Тема 5 Возобновляемые источники энергии. Мировой опыт энергосбережения и энергоэффективности. (2/3/- часа)

План лекции

1 Классификация возобновляемых источников энергии (ВИЭ)

2 Опыт энергосберегающей политики США, России, Японии, Дании

1 Классификация возобновляемых источников энергии (ВИЭ)

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Типичный пример – солнечное излучение с характерным периодом повторения 24 ч. Возобновляемая энергия присутствует в окружающей среде в виде энергии, не являющейся следствием целенаправленной деятельности человека.

Существует пять основных источников энергии:

- солнечное излучение;

- движение и притяжение Солнца, Земли, Луны;

- тепловая энергия ядра Земли, химические реакции, радиоактивный распад в недрах;

- ядерные реакции;

- химические реакции различных веществ.

Окружающее нас пространство непрерывно пронизывается потоком энергии от различных источников. Например, полный солнечный поток, падающий на Землю, равен 1.2 1017 Вт, т.е. на одного человека приходится около 30 МВт, что равно мощности примерно 10 крупных дизель – электрогенераторов. Максимальная плотность потока солнечного излучения на Земле достигает 1кВт/м ". Энергетика на возобновляемых источниках должна ориентироваться, прежде всего, на местные природные особенности.

Прежде чем развивать энергетику на возобновляемых источниках, необходимо точно определить их мощность. Это требует регулярных и длительных наблюдений и анализа параметров этих источников. Потребности в энергии, как правило, не постоянны во времени. Например, потребности в электроэнергии максимальны в утренние и вечерние часы и минимальны в ночное время. Традиционные ТЭС могут подстраиваться под эти колебания спроса на энергию, регулируя расход топлива.

Несмотря на полезность, а зачастую и перспективность использования этих видов энергии, почти все они имеют вредные, а нередко и катастрофические (гидроэнергетикA) последствия. Поэтому выбор энергетики будущего -это очень сложный и противоречивый процесс, который в немалой степени повлияет на судьбы человечества.

Казахстан обладает значительными ресурсами возобновляемой энергии в виде гидро, энергии солнца и ветроэнергии. Потенциал гидроэнергии оценивается в 27 млрд. кВт.ч в год, ветроэнергии – 1820 млрд. кВт. ч в год, но, помимо малой доли гидроэнергии в энергетическом балансе страны, эти ресурсы не используются в полной мере до настоящего времени. Имея значительные ресурсы возобновляемой энергии, которые с успехом могли бы быть использованы для энергоснабжения подходящих регионов. С географической и метеорологической точек зрения Республика Казахстан является, одной из наиболее подходящих стран в мире для развития ветроэнергетики. Однако, наличие избыточной генерирующей мощности и централизация выработки электроэнергии на крупных угольных электростанциях, а также низкие тарифы на электроэнергию, сдерживают использование возобновляемых источников энергии.

К альтернативной энергетике принято относить установки и устройства, использующие энергию ветра, солнца, биомассы, водорода, геотермальную энергию, а также тепловые насосы, использующие низкопотенциальное тепло, малую гидроэнергетику и другие нетрадиционные способы получения энергии.

В настоящее время в мире активно разрабатываются такие направления возобновляемых источников энергии, как: гидроэлектростанции; ветроэнергетика; фотоэлектричество; энергетика биомассы; солнечное теплоснабжение; солнечное электроснабжение; геотермальная энергетика; морская энергетика на основе приливов и волн.

В Казахстане альтернативная энергетика позитивно влияет на социальные условия жизни. Использование возобновляемых источников энергии экономически целесообразно во многих регионах, где имеется соответствующий потенциал этих энергоресурсов. Их перспективы особо привлекательны в районах децентрализованного энергоснабжения и в тех регионах, где на стоимость ввезенного топлива накладывается немалая транспортная составляющая. Однако развитие возобновляемой энергетики в Казахстане не находит должного развития, в основном из-за недостаточного нормативного правового обеспечения в этой области, а также нехватки инженерных и научных кадров, способных решать на высоком профессиональном уровне организационные, технические и экологические проблемы при её использовании в различных отраслях экономики.

