Лекция 8. Нетрадиционные источники энергии и вторичные энергоресурсы

1.

Лекция 8.
Нетрадиционные источники
энергии и вторичные
энергоресурсы
Тема 5 (2 часа)
1

2.

Нетрадиционные источники энергии
Возобновляемые энергетические ресурсы – постоянно
действующие или периодически возникающие потоки
энергии в результате естественных природных процессов.
1. Солнечная энергия
2. Ветроэнергетика
3. Гидроэнергетика
4. Биотопливо
5. Геотермальная энергия
2

3.

Солнечная энергия
За один год Солнце посылает на нашу планету
энергию, эквивалентную почти 100 триллионам тонн
условного топлива.
1.Выработка и аккумулирование электрической энергии
2. Выработка и аккумулирование тепла
3

4.

Солнечная батарея
Схема солнечного элемента с p-n переходом:
1 – противоотражательное покрытие лицевого
контакта;
2 – металлический контакт с тыльной стороны
4

5.

Использование солнечных батарей
5

6.

Автономное освещение
гелиофонарями
6

7.

Газонные светильники на солнечных
батареях
Гелиофонарь состоит из корпуса, собственно источника света
(светодиодная лампа), небольшой солнечной батареи, фотодатчика
и аккумулятора. В течение дня в батарее вырабатывается ток,
который идет на зарядку аккумулятора. С наступлением темноты
датчик (он реагирует на уровень естественной освещенности)
включает лампу, которая и светит всю ночь, расходуя накопленную
за день энергию.
7

8.

Гелиоводонагреватель
Аккумуляторный бак
Попадающее на коллектор излучение солнца преобразуется
в энергию тепла, которое передается циркулирующему с
помощью насоса теплоносителю (пропиленгликоль, вода).
Работа всей системы регулируется автоматикой.
8

9.

Ветроэнергетика
N0 S
w
3
2
N CN N 0
S –площадь, ометаемая ветроколесом, м2;
ρ и w – плотность и скорость набегающего воздуха, кг/м3 и м/с,
СN – коэффициент мощности (~40%).
9

10.

Ветроэнергетика
В настоящий момент на территории РБ действует
18 ветроустановок суммарной мощностью 4 МВт.
В 2014г.ЕС выделил 5млн.евро на строительство
ветряной электростанции в Новогрудке мощностью 2МВт.
10

11.

Гидроэнергетика
Потенциал
гидроресурсов
определяется
объемным расходом потока Q (м3/с) и высотой
падения потока или напором Н (м).
Максимальная мощность (Вт), развиваемая
потоком без учета потерь напора, равна
P0 gHQ
Ранее в Беларуси действовало 170 ГЭС. После
завершения электрофикации всех регионов за счет
централизованного электроснабжения они были
законсервированы.
11

12.

Гродненская ГЭС
В настоящее время установленная мощность 30
действующих ГЭС составляет около 13 МВт
Потенциальная мощность всех водотоков Беларуси
составляет 850 МВт
Технически доступная – 520 МВт
Экономически целесообразная – 250 МВт
12

13.

Лукомльская ГРЭС
Установленная мощность — 2462,5 МВт.
Доля вырабатываемой электроэнергии 60%
13

14.

Березовская ГРЭС
Установленная мощность 958,12 МВт
Доля вырабатываемой электроэнергии 25%
14

15.

Биотопливо
Биотопливо — топливо из растительного или животного сырья,
из продуктов жизнедеятельности организмов или органических
промышленных отходов.
Основа биотоплива – биомасса.
Виды биотоплива:
•Твердое (дрова, брикеты, топливные
•гранулы, щепа, солома, лузга)
•Жидкое (этанол, метанол, биодизель)
•Газообразное (биогаз, метан, водород)
Происхождение биотоплива:
отходы основного производства в лесной и
деревообрабатывающей промышленности,
агропромышленного комплекса, городском хозяйства.
15

16.

Твердое биотопливо. Топливные брикеты
Основные преимущества:
1) однородность состава,
2) больший насыпной вес,
3)более высокая теплота сгорания.
В качестве сырья для брикетов используется
угольная мелочь, торфяная крошка, опилки и
стружки, мелкие ветки, отходы сельского хозяйства
(стебли, лузга, костра, ботва)
16

17.

Брикетирование
Брикетирование осуществляется двумя способами:
1. Холодное с применением вязких веществ
2. Горячее под высоким давлением (до 200 МПа)
17

18.

Производство гранул
Гранулирование - это процесс, заключающийся в
измельчении продуктов и их прессовании.
18

19.

Преимущества использования топливных
гранул и брикетов
объем топлива значительно уменьшается, что снижает
затраты при его складировании;
при хранении гранулы/брикеты не будут биологически
разлагаться, не вызывают аллергической реакции и,
следовательно, их можно дольше хранить;
однородная влажность и размер кусков прессованного
топлива позволяет точнее регулировать режим горения в топке,
обеспечивая тем самым более высокий КПД;
• подача топлива в горелку котла может быть легко сделана
автоматической;
• сжигатели для гранул легко устанавливаются на котлы взамен
отработанных горелок для жидкого и газообразного топлива с
сохранением высокого уровня автоматизации.
19

20.

Жидкое биотопливо
Биоэтанол
Этанол в Бразилии производится
преимущественно из сахарного
тростника, а в США -из кукурузы.
США и Бразилия производят 95 %
мирового объёма этанола.
Применяют в чистом виде или в
смеси с бензином.
Биодизель
— топливо на основе жиров животного, растительного и
микробного происхождения, а также продуктов
их этерификации. Применение биодизеля не требует
внесения изменений в двигатель.
20

21.

