Возобновляемые источники энергии (энергия солнца, ветра, тепла земли, естественного движения водных потоков, древесного топлива, иных видов биомассы, биогаза и др. ).

Поднетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии понимаются источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцированного природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых и промышленных отходов.

Перед учеными и хозяйственными деятелями нашей страны стоит задача оценить и максимально эффективно использовать потенциал возобновляемых ресурсов, найти их место в топливно-энергетическом комплексе Республики Беларусь. Решение этой задачи позволит снизить зависимость экономики республики от импорта энергоресурсов, что будет способствовать ее стабильности и развитию.

В настоящее время при планировании мероприятий в сфере энергетики важно учесть особенности возобновляемых источников по сравнению с традиционными, не возобновляемыми.

Возобновляемые источники отличаются, во-первых, периодичностью действия в зависимости от неуправляемых человеком природных закономерностей и, как следствие, колебания мощности возобновляемых источников — от крайне нерегулярных, как у ветра, до строго регулярных, как у приливов.

Для энергетических источников этой категории характерны низкие плотности потоков энергии и рассеянность их в пространстве. Они на несколько порядков ниже, чем у не возобновляемых источников (паровых котлов, ядерных реакторов). Поэтому энергоустановки на возобновляемых источниках эффективны при небольшой единичной мощности прежде всего для сельских районов.

Применение возобновляемых ресурсов эффективно лишь прикомплексном подходе к ним. Так, отходы животноводства и растениеводства на агропромышленных предприятиях одновременно могут служить сырьем для производства метана, жидкого и твердого топлива, а также удобрений. Поэтому необходима предварительная оценка экономической целесообразности использования их именно в качестве источников энергии, а не в виде удобрений.

Экономическую целесообразность использования того или иного источника возобновляемой энергии следует определять в зависимости от природных условий, географических особенностей конкретного региона, с одной стороны, и в зависимости от потребностей в энергии для промышленного, сельскохозяйственного производства, бытовых нужд — с другой. Рекомендуется планировать энергетику на возобновляемых источниках для районов размером примерно 250 [11]. При выборе источников энергии следует иметь в виду качество, оценивающееся долей энергии, которая может быть превращена в механическую работу (здесь не учитываются потери на производство, передачу электрической и тепловой энергий).

Общеизвестно, что с помощью электродвигателя более 95%электрической энергии можно превратить в механическую работу. Доля тепловой энергии, получаемой в результате сжигания топлива на ТЭС и превращаемой в механическую энергию, составляет около 30%.

Возобновляемые источники энергии по их качеству условно делятся на три группы:

- источники механической энергии довольно высокого качества: ветроустановки (около 30%), гидроустановки (60%,), волновые и приливные станции (75%);

- источники тепловой энергии с качеством не более 35%:прямое или рассеянное солнечное излучение и биотопливо;

- источники энергии, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления. Они имеют различное качество на разных частотах излучения; в среднем КПД фотопреобразователей составляет примерно 15%.

Основными нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии для Беларуси, которые могут иметь практическое значение, являются:

- биомасса;

- гидроресурсы;

- ветроэнергетические ресурсы;

- солнечная энергия;

- твердые бытовые отходы;

- геотермальные ресурсы.

Биомасса в виде отходов деревообработки (опилок, коры, щепа), сельхозкультур (топинамбура, дягиля, дальневосточной гречихи и др.), сельскохозяйственных и производственных отходов (навоза, соломы, отходов сахарного производства и др.), бытовых отходов является сырьем для производства искусственного газообразного и жидкого топлива. Запасы этого сырья имеют значительные размеры. Так, только отходов деревообработки ежегодно на полигоны вывозится около 2,5 млн т.

Возможны различные технологии переработки биомассы в энергию. Наиболее распространенная из них — это предварительная сушка собранной биомассы с последующим непосредственным сжиганием или пиролизом (переработкой с разложением при высоких температурах) или газификацией (превращением твердого топлива в газ в газогенераторах).

