Производство, использование и возможности экономии топливной энергии

В качестве возобновляемых и местных ис­точников энергии с учетом природных, географических и метеорологиче­ских условий республики являются: дрова; торф; гидроресурсы; ветроэнер­гетический потенциал; биогаз из отходов животноводства; солнечная энер­гия; биомасса; твердые бытовые отходы и др. Их динамичное широкое применение в республике очень важно по не­скольким причинам: работы по их использованию будут способствовать развитию собственных технологий и производства оборудования, которые впоследствии могут стать предметом экспорта. Эти источники являются, как правило, экологически чистыми. Развитие таких источников повышает энергетическую безопасность го­сударства. Технологии освоения указанных источников энергии включают: прямое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию в составе фотоэлектрических станций, работающих параллельно с сетью и имеющих различную пиковую мощность; комбинированное производство электрической и тепловой энергии; ветроэлектрические агрегаты различной мощности; термохимические газогенераторы, перерабатывающие твердые органи­ческие отходы (бытовые, растениеводства, деревообработки и др.) в газооб­разное топливо; системы теплонасосного теплохладоснабжения, обеспечивающие отбор рас­сеянного низкопотенциального тепла поверхностных слоев грунта получение биогаза путем анаэробного сбраживания жидких отходов. Практически все виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ), за исключением биомассы и глубинного тепла земли, на­ряду с очевидными преимуществами имеют и существующие недостатки: низкий удельный потенциал (рассеянность); нерегулярность поступления, зависящая от климатических условий, су­точных и сезонных циклов. Поэтому для эффективного использования НВИЭ, особенно энергии вет­ра, солнца и др., необходимо решить ряд инженерных задач по созданию экономичных и надежных систем, воспринимающих, концентрирующих и преобразующих эти виды энергии в приемлемую для потребителя тепловую, механическую и электрическую энергию. Для обеспечения бесперебойного энергоснабжения за счет НВИЭ, осо­бенно автономных потребителей, система должна быть укомплектована ак­кумуляторами и преобразователями. Перспективны также гибридные систе­мы, использующие одновременно два или несколько видов НВИЭ, напри­мер, солнце и ветер, взаимно дополняющие друг друга, в сочетании с акку­муляторным и резервным двигателем внутреннего сгорания в качестве при­вода электрогенератора. НВИЭ имеют огромное значение, в первую очередь, для автономного энер­госнабжения населения и производства в сельских и отдаленных районах. Основным возобновляемым местным видом топлива была и остается древесина и отходы ее на деревообрабатывающих предприятиях. Опыт показывает, что себестоимость тепло­вой энергии, полученной с использованием древесной массы в 2-4 раза ни­же по сравнению с углеводородным сырьем. В среднем в год наша страна потребляет примерно 40 млн. т. топлива Древесину и древесные отходы можно использовать для получения энер­гии не только путем прямого сжигания в топках котлов, но и для получения генераторного газа для последующего использования в небольших котлах и даже в небольших газовых турбинах. Генераторный газ, получаемый из дре­весины, более чист, чем газ из угля и мазута. Причинами незначительного ис­пользования ветроустановок являются:

– слабые континентальные ветра (3-5 м/с) при необходимой пусковой скоро­сти их 4-5 м/с, средняя скорость ветра по республике не превышает 4,1 м/с;

– высокая стоимость ВЭУ (1000 - 1500 долларов США/кВт установлен­ной мощности);

– необходимость создания и содержания резерва мощностей на других типах электростанций в случае отсутствия ветра [13].