2 Опыт энергосберегающей политики США, России, Японии, Дании

Состояние экономики любых государств и жизненный уровень населения во многом определяются наличием запасов топливно-энергетических ресурсов и эффективностью их использования. Для государств, экономика которых базируется преимущественно на импорте энергоресурсов, именно эффективность использования является одним из определяющих факторов производства конкурентоспособной продукции.

Опыт энергосберегающей политики в США. Политика энергосбережения в различных ее формах стала проводиться в США примерно с середины 70-х годов. 3а первые 10 лет ее осуществления затраты на энергию были снижены более чем на 200 млрд. дол. В 1974-1986 гг. энергоемкость промышленности США ежегодно снижалась на 3,7 'Уа, а в дальнейшем темп снижения составил около 1,2 % в год.

3а период 1985-1995 гг. энергосберегающая эффективность холодильного оборудования в США выросла в 3-7 раз, морозильников в 4-5 раз. О масштабах экономии хорошее представление дает массовый переход в освещении домов на флуоресцентные светильники. Они оказались в 4 раза эффективнее в плане энергозатрат, и срок их службы в 10 раз превы­шает аналогичные показатели по обычным лампам накаливания. Установка 195 млн. флуоресцентных ламп в США только в 1995 г. избавила США от необходимости наращивать мощность своих ТЭЦ на 9,6 млн. кВт.

Список широко применяемых в США новых методов энергосбережения можно пополнить указанием о новых типах ав­томобилей, авто- и авиамоторов, успехами в строительстве с применением новых сохраняющих тепло материалов, повсеместное внедрение термостатов и мониторинга зданий во избежание потерь тепла, внедрение энергосберегающих технологий в металлургии, химической и целлюлозно-бумажной промышленности.

В США в летний период максимальные нагрузки в электросетях часто в 2-3 раза превышают нагрузки в ночное время и достигают 500 кВт. При этом треть этих нагрузок связана с работой системы кондиционирования воздуха. Поэтому в дневное время в часы пик тарифы на электроэнергию повышены, а в остальное время - льготные. Сложившаяся система тарифов включает дифференцированные тарифы, размеры которых возрастают при увеличении электропотребления; сниженные тарифы устанавливают для жильцов зданий, выполняющих определенные мероприятия по энергосбережению; более высокие тарифы взимаются по более высокой ставке на весь период повышенного спроса; прерывные тарифы взимаются, когда предусматривается возможность резкого снижения предложения электроэнергии. Некоторые коммунальные предприятия устанавливают для покупателей специальные энергосберегающие тарифы в тех случаях, когда они приобретают новые дома с хорошей теплоизоляцией и эффективными системами энергоотопления. В этом случае ставка тарифа снижается на 12-14%. Практикуется система, при которой клиенты обязуются поддерживать потребление электроэнергии на более низких условиях в обмен на сниженные тарифы. При этом достигается экономия пикового спроса в среднем 1,3 кВт на клиента в доме.

До недавнего времени электросчетчики, фиксирующие расход энергии с учетом времени суток, имели сравнительно высокую цену. Поэтому дифференцированный тариф на израсходованную электроэнергию распространялся лишь на крупных потребителей энергии (мощностью свыше 500 кВт), хотя на небольших потребителей (жилые дома и малые коммерческие предприятия) приходится 2/3 пиковых нагрузок в сетях. В настоящее время разработаны и в ближайшие 10 лет получат распространение недорогие счетчики электроэнергии с микропроцессорами, которые позволят распространить дифференцированный тариф на всех потребителей электроэнергии.