Другая технология основывается на анаэробном сбраживании (без доступа воздуха). В процессе такого процесса перерабатываются самые разные органические отходы (пищевые, навоз и др.). В результате сбраживания ускоряется природный процесс выделения биогаза — метана. В зависимости от химического состава сырья при сбраживании выделяется от 5 до 15 газа из 1 перерабатываемой органики.

Биогаз можно использовать для отопления домов, сушки зерна, в качестве горючего для автомобилей и тракторов, для стационарных двигателей внутреннего сгорания. Остаток брожения (шлак) можно брикетировать как твердое топливо или удобрение, содержащее азот, фосфор и калий, а также многие микроэлементы.

Перспективным считается развитие в Беларуси гидроэнергетики на малых реках. Беларусь богата гидроресурсами, по территории страны протекает более 20 000 рек и ручьев. Строительство малых гидроэлектростанций позволит, несомненно, решить ряд региональных энергетических проблем. Однако не стоит забывать и об экологических последствиях масштабного развития гидроэнергетики на малых реках. Изменение гидрологических режимов малых рек и близлежащих водных объектов может отразиться на уровне грунтовых вод, состоянии лесных и луговых экосистем, нарушении процесса воспроизводства рыбы и т. д.

В настоящее время все больше внимания уделяют использованию энергии ветра. Ветер представляет собой перемещающийся в горизонтальном направлении воздух. В результате неравномерного нагрева лучами Солнца поверхности Земли и воздушных масс, находящихся над ней, происходит перепад температур, которые в свою очередь образуют разницу в атмосферном давлении, вследствие чего происходит перемещение воздушных масс. Он имеет определенный запас кинетической энергии, зависящей от скорости движения воздушных масс.

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую или электрическую энергию. Механическая энергия чаще всего используется для водяных насосов в сельской местности, а ветроэлектрические турбины вырабатывают электроэнергию для жилых домов, учреждений и предприятий.

Существует два основных вида (типа) ветроэлектрических установок: горизонтально- и вертикально-осевые.

Наиболее распространены турбины с горизонтальной осью. По мнению ученых, Республики Беларусь не входит в разряд географических зон с высокой скоростью ветра и не обладает необходимым потенциалом для использования ветряных установок вы­шеуказанных государств. К примеру, среднегодовая скорость ветра в Минске — 3,5 м / с. В Беларуси можно целесообразно использовать малогабаритные ветроустановки из недорогих материалов, которые работают при малых скоростях ветра от 3 м / с, а на номинальную мощность выходит при 8 м / с.

Важнымисточником энергии является Солнце.Ежегодный поток солнечной энергии, посылаемый на Землю, в 10 раз больше, чем вся энергия, заключенная в топливе, имеющемся в ее недрах. Земля ежедневно получает от Солнца в тысячу раз больше энергии, чем ее вырабатывается всеми электростанциями мира.

Существует два пути прямого преобразования солнечной энергии:

- в тепловую (с помощью солнечных водонагревателей, коллекторов, теплонагревательных станций и солнечных электростанций);

- электрическую (с помощью фотоэлектрических преобразователей или фотогальванических систем).

Рассматривается возможность использования в стране и энергии геотермальных вод. При температурах от 100 до 150°С и слабой минерализации возможно прямое использование геотермальных вод в системах теплоснабжения. При большой минералиации применяется схема с промежуточной очисткой и теплообменниками.

Твердые бытовыеотходы также являются важным источником энергии. Они содержат целлюлозу, другие органические соединения, которые могут рассматриваться как ценные источники тепловой и электрической энергии.

56. Роль местных видов топлива (торф, дрова, отходы растениеводства, фитомасса) в топливном балансе страны.

Республика Беларусь относится к странам с бедными природными топливными ресурсами. Лишь 15—18% потребностей респустраны обеспечивается местными запасами топлива. У нас не обнаружено запасов природного газа. Общие извлекаемые ресурсы нефти в республике оценены в 362,1 лн. т (525 млн т у. т.).

