Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Энергетика и промышленность России" - избранные материалы

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 1.155 RSS
←   Февраль 2015   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.eprussia.ru
Открыта: 02-03-2002

Автор
Энергетика и промышленность России

Статистика

1.155 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Эффективность возобновляемых источников для бесперебойного


 

Эффективность возобновляемых источников для бесперебойного электроснабжения

 

 

По состоянию на март 2014 года долги на розничном рынке электроэнергии России составили 189 миллиардов рублей, увеличившись по сравнению с осенне-зимним периодом 2012 2013 годов почти на 30 процентов.

 

Ситуация непростая, поскольку долги за тепло к началу апреля 2014 года также достигли астрономических размеров – 140 миллиардов рублей.

В связи с этим встает вопрос о том, не лучше ли переходить на электроснабжение от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), по крайней мере, в пригородах.

В настоящее время станции ВИЭ в России, кроме гидроэлектростанций и малой части геотермальных электростанций, являются если не планово-убыточными, то с очень большим сроком окупаемости, что препятствует их повсеместному использованию.

Возникает вопрос: почему использование бесплатной энергии Солнца, ветра, теплоты Земли и малых водотоков не может пока конкурировать по ряду экономических показателей с энергетикой, работающей на дорогом ископаемом топливе?



Коэффициент использования

В основном экономическая эффективность систем и установок ВИЭ, кроме стоимости 1 кВт установленной мощности, напрямую зависит от коэффициента использования установленной мощности (КИУМ), который в ряде местностей недопустимо низкий. Купив, например, дорогую ветроэлектрическую станцию, пользователь получает, как правило, электроэнергии в три-пять и более раз меньше, чем она могла бы произвести при постоянном ветре.

При работе от ВИЭ крайне нерационально используются мощности, в то время как на теплоэлектрических станциях КИУМ достигает больших значений. Более высокий он у ветровых, чем у фотоэлектрических станций, что объясняется отчасти тем, что ветроколесо всегда ориентировано по направлению ветра, в отличие от фотоэлектрических панелей, когда утром и вечером солнечное излучение «скользит» по их рабочим поверхностям.

Несравненно более высокий коэффициент достигается на угольных и газовых электростанциях, в силу реализованных в них внешних и внутренних энергетических связей.

Угольная ТЭС, используя привозное ископаемое топливо, неся расходы по снижению вредных выбросов, производит недорогую электроэнергию. Это достигается за счет того, что при низкой стоимости 1 кВт установленной мощности использование запасов угля со склада позволяет подобрать оборудование для каждого технологического передела, работающего с номинальной нагрузкой. Особенно – в периоды наибольшего потребления вырабатываемой электрической энергии.

Стоимость 1 кВт в свою очередь зависит от КПД основных технологических переделов. Высокий КПД на ТЭС достигается за счет расширенного (по температуре) термического паросилового (термодинамического) цикла, хотя летом он несколько ниже, чем зимой, из за отсутствия больших объемов холода для снижения нижней границы цикла.

Но это, правда, не в равной степени относится ко всем станциям, работающим на органическом топливе. Так, многие поселки Севера Европейской части России, Сибири и Дальнего Востока снабжаются электро­энергией от дизельных электростанций мощностью до 1,5 МВт. Число часов использования таких ДЭС составляет около 1000 часов в год (КИУМ = 0,11), с продолжительностью их работы 5 8 часов в сутки (в утренние и вечерние часы). Поэтому вырабатываемая ими электроэнергии одна из самых дорогих.

Схему можно распространить и на электростанции, работающие на биомассе и биогазе. Этим объясняется их более высокий коэффициент использования.



Трудности с ГЭС

Что касается гидроэлектростанций, то, казалось бы, поскольку высоконапорный поток воды поступает на турбину без затрат энергии – естественным путем, то стоимость электроэнергии ГЭС должна быть намного меньше, чем от угольной электростанции. Однако это не всегда так.

Весной через створы существующих ГЭС проходит в среднем 60 процентов годового стока воды. При этом от 10 до 25 процентов годового стока воды ГЭС сбрасывается вхолостую из за отсутствия регулирующей емкости водохранилища. Это в первую очередь касается низконапорных плотин и турбин на реках Среднерусской равнины, в результате чего гидротурбины работают при номинальной мощности только весной. А в остальное время года часть их работает на неполную мощность или простаивает. Поэтому ГЭС не могут обеспечивать электроснабжение потребителя по потребности (номинальную выработку летом, осенью и особенно зимой).

На стоимость вырабатываемой электроэнергии ГЭС также влияет невысокая энергетическая плотность потока рабочего тела – воды.



Аккумулирование на станциях

В решении задач обеспечения малых потребителей часто используются схемные решения с аккумулированием выработанной ВЭС, ФЭС или бензиновым электрогенератором электроэнергии.

Отпуск потребителю электроэнергии на ВЭС, например, может осуществляться бесперебойно и при отсутствии ветра до полной разрядки аккумуляторов.

Но такие решения однозначно приводят к резкому повышению стоимости 1 кВт-ч электроэнергии. Так, для бесперебойного электроснабжения потребителя 1 кВт электроэнергии в течение 100 часов, когда на дворе слабый ветер или нет Солнца, требуется 100 кВт-ч электроэнергии, которая может быть получена от 138 аккумуляторов (обычный автомобильный аккумулятор после полной зарядки способен отдать 0,72 кВт-ч электроэнергии). А это, как правило, не по карману подавляющему большинству населения России.