Около 30 % теплопотерь связано с окнами. Если у окна с двойным стеклом одну из внутренних поверхностей покрыть тонкой прозрачной пенкой из материалов с низкой излучающей способностью, например, оксида олова, которая отражает инфракрасное излучение обратно в здание, то эффективное удельное термическое сопротивление такого окна возрастает еще в 1,5 раза. Дальнейшее повышение удельного термического сопротивления окна в 2 раза возможно при заполнении промежутка между двумя стеклами ксеноном или аргоном вместо воздуха. При вакуумировании пространства между стеклами или заполнении его ксеноном такое окно имеет термическое сопротивления обычной стены с теплоизоляцией.

Одним из перспективных направлений является оборудование зданий тепловыми аккумуляторами. Так, в Стенфордском университете вместо установки требующихся дополнительных кондиционеров стоимостью 1,5 млн. дол. был построен тепловой аккумулятор в виде бака с холодной водой для имеющейся системы кондиционирования воздуха. Охлаждение воды в баке производится в ночные часы. Эта система позволила уменьшить пиковые нагрузки в сетях на 3,5 МВт и обеспечила экономию 200 тыс. дол. В год.

Прогнозируемое совершенствование систем освещения, автоматизированного контроля и экономии тепла, как ожидается, позволит достичь нового стандарта в ежегодном потреблении энергии на 1 м2 площади здания - 262,7 тыс. ккал в год.

Энергосбережение в промышленности Японии. В Японии после первого нефтяного кризиса были приняты меры по энергосбережению, которые привели к снижению на 35 % энергоемкости валового национального продукта. Однако, в последние семь лет энергопотребление увеличивалось в среднем на 3,1 % в год, поэтому японское правительство в 1993 г. пересмотрело "Закон об энергосбережении", основные принципы которого излагаются ниже.

В соответствии с новой редакцией закона, Министерство международной торговли и промышленности Японии (ММТП) должно устанавливать и объявлять основные принципы политики, направленной на всестороннее стимулирование рационального энергоиспользования, а основные энергопользователи должны предпринимать усилия по рационализации энергопользования в соответствии с этой политикой.

Повышение эффективности использования энергии в промышленности Дании

Отличительной особенностью датской электроэнергетики является специфическая форма собственности и структура энергокомпаний. Владельцами энергокомпаний являются потребители, а сами энергокомпании бесприбыльны. Каждый потребитель с момента подключения к сети становится акцио­нером распределительной компании и имеет право избирать своих представителей в ее Генеральное собрание, которое в свою очередь избирает Правление.

Если компания получает прибыль (а это возможно, напри­мер, при падении цен на топливо), то потребитель получает дивиденды в форме снижения цены на энергию на следующий год.

Основные законодательные инициативы в Дании были вызваны энергетическим кризисом начала 70-х гг. В 1978 г. появился первый долгосрочный энергетический план Дании, в 1979 г. было введено планирование отопления и было решено давать субсидии на энергосбережение. Дания одной из пер­вых приняла закон о выбросах СО₂ в 1990 г. в стране принят план развития энергетики до 2005 г. - "Энергия 2000". В плане предусмотрено: снижение энергопотребления на 15 '10 при ежегодном повышении ВВП на 2 %; рост потребления газа на 170 '1"0 при сокращении объемов потребления угля на 45 % и мазута на 40 %; снижение выбросов СО2 на 20 %, 802 - на 60 %, NOx - на 50 %. Эти цели предполагается достичь без до­полнительных затрат, а необходимые инвестиции компенси­ровать абсолютным снижением объемов потребления топлива, экономией затрат на эксплуатацию и обслуживание энергоус­тановок.

Предполагается, что расширение производства электроэнергии будет производиться в форме преобразования существующих котельных на мини- ТЭЦ путем "надстройки" на них газовых турбин. Коэффициент использования тепла на ТЭЦ в среднем составляет 80 %, а на экспериментальной ТЭЦ, использующей теплонасосы, - 98 %. Энергокомпании согласились получать у ТЭЦ всю произведенную электроэнергию по цене, которая соответствует 85 % закупочной цены крупного потребителя.