В Припятской нефтяной области прогнозируется откры­тие 470 новых залежей нефти, из них с запасами более 3—4 млн т — 6 месторождений, от 1 до 3 млн т — 18, остальные — ниже 1 млн т.

Общая иведет к сладу до­бычи нефти и в будущем. Прогнозируемые объемы годовой добычи нефти в 2010 г. — 1,29 млн т, в 2015 г. — 1,102 млн т. Прогнозируемый уровень добычи попутного газа в 2010—2015 гг. — 180 млн.

В настоящее время в республике ежегодно используется 2 204 тыс. т торфа, что соответствует 769,6 тыс. т условного топлива. Торф в основном используется как удобрение для сельскохозяйственных нужд. Широкомасштабное применение его в качестве топлива может носить негативные экологические последствия (уничтожение уникальных болотных экосистем, увеличение выбросов парниковых газов в процессе сжигания и т. д.)

Потенциал бурых углей в Республике Беларусь достаточно высок. В настоящее время наиболее изученными являются неогеновые угли (залегают на глубине 20—80 м) трех месторождений — Житко-вичского, Бриневского и Тонежского с общими запасами 152 млн т (37 млн т условного топлива).

Однако имеющиеся в нашей стране бурые угли низкокалорийные (теплота сгорания 1 500—1 700 ккал / кг), влажность — 55—60%, средняя зольность — 17—23%. Поэтому имеющиеся бурые угли можно использовать в качестве коммунально-бытового топлива после подсушки и брикетирования в смеси с торфом или для получения генераторного газа. Кроме того, добыча бурых углей связана с экологическими проблемами в зоне их залегания — белорусском Полесье: необходимо удаление верхнего слоя почвы и лесов, что нанесет невосполнимый ущерб природе.

Запасы горючих сланцев в Республике Беларусь достаточно велики. Общие запасы Любанского и Туровского месторождений Припятского сланцевого бассейна оцениваются в 11 млрд т.

По своим качественным показателям сланцы не являются эффективным топливом из-за высо­кой зольности и низкой теплоты сгорания.

В районах расположения гидролизных заводов (города Бобруйск и Речица) в отвалах находится около 4—5 млн т гидролизного лигнина влажностью 65% и теплотой сгорания примерно 1 500 ккал / кг. К тому же, при работе заводов на полную мощность ежедневно образуется до 800 т лигнина, большая часть которого вывозится на свалку. До настоящего времени лигнин использовался для приготовле­ния удобрений или в смеси с торфом для производства топливных брикетов.

Потенциальная энергия, заключенная в твердых бытовых отходах (ТБО), образующихся на территории Республики Беларусь, равноценна 470 млн т у. т. Только по городу Минску она составляет 150 тыс. т у. т. и при их переработке можно получить 30—40 тыс. т у. т. ежегодно.

Потенциал отходов растениеводства составляет 1,52 млн т у. т. / год. Целесообразность их сжига­ния для топливных целей следует решать в сопоставлении с конкретными нуждами хозяйств.

Экономически целесообразным источником замещения части импортируемого топлива в Республики Беларусь является древесная масса: отходы деревообрабатывающего производства, маломерная и сухостойная древесина, кустарники и т.п. Используя ее в качестве топлива, можно ежегодно экономить до 2,5 млн т у. т.

На настоящий момент доля древесных отходов в потреблении первичных топливных ресурсов нашей страны составляет всего 2,8%, в будущем ее предполагается удвоить.

Древесные отходы как топливо обладают целым рядом положительных качеств:

- низкое содержание серы и малая зольность (1—2%);

- возможность сжигания отходов с содержанием влаги до 55—60%;

- меньшая эмиссия двуокиси углерода и низкая корро­зионная агрессивность дымовых газов;

- возможность конденсации влаги дымовых газов и ути­лизации скрытой теплоты парообразования;

- низкая цена в сравнении с ископаемым топливом;

- возможность наращивания объемов ресурсов;

- использование древесных отходов как топлива адапти­руется к существующим технологиям энергопроизводства;

- конечной продукцией их преобразования могут яв­ляться теплоносители в виде пара, горячей воды, элек­троэнергии, моторного топлива.

