусмотрена дотация государства на установку тепловых насосов в размере 400 марок за каждый кВт установленной мощности;

• В Японии ежегодно производится около 3 млн тепловых насосов;

• В США ежегодно производится около 1 млн тепловых насосов;

• В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник тепла Балтийское море с температурой +8 °С. [11]

ТН позволяет, затрачивая сравнительно небольшое количество энергии на его привод, преобразовать тепло, отбираемого от низкопотенциального источника, в тепло при температуре, удовлетворяющей потребителя. Коэффициент трансформации ТН, т.е. отношение количества тепла, отданного потребителю, к энергии, затраченной на его привод, тем выше, чем выше температура источника низкопотенциального тепла. В используемых системах этот коэффициент составляет 3 и более.

В качестве природных низкопотенциальных источников тепла наибольший интерес представляют незамерзающие водоемы или источники геотермального тепла. В большом количестве регионов на умеренных глубинах имеются геотермальные флюиды с температурой не ниже 20-30оС, которые могут служить эффективным источником низкопотенциального тепла для ТН. Представляет интерес также использование тепла грунта, для чего могут создаваться неглубокие (в несколько десятков метров, иногда до 100 – 150 м) вертикальные скважины, служащие подземными теплообменниками, через которые циркулирует теплоноситель ТН. В зависимости от свойств грунта, наличия фильтрационных вод, конструкции теплообменника с 1 м его длины возможен съем от 70 до 300 Вт тепловой энергии.

Представляет интерес применение комбинированных схем, в которых наряду с использованием, например, тепла грунта с помощью ТН утилизируется тепло- вентиляционных выбросов здания, солнечная энергия, преобразуемая посредством простейшего солнечного коллектора.

Однако, сама по себе экономия первичной энергии еще не является решающим экономическим критерием. Важно дает ли схема с применением ТН денежную экономию по сравнению, например, с получением тепла от котельной, работающей на том или ином топливе. Этот показатель, помимо коэффициента преобразования ТН зависит от его стоимости, которая сегодня все еще высока. Для снижения стоимости большое значение имеет масштаб производства. Сегодня в России производятся в основном компрессионные ТН тепловой мощностью от 10 кВт до 5 МВт. Оснащенность и производственная мощность существующей машиностроительной базы по выпуску ТН средней и большой мощности может считаться достаточной при малом масштабе производства. Для удовлетворения рынка ТН с тепловой мощностью менее 200 кВт (средняя мощность 20 кВт) требуется по оценкам выпуск до 10000 агрегатов в год, а для этого необходимо значительное развитие производственной базы. Особенно это касается производства компрессоров для ТН, которые в настоящее время в основном закупаются за рубежом. [11]


РАЗДЕЛ 2 ОЦЕНКА ПРЕДПРИЯТИЯ

Задание 1

1 Рассчитать зависимость срока окупаемости () капитальных вложений в автоматизацию промышленной котельной от числа часов использования установленной мощности котельной ().

2 Сделать выводы о целесообразности капиталовложений в автоматизацию промышленной котельной на основе сравнения полученного срока окупаемости с его нормативным значением.

Исходные данные:

Теплота сгорания топлива : для мазута – 8400 ккал/кг. КПД котельной до автоматизации – 84 %. Число часов использования установленной мощности изменяется от 4000 до 7000 ч, с шагом в 1000 ч. Стоимость топлива : для мазута – 8000 р./т н.т. Фонд заработной платы – 60 тыс. р. Количество высвобождаемых работников – 4.

Топливо – мазут, т.к. вариант задания нечетный (19).

Таблица 1 Исходные данные для расчета показателей экономической эффективности автоматизации промышленной котельной

Номер варианта

расчета

, Гкал/ч

, %

*,
тыс. р.

19

16,4

85

3000

  1   2   3


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации