Лекция 8. Нетрадиционные источники энергии и вторичные энергоресурсы презентация

Нетрадиционные источники энергии
Возобновляемые энергетические ресурсы – постоянно действующие или периодически возникающие потоки энергии в результате естественных природных процессов.
1. Солнечная энергия
2. Ветроэнергетика
3. Гидроэнергетика
4. Биотопливо
5. Геотермальная энергия

Солнечная энергия
1.Выработка и аккумулирование электрической энергии
2. Выработка и аккумулирование тепла
За один год Солнце посылает на нашу планету энергию, эквивалентную почти 100 триллионам тонн условного топлива.

Солнечная батарея
Схема солнечного элемента с p-n переходом:
1 – противоотражательное покрытие лицевого контакта;
2 – металлический контакт с тыльной стороны

Использование солнечных батарей

Автономное освещение гелиофонарями

Газонные светильники на солнечных батареях
Гелиофонарь состоит из корпуса, собственно источника света (светодиодная лампа), небольшой солнечной батареи, фотодатчика и аккумулятора. В течение дня в батарее вырабатывается ток, который идет на зарядку аккумулятора. С наступлением темноты датчик (он реагирует на уровень естественной освещенности) включает лампу, которая и светит всю ночь, расходуя накопленную за день энергию.

Гелиоводонагреватель
Попадающее на коллектор излучение солнца преобразуется в энергию тепла, которое передается циркулирующему с помощью насоса теплоносителю (пропиленгликоль, вода). Работа всей системы регулируется автоматикой.
Аккумуляторный бак

Ветроэнергетика
S –площадь, ометаемая ветроколесом, м2;
ρ и w – плотность и скорость набегающего воздуха, кг/м3 и м/с,
СN – коэффициент мощности (~40%).

Ветроэнергетика
В настоящий момент на территории РБ действует 18 ветроустановок суммарной мощностью 4 МВт.
В 2014г.ЕС выделил 5млн.евро на строительство
ветряной электростанции в Новогрудке мощностью 2МВт.

Гидроэнергетика
Потенциал гидроресурсов определяется объемным расходом потока Q (м3/с) и высотой падения потока или напором Н (м).
Максимальная мощность (Вт), развиваемая потоком без учета потерь напора, равна
Ранее в Беларуси действовало 170 ГЭС. После завершения электрофикации всех регионов за счет централизованного электроснабжения они были законсервированы.

Гродненская ГЭС
В настоящее время установленная мощность 30 действующих ГЭС составляет около 13 МВт
Потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850 МВт
Технически доступная – 520 МВт
Экономически целесообразная – 250 МВт

Лукомльская ГРЭС
Установленная мощность — 2462,5 МВт.
Доля вырабатываемой электроэнергии 60%

Березовская ГРЭС
Установленная мощность 958,12 МВт
Доля вырабатываемой электроэнергии 25%

Биотопливо
Виды биотоплива:
Твердое (дрова, брикеты, топливные
гранулы, щепа, солома, лузга)
Жидкое (этанол, метанол, биодизель)
Газообразное (биогаз, метан, водород)
Происхождение биотоплива:
отходы основного производства в лесной и деревообрабатывающей промышленности, агропромышленного комплекса, городском хозяйства.
Биотопливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.
Основа биотоплива – биомасса.

Твердое биотопливо. Топливные брикеты
Основные преимущества:
1) однородность состава,
2) больший насыпной вес,
3)более высокая теплота сгорания.
В качестве сырья для брикетов используется угольная мелочь, торфяная крошка, опилки и стружки, мелкие ветки, отходы сельского хозяйства (стебли, лузга, костра, ботва)

Брикетирование осуществляется двумя способами:
Холодное с применением вязких веществ
Горячее под высоким давлением (до 200 МПа)
Брикетирование

Производство гранул
Гранулирование - это процесс, заключающийся в измельчении продуктов и их прессовании.

Преимущества использования топливных гранул и брикетов
объем топлива значительно уменьшается, что снижает затраты при его складировании;
при хранении гранулы/брикеты не будут биологически разлагаться, не вызывают аллергической реакции и, следовательно, их можно дольше хранить;
однородная влажность и размер кусков прессованного топлива позволяет точнее регулировать режим горения в топке, обеспечивая тем самым более высокий КПД;
подача топлива в горелку котла может быть легко сделана автоматической;
сжигатели для гранул легко устанавливаются на котлы взамен отработанных горелок для жидкого и газообразного топлива с сохранением высокого уровня автоматизации.

Жидкое биотопливо
Биоэтанол
Этанол в БразилииЭтанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростникаЭтанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США -из кукурузы.
СШАСША и Бразилия производят 95 % мирового объёма этанола. Применяют в чистом виде или в смеси с бензином.
Биодизель
— топливо на основе жиров на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации. Применение биодизеля не требует внесения изменений в двигатель.

