Размещено на http: //www. allbest. ru/

КГУП «Алтайский региональный центр нетрадиционной энергетики и энергосбережения»

Международный семинар "Региональные возможности и проблемы возобновляемой энергетики России", 14-15 апреля 2006 г.

Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии в Алтайском крае

В.Я. Федянин, директор д.т.н

В Алтайском крае теплоснабжение населения сельских населенных пунктов находится в кризисном состоянии. Не смотря на то, что этот сектор потребляет лишь около 20% привозного топлива его социально-экономическое значение очень велико - в сельских населенных пунктах проживает около 1 млн. 300 тысяч человек - т.е. половина населения Алтайского края.

Что представляет собой система энергообеспечения сельских потребителей Алтайского края?

Среднее годовое потребление топлива и энергии сельским населением Алтайского края в быту составляет около 37.5 ГДж в расчете на одного человека. Основной источник теплоснабжения этой группы населения - привозной каменный уголь (86%). Структура энергопотребления полностью противоречит общепризнанному правилу энергоснабжения: «Чем меньше потребитель, тем более качественным топливно-энергетическим ресурсом он должен обеспечиваться». Низкий уровень использования потенциальной энергии, заключенной в топливе связан с техническим несовершенством энергетического оборудования, усложненными условиями доставки энергоресурсов, повышенными потерями топлива при его транспортировке и хранении, относительно низкий уровень квалификации персонала, обслуживающего энергетическое хозяйство. Стоимость привозного угля, сжигаемого в небольших котельных и бытовых печах в текущих ценах составляет около 1 млрд. руб. Эти средства идут в основном на поддержание рабочих мест в угледобывающих регионах и на железной дороге и не оказывают какого либо влияние на развитие экономики края.

Сложившаяся структура энергообеспечения приводит к интенсивному загрязнению седы обитания пылью, окислами серы и углерода. Тепловые источники сельской энергетики работают практически без очистки дымовых газов, котельные и жилые дома имеют невысокие трубы и поэтому большая часть загрязнений попадает непосредственно на людей.

Электрообеспечение сельских потребителей то же не соответствует современным требованиям. Среднее электропотребление в быту составляет около 917 кВт ч/чел в год - это на 13% меньше среднероссийского показателя. Ситуация с каждым годом не улучшается, техническое состояние сельских распределительных сетей продолжает ухудшаться, качество электроснабжения падает а счет аварийных и ограничительных отключений. Таким образом, энергоснабжение сельских потребителей является самым отстающим сектором энергетики края с низким техническим уровнем оборудования, с повышенными затратами на производство и распределение энергоносителей, большими потерями на всех стадиях транспортировки и преобразования, низкими качеством и надежностью энергоснабжения. Ухудшению ситуации с энергоснабжением способствует еще одна группа следующих причин:

Существующий фонд зданий создавался во времена дешевой энергии. Для поддержания в них приемлемых характеристик внутреннего микроклимата требуется большое количество энергии для отопления, которое не может быть обеспечено уже при современных ценах на энергоносители из-за финансовых ограничений. Но цены на энергоносители имеют тенденцию к более быстрому увеличению, чем растут доходы сельских потребителей энергии и если не принять действенные меры непростая социально-экономичекая ситуация в сельских населенных пунктах может стать еще более тяжелой.

Основные причины кризисного состояния систем теплоснабжения в Алтайском крае - это практически полное покрытие потребности за счет привозного угля и низкая эффективность использования топлива и тепла. Экономически обоснованное частичное замещение привозного органического топлива на возобновляемые экологически чистые энергоисточники, использование современных энергосберегающих систем позволит снизить своеобразный «энергетический налог», который вынужден платить край в связи с большой длительностью отопительного периода. Кроме того, комплексная модернизация систем теплоснабжения позволит направить часть финансовых потоков, идущих в настоящее время на заготовку привозного угля, на создание новых рабочих мест на территории края. Эти факторы наряду со снижением техногенных загрязнений, связанных со сжиганием каменного угля приведут к положительным изменениям в социально-экономической ситуации.

Возобновляемые источники энергии (за исключением дров) в настоящее время не используются. Однако развитое сельскохозяйственное производство и, в частности, животноводство, заготовка леса являются источниками значительного количества биомассы, пригодной для получения в местах потребления дешевого, экологически чистого топлива.

Возобновляемые энерготехнологии

Исследования возможности использования возобновляемых источников энергии в природно-климатических условиях Алтайского края проводятся нашим коллективом с 1990 года. С 1992 года мы начали получать финансовую поддержку со стороны государственного заказчика государственной научно-технической программы РФ «Экологически чистая энергетика» - Министерства науки и технологий РФ. С 1996 года благодаря научно-техническим контактам, возникшим после российско-германской конференции «Возобновляемые источники энергии и их роль в энергетической политике России и Германии» исследования проводятся в научном сотрудничестве с фраунгоферовским Институтом солнечных энергосистем (г. Фрайбург, Германия).

Далее я приведу некоторые результаты этих работ.

Энергетическое использование биомассы

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

Основной неутилизированный источник лесозаготовок - некондиционная древесина, ветки, кора, остающиеся на лесосеке. При существующей технологии лесозаготовок на лесосеке остается около 50% всего заготавливаемого объема биомассы. Для Алтайского края это составляет 500 тыс.м 3 в год. Переработка этих отходов в газогенераторах позволит получить генераторный газ в количествах, соответствующих не менее 122 тыс. т.у.т.