Установки для производства биогаза из отходов животноводческих комплексов целесообразно использовать только с условием получения эко­логически чистого высококачественного органического удобрения. Только в этом случае они будут эффективны для внедрения за счет пропорционально­го сокращения энергоемкого производства минеральных удобрений. Приме­нение биогазовых установок позволит также существенно улучшить эколо­гическую обстановку вблизи крупных ферм и животноводческих комплек­сов, а также на посевных площадях, куда в настоящее время сбрасываются отходы производства. Невостребованным источником энергии является огромный потенциал Солнца. В настоящее время развитие разработок по использованию солнеч­ной энергии идет по двум направлениям: фотоэнергетика; гелиоэнергетика. Первая связана с прямым преобразованием потока солнечной энергии в электричество, вторая – с утилизацией тепловой энергии с помощью актив­ных и пассивных теплоиспользующих систем. Первую в мире солнечную электростанцию мощностью 1 млн мегаватт начала эксплуатировать в 1983 г. американская фирма «Арко Сопар». В на­стоящее время уже существуют проекты висящего над планетой искусст­венного спутника, который сможет трансформировать солнечную энергию в электрическую и передавать ее в виде электромагнитного луча сверхвысо­кой частоты. В нашей стране имеются опре­деленные предпосылки для развития гелиоэнергетики. Для этого в Беларуси есть необходимые технические и производственные возможности для произ­водства гелиоустановок, а на Гомельском химическом заводе образцы главного компонента солнечных батарей – кремния, который может производиться из отходов химического производства. За счет использования солнечной энергии возможно замещение органи­ческого топлива в объеме 25 тыс. т. в год.

Наиболее целесообраз­но использовать для получения сырья площади выработанных торфяных ме­сторождений, на которых отсутствуют условия для произрастания сельско­хозяйственных культур. Площадь таких месторождений в республике со­ставляет около 180 тыс. га. Реализация этого источника затруднена отсутствием специальной техники, дорог в местах торфяных разработок, перерабатываю перерабатывающих предприятий. Лучшим способом получения энергии из ТБО является биопереработка с целью получения газа, но эффективность их составит не более 20-25%. Кроме ежегодно образующихся ТБО необходи­мо учитывать многолетние их запасы, которые имеются во всех крупных горо­дах и создают проблемы их складирования. На многих промышленных предприятиях в процессе производства обра­зуются технологические воды, которые после очистки или без нее сбрасы­ваются в водотоки или водоемы. Расходы таких вод могут достигать не­сколько кубометров в секунду, а разность высот промплощадки и уровня воды в водотоке (водоеме) – несколько десятков метров. Эти обстоятельства создают предпосылки для использования энергоресурсов сбросных вод по­средством строительства небольших ГЭС. Геотермальные ресурсы в Беларуси к настоящему времени практически отсутствуют, поскольку температурные условия недр территории республики изучены недостаточно. К местным для Беларуси источникам энергии относятся нефть, бурые уг­ли, горючие сланцы и др. Запасы бурых углей и горючих сланцев пока не разра­батываются, поскольку по своим качественным показателям они не являются эффективным топливом из-за низкой теплоты сгорания и высокой зольности. К нетрадиционным источникам энергии относится и рапсовое масло, идею использования которого в качестве автомобильного топлива выдвинул еще в начале 1960-х годов немецкий инженер Людвиг Эльсбет. В 1964 году он организовал институт усовершенствования двигателей внутреннего сго­рания. Несколько позже была образована специальная фирма Elsbett, зани­мающаяся производством двигателей, использующих в качестве топлива растительное масло. Преимуществами растительного масла являются: меньшая эмиссия вредных выбросов при сгорании; отсутствие опасных эффектов в процессе транспортировки и использования; простота процесса производства растительного масла, который может быть осуществлен не только в больших масштабах на специализированных заводах, но и в небольших количествах – на собственных фермах; относительно продолжительный срок хранения без утраты качества и др. Поиском альтернативного топлива озабочены американские автомобиль­ные фирмы. Ставка делается на водород, поскольку ежедневный расход го­рючесмазочных материалов в этой стране составляет более 2,5 млн. т. В ближайшее десятилетие эта цифра увеличится еще примерно на 300 тыс. т. Это при том, что страна импортирует не менее 60% углеводородного сырья. К основным техническим направлениям энергосберегающей поли­тики относятся: внедрение парогазовых, газотурбинных установок, мини-ТЭЦ, ГЭС; модернизация котельных и теплоизоляции; замена электрокотлов на топливные для возможности использования го­рючих отходов производства, сельского, лесного хозяйства, деревообработки; внедрение новых энергосберегающих технологий при нагреве, термо­обработке, сушке изделий, современных строительных и теплоизоляцион­ных материалов и др [3].