Учебное пособие 1986

6. Отработанный воздух. Преимущество НТПИ: доступность.

Недостатки НТПИ: зачастую необходима очистка от пыли, колебание температуры в течение дня.

7. Окружающий воздух. Преимущество НТПИ: доступность.

Недостаток НТПИ: колебания температуры в течение года (отрицательная температура зимой).

8.Солнечная радиация.

Преимущества НТПИ: доступность, получение высоких

температур теплоносителя.

Недостатки НТПИ: нестабильность, отсутствие в ночные часы (требуется наличие аккумуляторов), колебание количества в течение года и при наличии облаков, эффективность её поглощения снижается с повышением географической широты (см. рис. 14.8).

Рис. 14.8. Пример устройства системы, использующей в качестве НТПИ солнечную радиацию

81

Выбор НТПИ является сложным процессом, затрагивающим многие критерии, обусловленные экономической целесообразностью.

Тепловые насосы по принципу действия делятся на термомеханические и электромагнитные.

Термомеханические – принцип работы заключен в повышении или понижении давления рабочего вещества.

Электромагнитные – принцип работы заключен в использовании постоянных и переменных электрического и магнитного полей (применяются редко).

Термомеханические в свою очередь подразделяются на компрессионные, сорбционные и струйные.

Компрессионные работают, если говорить упрощенно, как холодильники, однако, они предназначены для того, чтобы производить тепло, а не холод [9].

Сорбционные работают за счет физико-химического процесса абсорбции, при котором жидкость или газ увеличиваются за счет другой жидкости. Также при химически-физическом процессе адсорбции жидкость удерживается в верхних слоях твердого тела. Это происходит при определенных условиях под физическим воздействием, таким как давление или температура. Процесс сорбции является реверсивным. Принцип сорбции особенно заметен, если речь идет об угольной кислоте, которая абсорбируется (распускается) в минеральной воде, а при открытой бутылке благодаря уменьшению давления снова становится свободной. Этот вид тепловых насосов подразделяется на абсорбционные и адсорбционные [14].

15. Биогазовая энергетика

Биогазовая энергетика – это отрасль электроэнергетики, основанная на использовании биотоплива.

Биотопливо – это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов.

82

Биогаз – это газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Данный газ представляет собой смесь более чем на половину, состоящую из метана и на треть из углекислого газа с примесями других газов, таких как аммиак, сероводород, азот и т.д.

Свалочный газ – это одна из разновидностей биогаза, получаемый на свалках из муниципальных бытовых отходов.

Преимущества использования биогаза: независимость от тарифов и сбоев в поставке энергии; доступность особенно для сельских жителей; самопополняющаяся сырьевая база;

получение одновременно нескольких видов энергоресурсов – электроэнергии, тепла, газа, моторного топлива;

решение проблем утилизации органических отходов;

возможность организации новых, высокорентабельных видов сельскохозяйственных производств.

Недостатки использования биогаза: доступность только в сельских районах;

для поддержания термофильного режима зимой может расходоваться до 1/3 всего вырабатываемого метана; высокая стоимость установки (для частного бизнеса).

Схема биогазовой установки приведена на рис. 15.1. Составные части биогазовой установки:

1.Емкость гомогенизации – создание устойчивой во времени однородной (гомогенной) структуры в двух или многофазной системе путём ликвидации концентрационных микронеоднородностей, образующихся при смешивании взаимно нерастворимых веществ;

2.Загрузчик твердого (жидкого) сырья;

3.Реактор. В процессе переработки биотоплива применяют три вида бактерий: первый вид – бактерии гидролизные, второй – кислотообразующие, третий – метанообразующие. К факторам, влияющим на процесс брожения биотоплива относятся: температура, влажность среды, уровень рН, соотношение

83

C : N : P, площадь поверхности частиц сырья, частота подачи субстрата, замедляющие вещества, стимулирующие добавки.