Газообразное биотопливо
Биогаз — продукт сбраживания органических отходов (биомассы— продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана— продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана и углекислого газа.
Разложение биомассы происходит под бактерий Разложение биомассы происходит под бактерий класса метаногенов.
Сырье: навоз, городские стоки и др.

Геотермальная энергия
Выход тепла на поверхность Земли осуществляется в результате вулканических процессов или в виде горячей воды.
Температура термальных вод в Беларуси достигает приблизительно 500С. Они используются для горячего водоснабжения

Вторичные энергетические ресурсы
Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) – энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом технологическом процессе.
Необходимость использования ВЭР объясняется тем, что коэффициент полезного использования (КПИ) энергоресурсов в РБ и странах СНГ – главный показатель эффективности производства – не достигает 40%, что свидетельствует о существовании больших ресурсов экономики.

Классификация ВЭР
Горючие ВЭР – отходы, обладающие химической энергией и могут быть использованы в качестве топлива.
Тепловые ВЭР – отходы, обладающие физической теплотой.
ВЭР избыточного давления – отходы, обладающие потенциальной энергией.

К горючим ВЭР относятся:
отходы технологических процессов химической и термохимической переработки сырья (горючие газы технологических печей, горючие газы при получении исходного сырья для пластмасс и т.д.)
отходы деревообрабатывающей промышленности
отходы сельского и коммунального хозяйства (солома, ботва растений, городской мусор и др.)
твёрдые и жидкие топливные материалы промышленных предприятий
Применение:
Применяются непосредственно в виде топлива в других производствах

Утилизация ТБО
Мусоросжигательный завод и электростанция архитектора Эрика вана Эгераата в датском городе Роскилле

К тепловым ВЭР относятся:
продукты сгорания (газы и шлаки) котельных установок и промышленных печей, отработанный пар (высокопотенциальные − более 500 °С);
теплота рабочих тел, теплоносителей систем охлаждения (среднепотенциальные − от 100 до 500 °С);
теплота вентиляционного воздуха, сточных вод (низкопотенциальные − менее 100 °С).

Вертикальный котел утилизатор
с принудительной циркуляцией
1 – пароперегреватель; 2 – насос; 3 ‑ барабан; 4 ‑ испаритель; 5 – экономайзер

Котел утилизатор

К ВЭР избыточного давления относятся:
газы, жидкости и сыпучие тела, покидающие технологические агрегаты с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих материалов или при выбросе их в атмосферу, водоёмы и другие приёмники.
тела с избыточной кинетической энергией.
Применение:
Получение электрической или механической энергии

Теплообменники
Регенеративный теплообменник - теплообменник, в котором одна и та же поверхность поочередно омывается то горячим, то холодным теплоносителями. При соприкосновении с горячим теплоносителем стенка аккумулирует теплоту, а затем отдает ее холодному теплоносителю (нестационарный поток).
Рекуперативный теплообменник – теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, теплообмен происходит через стенку (стационарный поток).

Регенеративный теплообменник

Рекуперативный теплообменник

Тепловая труба
Коэффициент теплопроводности тепловой трубы в сотни раз больше, чем у меди.

Тепловые трубы используются
для охлаждения микросхем, процессоров, лазерных и светодиодных матриц, приборов силовой электроники, космической электроники, шкафов ЧПУ, электрических машин.
Применение тепловых труб

Аккумуляторы энергии
Аккумулирование механической энергии:
Гидроаккумуляторы,
Маховики (потеря энергии маховиком может быть менее 20% в год)
Аккумулирование электрической энергии:
Электрохимический аккумулятор,
Конденсатор
Аккумулирование тепловой энергии:
запасающие тепло путем нагревания рабочего тела аккумулятора
накапливающие тепло в результате перехода рабочего тела из одного агрегатного состояния в другое, чаще всего из твердого в жидкое

Аккумулирование энергии позволяет обеспечить :
• бесперебойное энергоснабжение потребителей за счет накопления избыточной энергии и последующего ее использования в периоды отсутствия или недостатка энергоснабжения;
• оптимальные режимы работы источников энергии и потребителей за счет сглаживания колебаний в электросети;
• повышение потенциала энергии до необходимого качества при накоплении низкопотенциальной энергии;
• превращение энергии одного вида в другой, в зависимости от нужд потребителей.

Потребление энергии за счет освещения
Экономия энергии на освещение при замене существующих источников света с суммарным годовым потреблением электроэнергии Wr (кВт∙ч/год) более эффективными источниками:

где
- коэффициент эффективности замены источника, Hнов. – светоотдача предлагаемого для установки источника света, Hстар.- светоотдача существующего источника света, kэл.- коэффициент запаса, учитывающий снижение светового потока лампы.
Потребление энергии за счет освещения