4 Производство энергии на основе возобновляемых источников

4.1 Потенциал возобновляемых источников энергии

Возобновляемый энергетический ресурс – постоянно действующие или периодически возникающие потоки энергии в результате естественных природных процессов. Согласно прогнозам Мировой энергетической комиссии о перспективах использования возобновляемых источников энергии (таблица 4.1) главенствующая роль принадлежит биомассе. К перспективным возобновляемым источникам энергии следует отнести также гидроэнергию, энергию ветра и Солнца.

Таблица 4.1 – Оценка возможной доли возобновляемых источников энергии в мире

Ресурсы возобновляемых источников энергии	2020 г. (min)		2020 г. (max)
	млн т у.т.	% к итогу	млн т у.т.	% к итогу
Биомасса	350	47	800	43
Солнечная энергия	150	20	510	28
Ветровая энергия	120	16	310	17
Геотермальная энергия	60	8	130	7
Малые и мини ГЭС	70	9	100	5
Итого	750	100	1850	100
Процент общих энергетических потребностей	–	3–4	–	8–12

Геотермальные воды в качестве промышленного источника энергии в настоящее время не рассматриваются, поскольку представляют собой рассолы с большой концентрацией солей.

Характерной особенностью возобновляемых источников является то, что потоки энергии могут быть использованы лишь частично. Энергетика на возобновляемых источниках энергии должна ориентироваться только на существующие ресурсы для данного региона. Масштабному их использованию должен предшествовать тщательный мониторинг, т.к. необходимо знать мощность источников и потребности региона в энергии, в том числе структурные. Периодический характер потоков энергии во времени не всегда согласуется с реальными потребностями в энергии (рисунок 4.1).

а) б)

E₁ – используемая солнечная энергия;

E₂ – избыток солнечной энергии;

E₃ – дефицит солнечной энергии;

Рисунок 4.1 – Годовой (а) и суточный (б) графики поступающей солнечной энергии E и тепловой нагрузки Q.

4.2 Биомасса

Основа биомассы – органические соединения углерода, которые в процессе взаимодействия с кислородом при сгорании или в результате естественного метаболизма выделяют теплоту.

Среди основных энерготехнологических методов переработки биомассы можно выделить (рисунок 4.2):

– термохимический метод;

– биохимический метод;

– агрохимический метод.

Рисунок 4.2 – Классификация основных типов энергетических процессов,

связанных с переработкой биомассы.

4.3 Гидроэнергетика

Источником гидроэнергии является преобразованная энергия Солнца в виде запасенной потенциальной энергии воды, которая затем преобразуется в механическую работу и электроэнергию. Потенциал гидроресурсов определяется объемным расходом потока Q (м³/с) и высотой падения потока или напором H (м). Максимальная мощность P₀ (Вт), развиваемая потоком падающей воды без учета потерь напора,

, (4.1)

где ρ – плотность, кг/м³,

g – ускорение свободного падения, м/с².

Преобразование потенциальной энергии воды в электрическую производится на гидроэлектростанции (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Схема гидроэлектростанции

Для преобразования энергии воды в механическую работу используются гидротурбины.

Полный к.п.д гидроэлектростанции определяется потерями в водоводе и каналах, турбине и генераторе. Рабочий напор определяется по соотношению

, (4.2)

где H_t – полный напор,

H_ƒ – потери на трение в водоводах и каналах.

Рекомендуется, чтобы .

В общем случае полный к.п.д гидроэлектростанции определяется по соотношению

, (4.3)

где P_э – мощность, снимаемая с клемм электрогенератора,

η_м – механический к.п.д турбины,

η_э – электрический к.п.д генератора.

к.п.д современных гидрогенераторов не превышает 86 %.