Рис. 15.1. Схема биогазовой установки

[https://altenergiya.ru/bio/biogazovaya-ustanovka-svoimi- rukami.html]

4.Мешалки;

5.Газгольдер – большой резервуар для хранения природного, биогаза, или сжиженного нефтяного газа;

6.Сепаратор – аппарат, производящий разделение продукта на фракции с разными характеристиками;

7.Контрольно-измерительные приборы и аппаратура с визуализацией;

8.Приборы контроля;

9.Система безопасности;

10.Насосная станция;

11.Система, подготавливающая воду на отопление и горячее водоснабжение;

12.Газовая система.

84

Использование биогаза в развивающихся странах. Био-

топливо широко используется во всём мире. В развивающихся странах – Индия, Вьетнам, Непал и т.д. – строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи. В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности к концу 2009 года было создано 200 тысяч малых биогазовых установок [2]. В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн малых биогазовых установок.

Больше всего малых биогазовых установок находится в Китае - более 10 млн (на конец 1990-х). Они производят около 7 млрд м³ биогаза в год, что обеспечивает топливом примерно 60 млн крестьян. В конце 2010 года в Китае действовало уже около 40 млн биогазовых установок. В биогазовой индустрии Китая заняты 60 тысяч человек [20].

Автомобильный транспорт. Биогаз очень эффективно используется в автомобильном транспорте. Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По данным Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии в 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии работало на биогазе.

Муниципалитет Осло (Норвегия) в начале 2009 года перевёл на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет €0,4 – €0,5 за литр в бензиновом эквиваленте. При успешном завершении испытаний на биогаз будут переведены 400 автобусов [21].

Потенциал применения биогазовых установок в России и мире. В России агрокомплекс ежегодно производит 773 миллиона тонн отходов, из которых можно получить 66 миллиардов м3 биогаза, или около 110 миллиардов кВт·ч электроэнергии. Общая потребность России в биогазовых заводах оценивается в 20 тысяч предприятий [21].

85

В США выращивается около 8,5 миллионов коров. Биогаза, получаемого из их навоза, будет достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей [6].

Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 миллиардов кВт·ч энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии.

16. Ветроэнергетика

Ветроэнергетика – это отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве.

Аппараты для преобразования энергии ветра разделяются: ветрогенератор (используется для получения электриче-

ской энергии);

ветряная мельница (используется для преобразования в механическую энергию);

парус (используется для использования в транспорте) и другими.

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или со-

кращенно ВЭУ) – это устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим ее преобразованием в электрическую энергию (см. рис. 16.1, 16.2).

Преимущества ветрогенераторов:

использует возобновляемый источник энергии ветер; экологичность производства; ветрогенераторы в составе ветропарков имеют высокую степень автоматизации;

малое отчуждении земли и/или сельскохозяйственных угодий на установку ветрогенераторов; высокая экономическая эффективность.

86

Рис. 16.2. Виды ветрогенераторов

обледенение лопастей и других частей генератора в зимний период года;

при резких колебаниях скорости ветра срабатывает электрическая защита;

возможность пожара (из-за трения вращающихся частей внутри гондолы, утечки масла из гидравлических систем, обрыва кабелей и т. д. и ударов молний);

ландшафтные проблемы – ВЭУ портит визуально ландшафт, имея большие размеры.

В табл. 16.1 приведен объем производства промышленных ветрогенераторов в различных странах мира [3].

88

Таблица 16.1 Крупнейшие производители промышленных

ветрогенераторов

Малая ветряная установка состоит: ротор; лопасти; ветротурбина;

хвост, ориентирующий ротор против ветра; генератор; мачта с растяжками;

контроллер заряда аккумуляторов; аккумуляторы (обычно необслуживаемые на 24 В);

инвертор, подключенный к электросети (трансформирует постоянный ток в переменный).

Промышленная ветряная установка состоит (см. рис. 16.3): фундамент; силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления; башня; лестница;

поворотный механизм; гондола;

89

электрический генератор; система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр); тормозная система; трансмиссия; лопасти;

система изменения угла атаки лопасти; обтекатель.

Рис. 16.3. Устройство ветрогенератора

[erma-na-urale.ru/?p=1595]

90