В Республики Беларусь осуществляется программа строительства мини-ТЭЦ и новых котельных на древесных отходах, реконструкции действующих котельных с переводом их на древесное топливо. Объем отходов деревопереработки, лесозаготовок, санитарных рубок леса составляет большой энергетический потенциал, на базе которого можно производить ежегодно 2—3 млрд кВт ∙ ч электроэнергии и несколько сотен тысяч гигакалорий тепловой энергии [11].

В перспективе рассматривается создание в Беларуси специальных плантаций древесного сырья на основе быстрорастущих и высокоурожайных растений и древесно-кустарниковых пород. Более эффективной по сравнению с традиционным сжиганием в отопительных котлах является утилизация древесных отходов посредством сжи­гания газообразного топлива, получаемого в результате газогенерации отходов.

Объем потребления собственных топливно-энергетических ресурсов к 2015 г. оценивается в 5,4 млн т у. т. или 13,9% валового потребления ТЭР в Республике Беларусь. Из них 4,8 млн т у. т. составляют местные виды топлива и 0,6 млн т у. т. — нетрадиционные и возобновляемые источники и вторичные энергоресурсы.

В нашей стране определены мероприятия по энергосбережению, имеющих приоритетное значение. К ним относятся:

- разработка и внедрение новых энергосберегающих технологий, материалов, оборудования, включая использование инфракрасных излучателей, тепловых насосов;

- организация серийного выпуска высокоэффективного энергосберегающего оборудования и материалов;

- оснащение потребителей приборами группового и индивидуального учета и регулирования топливно-энергетических и водных ресурсов;

- перевод автомобильных и тракторных парков республики на использование в качестве моторного топлива сжатого природного и сжиженного газа;

- замена неэффективных котлов (в том числе и электрокотлов) на более экономичные, а также перевод паровых котлов, используемых для нужд отопления и горячего водоснабжения, в водогрейный режим;

- замещение местными видами топлива и горючими отходами производства импортируемого природного газа, нефтепродуктов и угля, в том числе используемого в технологических процессах топлива;

- модернизация промышленно-отопительных котельных с использованием малых паро- и газотурбинных агрегатов, турбодетандерных установок;

- повышение уровня использования нетрадиционных, возобновляемых источников энергии и вторичных энергетических ресурсов;

- внедрение частотно-регулируемых электроприводов;

- производство и применение для теплотрасс труб с предварительной тепловой изоляцией;

- применение автоматических систем управления освещением и энергоэффективных осветительных устройств;

- увеличение термосопротивления ограждающих конструкций существующего жилищного фонда, зданий и сооружений.

В Республике Беларусь собственные топливно-энергетические ресурсы представлены древесиной, нефтью, торфом, бурым углем, горючими сланцами. Общие запасы древесины в стране оцениваются примерно в 1093,2 млн м³, что составляет около 1% запасов древесины СНГ. Лесистость территории — 38%. Запас спелого древостоя составляет около 74,7 млн м³. На душу населения приходится 0,6 га леса и 93 м³ запасов древесины. Средний возраст древостоя — 40 лет, средний прирост — 3,7 м³ на 1 га; средний запас на 1 га в спелых лесах — 205 м³. Основная часть лесов (45%) приходится на Гомельскую и Минскую области. Значение древесины в топливном балансе страны пока незначительно, поскольку начавшаяся в 1960 году и продолжающаяся ныне повсеместная газификация вытеснила древесину как вид топлива, а работающие на отходах котельные деревообрабатывающих предприятии были переведены на газ. В последнее время в связи с возникшими проблемами в использовании дорогостоящего покупного топлива, и, в первую очередь, газа, на древесное топливо, особенно на отходы деревообработки переходит все больше субъектов хозяйствования.