Малое гарантированное электрообеспечение можно решать с помощью ГеоЭС, однако на большей части Земли, там, где нет вулканической деятельности, слишком быстро истощаются глубинные тепловые ресурсы. Из-за этого большие капитальные затраты на сооружение ГеоЭС не окупаются.

Исходя из того, что эффективность использования ВИЭ напрямую зависит от КИУМ, а если быть более точным, то в конечном итоге – от наличия накопителя-аккумулятора первичной энергии, – предлагается определять для каждой территории стоимость 1 кВт установленной мощности с учетом КИУМ.



Солнечный соляной пруд

Перспективным в этом смысле представляется гелиоэлектростанция на базе солнечного соляного пруда.

В отличие от обычной солнечной электростанции с гелиостатами, где концентрация энергии достигается оптическими методами, солнечный соляной пруд обеспечивает гидродинамическую концентрацию солнечной энергии. При средней плотности притока солнечной теплоты в отводимый нагретый рассол 75 Вт/м2 плотность потока используемой энтальпии (энергии, доступной для преобразования в теплоту) составляет 3,5х107 Вт/м2. Гидродинамическая концентрация повышает плотность потока энергии более чем на пять порядков, т. е. в сотни тысяч раз.

Способность к совершению работы характеризуется не потоком энергии, а потоком эксэргии (части энергии, равной максимальной полезной работе термодинамической системы), и поэтому следует обратить внимание на концентрацию ее солнечным прудом.

Плотность потока эксэргии солнечного излучения ненамного ниже плотности энергии (примерно вдвое), так что его можно оценить средней величиной в 100 Вт/м2. Это подводимая к пруду эксэргия. Отводимой является эксэргия горячего рассола, оцениваемая только по его температуре, то есть термическая, а не химическая эксэргия. При температуре горячего рассола 100 С и температуре холодного источника 10 С имеем 0,93х107 Вт/м2.

Отношение плотностей потоков подводимой и отводимой эксэргии = 105.

Иными словами, при отводе горячего рассола мы получаем гидродинамическую концентрацию потока эксэргии в сто тысяч раз. Плотность потока эксэргии в горячем рассоле много выше, чем при передаче энергии от горячих газов в хвостовых частях котельного агрегата, и выше, чем в океанских тепловых электростанциях. Поэтому солнечный пруд и представляется эффективным сборщиком возобновляемой энергии.

В немалой степени на эффективность работы данного вида электростанции сказывается слежение концентратором положения Солнца и использование холода льда котлована. Использование холода котлована позволяет снизить нижнюю границу паросилового цикла, что ведет к значительному повышению его КПД.

Снижения установленной стоимости 1 кВт электростанции на базе солнечного соляного пруда можно добиться, если в качестве источника холода для термодинамического цикла использовать вместо холода льда котлована холод малых водотоков.

Если сравнить цену 1 кВт по установленной мощности, то обычные ВЭС имеют преимущество по сравнению с гелиоэлектростанцией на базе солнечного соляного пруда, но если их эффективность сравнивать с учетом аккумуляторов, входящих в состав ВЭС, обеспечивающих бесперебойность электроснабжения, то результат получается иной.

Конечно, при КПД преобразования тепловой энергии солнечного соляного пруда в электрическую энергию в пределах 10 12 процентов, при плотности солнечного излучения, не превышающего в больший период времени 1 кВт/м2, за счет только выработки электроэнергии окупаемости проекта можно достигнуть только на децентрализованных территориях. Однако если часть теплоты пруда использовать для горячего водоснабжения, а часть холода льда котлована для кондиционирования, то окупаемости можно достичь и в зонах централизованного энергоснабжения. Ведь нагрев воды в пруду в восемь-десять раз дешевле, чем от электроэнергии. Также и кондиционирование (охлаждение воздуха) за счет естественного холода (льда котлована) в восемь-десять раз дешевле, чем от электроприводного кондиционера.

У ГЭС и ЭС на базе солнечного соляного пруда и котлована со льдом / талой водой есть дополнительные, свойственные только им преимущества. У ГЭС теплоту потока воды в нижнем бьефе, а у гелиоэлектростанции теплоту талой воды котлована и солнечного соляного пруда можно эффективно использовать зимой для теплоснабжения посредством теплонасосных установок.

С экономической точки зрения первостепенным фактором эффективного использования ВИЭ является аккумулирование первичной энергии на входе в систему генерации, что с избытком обеспечивается для ГЭС только весной, а для гелиоэлектростанции на базе солнечного соляного пруда, в зависимости от инсоляции, в течение всего летнего периода.


 

Геннадий ОСАДЧИЙ, инженер

 

С вопросами и предложениями обращайтесь по адресу ep@eprussia.ru



Информационный портал Энергетика и промышленность России - это:

Ежедневная новостная лента Новости энергетики.

Уникальная бесплатная электронная библиотека для специалистов.

Электронная версия и архив газеты Энергетика и промышленность России.

Новинки нормативно-технической литературы от издательств в разделе Книжный магазин.

Доска объявлений для предприятий, работающих в промышленно-энергетических отраслях.

Информация об отраслевых выставках, конференциях и семинарах в разделе Выставки.

Каталог сайтов компаний ТЭК и промышленности.

Наш портал может предложить рекламодателям следующие Услуги:
Участие в "Каталоге ЭПР" (в том числе регулярное самостоятельное размещение ваших новостей в ленте Новости компаний);
Размещение рекламных баннеров различных форматов на всех страницах портала;
Размещение рекламных статей.
В избранное