Стоимость электроэнергии в быту в Дании в 2,8 раза выше, чем в промышленности, ее цена дифференцирована по време­ни суток.

В Дании имеется стройная система стимулирования энергосбережения и роста энергетической эффективности, основанная на налогообложении и субсидиях. Средний про цент субсидий составляет 40 % основных капиталовложений в но­вые сети и около 20 % при реконструкции сетей, а субсидии для теплоизоляции зданий могут достигать 50 %. Кроме то­го, различные субсидии могут 'сочетаться между собой. Местные власти несут непосредственную ответственность за планирование и выполнение энергетических проектов на местном уровне.

В Дании, как и в ряде других стран Европы, действуют государственные консалтинговые организации, работающие в области энергетики и энергосбережения. Основными организациями в этой сфере являются:

A) тепловая инспекция, которая проводит техническое обследование зданий на предмет соответствия энергетическим стандартам. Инспекция проводится в зданиях, построенных до 1979 г. (до введения действующих ныне строительных норм). Обследование зданий производится по стандартной процедуре независимыми инспекторами. В результате владелец получает рекомендации по типовым мероприятиям, позволяющим при­вести здание и его оборудование в состояние, отвечающее требованиям по экономии энергии, введенным в 1989 г. для новых зданий. Около 50 % домов в Дании прошли эту инспекцию;

B) инспекция котлов, работающих на мазуте, которая ежегодно проводит обследование всех котлов малой мощности. Обследование включает в себя измерение потерь тепла с дымовыми газами. Считается, что за 12 лет своего существования инспекция способствовала экономии 4 % энергоносителей в масштабах всей Дании;

C) служба консультаций по системам теплопотребления, занимающаяся проверкой квалификации и консультированием эксплуатационного персонала теплопотребляющих систем большой мощности, работающих как на мазуте, так и на газе, а также систем централизованного теплоснабжения. В резуль­тате деятельности службы за 12 лет потребление нефти в Дании снизилось на 19 %, газа - на 10 %, расход топлива в сис­темах теплоснабжения снизился на 2 %.

Методика проведения энергоаудита в Дании основана на типовом алгоритме, который обеспечивает эффективную работу самого аудитора, а также, поскольку программа стандартная, позволяет эффективно подключать других аудиторов на определенных (стандартных) этапах работы. Энергетический аудит проводится приблизительно по следующей схеме.

1. Описание предприятия.

2. Выяснение ключевых цифр.

3.Обзор потоков энергии на предприятии.

4. Определение (путем измерений и вычислений) потребления энергии.

5. Составление карты потребления энергии - анализ баланса энергопотребления.

6. Определение состояния предприятия и разработка предлoжeний по энергоэффективности.

7. Помощь в проведении мероприятий по повышению энергоэффективности.

8. Внедрение системы энергетического менеджмента - помощь в организации энергетически оптимальной эксплуатации и обслуживании оборудования.

9. Помощь в организации закупок энергетически эффективного оборудования.

За 1970-1993 гг. при росте валового внутреннего продукта (ВВП) в 1,8 раза потребление всей энергии в Дании абсолютно уменьшилось на 5 %, а потребление электроэнергии возросло только на 60 %, что означает снижение энергоемкости в 2 раза и электроемкости ВВП на 12 %

Контрольное задание для СРМ

1 Энергетика течений

2 Приливная энергетика

3 Тепловая энергия океана

4 Использование разности температур различных слоев морской воды

Список литературы:

1. Дж. Твайделл, А. Уэйр. Возобновляемые источники энергии.- М.: Энергоатомиздат, 1990. – 389 с.

2. Праховник А.В., Розен В.П. Энергетический менеджмент: Учебное пособие. Киев: Нот.ф-ка, 1999.

3. Праховник А.В., Розен В.П. и др. Энергосберегающие режимы электроснабжения горнодобывающих предприятий. – М.: Недра, 1985.

4. Закон РК об энергосбережении