Газообразное биотопливо
Биогаз — продукт сбраживания органических отходов (биомассы),
представляющий смесь метана и углекислого газа.
Разложение биомассы происходит под бактерий класса метаногенов.
Сырье: навоз, городские стоки и др.
21

22.

Геотермальная энергия
Выход тепла на поверхность Земли осуществляется в
результате вулканических процессов или в виде горячей воды.
Температура термальных вод в Беларуси достигает приблизительно
500С. Они используются для горячего водоснабжения
22

23.

Вторичные энергетические ресурсы
Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) – энергия,
получаемая в ходе любого технологического
процесса в результате недоиспользования
первичной энергии или в виде побочного продукта
основного производства и не применяемая в этом
технологическом процессе.
Необходимость использования ВЭР объясняется тем, что
коэффициент полезного использования (КПИ) энергоресурсов в
РБ и странах СНГ – главный показатель эффективности
производства – не достигает 40%, что свидетельствует о
существовании больших ресурсов экономики.
23

24.

Классификация ВЭР
•Горючие ВЭР – отходы, обладающие химической
энергией и могут быть использованы в качестве
топлива.
•Тепловые ВЭР – отходы, обладающие физической
теплотой.
•ВЭР избыточного давления – отходы, обладающие
потенциальной энергией.
24

25.

К горючим ВЭР относятся:
•отходы технологических процессов химической и
термохимической переработки сырья (горючие газы
технологических печей, горючие газы при получении
исходного сырья для пластмасс и т.д.)
• отходы деревообрабатывающей промышленности
•отходы сельского и коммунального хозяйства (солома,
ботва растений, городской мусор и др.)
• твёрдые и жидкие топливные материалы
промышленных предприятий
Применение:
•Применяются непосредственно в виде топлива
в других производствах
25

26.

Утилизация ТБО
Мусоросжигательный завод и электростанция
архитектора Эрика вана Эгераата в датском городе
Роскилле
26

27.

К тепловым ВЭР относятся:
•продукты сгорания (газы и шлаки) котельных
установок и промышленных печей, отработанный
пар (высокопотенциальные более 500 С);
•теплота рабочих тел, теплоносителей систем
охлаждения (среднепотенциальные от 100 до 500
С);
• теплота вентиляционного воздуха, сточных вод
(низкопотенциальные менее 100 С).
27

28.

Вертикальный котел утилизатор
с принудительной циркуляцией
1 – пароперегреватель; 2 – насос; 3 - барабан;
4 - испаритель; 5 – экономайзер
28

29.

Котел утилизатор
29

30.

К ВЭР избыточного давления
относятся:
•газы, жидкости и сыпучие тела, покидающие
технологические агрегаты с избыточным давлением,
которое необходимо снижать перед последующей
ступенью использования этих материалов или при
выбросе их в атмосферу, водоёмы и другие
приёмники.
•тела с избыточной кинетической энергией.
Применение:
•Получение электрической или
механической энергии
30

31.

Теплообменники
Регенеративный
теплообменник - теплообменник, в
котором одна и та же поверхность поочередно омывается то
горячим,
то
холодным
теплоносителями.
При
соприкосновении с горячим теплоносителем стенка
аккумулирует теплоту, а затем отдает ее холодному
теплоносителю (нестационарный поток).
Рекуперативный теплообменник – теплообменник,
в
котором горячий и холодный теплоносители движутся в
разных каналах, теплообмен происходит через стенку
(стационарный поток).
31

32.

Регенеративный теплообменник
32

33.

Рекуперативный теплообменник
33

34.

Тепловая труба
Коэффициент теплопроводности тепловой трубы в сотни
раз больше, чем у меди.
34

35.

Применение тепловых труб
Тепловые трубы используются
для охлаждения микросхем, процессоров,
лазерных и светодиодных матриц, приборов
силовой электроники, космической электроники,
шкафов ЧПУ, электрических машин.
35

36.

Аккумуляторы энергии
Аккумулирование механической энергии:
1) Гидроаккумуляторы,
2) Маховики (потеря энергии маховиком может быть
менее 20% в год)
Аккумулирование электрической энергии:
1) Электрохимический аккумулятор,
2) Конденсатор
Аккумулирование тепловой энергии:
1) запасающие тепло путем нагревания рабочего тела
аккумулятора
2) накапливающие тепло в результате перехода
рабочего тела из одного агрегатного состояния в
другое, чаще всего из твердого в жидкое
36

37.

Аккумулирование энергии позволяет обеспечить :
• бесперебойное энергоснабжение потребителей за
счет накопления избыточной энергии и последующего ее
использования в периоды отсутствия или недостатка
энергоснабжения;
• оптимальные режимы работы источников энергии и
потребителей за счет сглаживания колебаний в
электросети;
• повышение потенциала энергии до необходимого
качества при накоплении низкопотенциальной энергии;
• превращение энергии одного вида в другой, в
зависимости от нужд потребителей.
37

38.

Потребление энергии за счет освещения
Экономия энергии на освещение при замене
существующих источников света с суммарным
годовым потреблением электроэнергии Wr
(кВт∙ч/год) более эффективными источниками:
W Wr (1 k ист.k эл. ),
38

39.

Потребление энергии за счет освещения
где
k ист. H стар. H нов. - коэффициент
эффективности замены источника, Hнов. –
светоотдача предлагаемого для установки источника
света, Hстар.- светоотдача существующего источника
света, kэл.- коэффициент запаса, учитывающий
снижение светового потока лампы.
39

40.

Спасибо за внимание
40