Исследования проводились на испытательном стенде на основе термохимического генератора для переработки твердой биомассы в газообразное топливо (разработчик ТОО «Энерготехнология», г. Санкт-Петербург). теплоснабжение сельский возобновляемый энергия

Газогенератор имеет следующие характеристики:

номинальная тепловая мощность, кВт 100 низшая теплота сгорания генераторного газа, МДж/нм 3 4-5

химический КПД, % 70

габаритные размеры, мм 1880х550х550

Система очистки очищает генераторный газ до кондиции, позволяющей использовать его в двигателях внутреннего сгорания. Экспериментальные и теоретические исследования показали высокую эффективность технологии термической газификации древесных отходов в целях получения генераторного газа (к.п.д. преобразования до 86%), который может служить удобным топливом как для котлов различного назначения, так и для дизельных моторов-генераторов.

В настоящее время разработаны и более крупные генераторная установка мощностью 600 кВт с механизированной системой подачи топлива.

Количество биогаза, которое может быть получено при анаэробном сбраживании отходов животноводства в Алтайском крае (до 44% уходит на собственные нужды - обогрев метантенков) - 2.5 млрд. нм 3 , что эквивалентно 2 млн. т.у.т. Этот валовый потенциал может быть реализован с помощью биогазовых установок различного типа. Исследования приведены с помощью индивидуальной биогазовой установки, предназначенная для использования на крестьянском подворье (разработчик - «НИЦ Биомасса» АО ЭКОН).

Установка имеет следующие характеристики:

- максимальная загрузка органических отходов (при влажности 85%), кг/сут. 300 - максимальный выход биогаза, нм 3 12 - выход жидких удобрений, кг/сут. до 200

Одна установка сможет обеспечить семью из 4-5 человек биогазом для бытовых нужд. Кроме того, эта установка позволяет перерабатывать появляющиеся в хозяйстве органические отходы, получать высококачественные удобрения.

На основе проведенных исследований зависимости выхода биогаза от температуры анаэробного сбраживания и химического состава исходного сырья показана высокая энергетическая и экономическая эффективность системы анаэробной переработки отходов крупного животноводческого комплекса. На собственные нужды (обеспечение технологии анаэробного сбраживания) затрачивается 6% электрической и 44% тепловой энергии, произведенной при сжигании биогаза. Срок окупаемости капитальных вложений около 19 месяцев.

Энергия солнечного излучения

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/м 2 .

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 м 2 ) обеспечивает нагрев горячей воды в системе горячего водоснабжения гостиницы «Барнаул» 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. 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.

Использование низкопотенциального тепла поверхностных слоев 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. Гидрологические характеристики территории Алтайского края благоприятны для использования в системах отопления и горячего водоснабжения низкотемпературное 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;

* применение грунтовых теплообменников предкондиционеров в системах вентиляции.

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

Теплонасосная система может передать в систему теплоснабжения здания до трех кВтч тепловой энергии на 1 кВтч электрической энергии, затраченной приводом копрессора теплового насоса.

Грунтовый теплообменник, встроенный в систему вентиляции может передать до 20 кВтч тепловой энергии на каждый кВтч электрической энергии, затраченной вентилятором.

Экспериментальное энергоавтономное здание

Суммарный эффект от применения методик повышения эффективности теплоснабжения зданий, пассивных и активных систем, использующих возобновляемые источники энергии реализуются при проектировании и строительстве экспериментального энергоавтономного здания (ЭАЗ). Расчеты показывают, что нормативные условия внутреннего микроклимата могут быть обеспечены собственными возобновляемыми источниками. Строительство здания ведется в г. Барнауле, ул. Папанинцев, 113. По результатам рабочего проектирования мы произвели сравнительный анализ затрат топливно-энергетических ресурсов при создании и эксплуатации экспериментального энергоавтономного здания и типового здания, имеющим тепловую защиту соответствующую современным территориальным строительным нормам.

Расчеты показывают, что создание энергоавтономного здания требуют несколько больших (на 30%) первичных затрат энергии однако через 2-3 года энергозатраты сравниваются, а через 50 лет после начала эксплуатации суммарные затраты первичной энергии необходимой для создания и эксплуатации здания от 2.3 до 4.9 раз превосходят затраты на создание и эксплуатацию экспериментального энергоавтономного здания.

Краткие выводы

Разработанные отечественные технологии использования возобновляемых источников энергии весьма надежны и эффективны. Имеется обширный зарубежный опыт практического применения подобных технологий. Однако для того, чтобы энергосбережение смогли оказать заметное влияние на структуру энергетического баланса Алтайского края, необходимо провести комплекс работ по нормативно-правовому, научно-техническому, информационному обеспечению энергосберегающих мероприятий.

Приведем основные направления концепции модернизации систем теплоснабжения сельских потребителей:

- энергоэффективная реконструкция зданий с целью снижения потребления тепловой энергии до 0.15 Гкал/м 2 за отопительный период;

- экономически обоснованное замещение привозного каменного угля на природный газ (до 30%) и возобновляемые источники энергии (до 20%), доступные сельским потребителям.

Экономически обоснованное частичное замещение привозного органического топлива на возобновляемые экологически чистые энергоисточники, использование современных энергосберегающих систем позволит снизить своеобразный «энергетический налог», который вынужден платить край в связи с большой длительностью отопительного периода. Кроме того, комплексная модернизация систем теплоснабжения позволит направить часть финансовых потоков, идущих в настоящее время на заготовку привозного угля, на создание новых рабочих мест на территории края. Эти факторы наряду со снижением техногенных загрязнений, связанных со сжиганием каменного угля, приведут к положительным изменениям в социально-экономической ситуации в регионе.

Размещено на Allbest.ru