МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯРЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ИНСТИТУТИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине «Производственныетехнологии»
На тему:
Нетрадиционная энергетика –сущность, виды, перспективы развития в республике Беларусь
Проверил: профессор Пустовалов В.К.
Выполнила: слушатель группы 2020812
Турина Ю.А.
Минск 2008
Содержание/>ВВЕДЕНИЕ1.Использование солнечной энергии в Республике Беларусь1.2Тепловые гелиоустановки2.Биоэнергетика2.1Общиесведения2.2Биомасса — аккумулятор солнечной энергии2.3Фотосинтез на службе энергетики2.4Время и место получать энергию из когенерационных установок3.Гидроэнергетика в Беларусии3.1Общиесведения3.2Описание работы гидроэлектростанций3.3Гидроэлектростанции и жизненная среда4.Ветроэнергетика4.1Общие сведения4.2Классификация и принцип действия ветроэлектрических установок4.3Ветряные мельницы на службе человека4.4Как хранить энергию ветра?4.5Перспективы использования энергии ветра в агропромышленном комплексе РеспубликиБеларусь5.Сравнениевозобновляемых топливно-энергетических ресурсовЗаключениеПриложениеЛитература
Введение
Под нетрадиционными (альтернативными или возобновляемыми) топливно-энергетическимиресурсами (ТЭР) понимают энергетические ресурсы рек, водохранилищ ипромышленных водостоков, энергию ветра, солнца, биомассы, сточных вод и твердыхбытовых отходов. Энергообъекты, использующие альтернативные ТЭР для получениятепловой, механической и электрической энергии, называют альтернативнымиисточниками энергии.
Основной особенностью возобновляемых источников энергииявляется то, что воспроизводство их энергетического потенциала происходитбыстрее, чем расходование. Установки, работающие на возобновляемых источниках,оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем традиционныепотоки энергии. Государственная программа Республики Беларусь на период до 2020 г. предусматривает использование нетрадиционных источников энергии в нарастающих масштабах. Сучетом природных условий республики предпочтение отдается малымгидроэлектростанциям, ветро- и биоэнергетическим установкам, установкам длясжигания отходов растениеводства и бытовых отходов, гелиоводоподогревателям. ВГосударственной программе потенциал экономии традиционных (ископаемых) ТЭР засчет использования альтернативных источников энергии к 2020 г. оценивается примерно в 5 млн. т у. т. (более 15 % от всех ТЭР). В отличие от многих другихмероприятий использование альтернативных ТЭР дает реальную, легко учитываемуюэкономию топлива и социальный эффект. Альтернативные источники энергии зачастуюне требуют транспортирования, удобны для локального энергоснабжения небольшихудаленных объектов, что особенно важно для агропромышленных комплексов (АПК). Привыборе источников энергии следует иметь в виду их качество, оценивающееся долейэнергии, которая может быть превращена в механическую работу. Возобновляемыеисточники энергии по их качеству условно делятся на три группы:
— источники механической энергии довольно высокогокачества: около 30% — ветроустановки, 60% — гидроустановки, 75% — волновые иприливные станции;
— источники тепловой энергии с качеством не более 35% — прямое или рассеянное солнечное излучение, биотопливо;
— источники энергии, использующие фотосинтез ифотоэлектрические явления, имеют различное качество на разных частотахизлучения; в среднем КПД (коэффициент полезного действия) фотопреобразователейсоставляет примерно 15%. Далее, характеризуя возможности различныхвозобновляемых энергетических ресурсов (ЭР), уделим особое вниманиецелесообразности их развития и использования в энергобалансе республики./>/>/>
1. Использование солнечной энергии в РеспубликеБеларусь
Для всей территории республики поступление солнечной энергиисоставляет около 208∙1012 кВт∙ч в год или 256∙109т у. т. при планируемом потреблении в 2020 г. всех видов ТЭР (топливно-энергетические ресурсы) 32,8∙106 т у. т. Это в 7800 раз превышаетпотребность нашей республики в энергоресурсах и говорит о больших потенциальныхвозможностях гелиоэнергетики. На нашей планете за счет естественных процессов ипроизводственно-хозяйственной деятельности человека происходит преобразованиесолнечной энергии в другие виды. Общая схема этих процессов приведена на рис.1.
/>
Рис.1. Преобразование солнечной энергии.
Способы утилизации солнечной энергии можно разделить на трибольшие группы:
1)прямое преобразование солнечной энергии в тепловую иэлектрическую;
2)непрямое преобразование — использование энергии ветра,морских волн, океанских течений, температурного перепада океанов и т. д.;
3)биологическое преобразование — сжигание биомассы,газификация городских и сельскохозяйственных отходов и т. д.
Для территории Беларуси свойственна относительно малаяинтенсивность солнечной радиации и существенное изменение её в течение суток игода. В этой связи необходимо отчуждение значительных участков земли для сборасолнечного излучения, весьма большие материальные и трудовые затраты. Пооценкам, для обеспечения потребностей Беларуси в электроэнергии при современномтехнологическом уровне требуемая площадь фотоэлектрического преобразованиясоставляет 200-600 км2, то есть 0,1 – 0,3 % площади республики.Появились предложения об использовании территории Чернобыльской зоны длястроительства площадок солнечных и ветровых электростанций. Для нашейреспублики реально использование солнечной энергии для сушки кормов, семян,фруктов, овощей, подъёма и подогрева воды на технологические и бытовые нужды. Врезультате возможная экономия ТЭР оценивается всего в 5 тысяч тонн условноготоплива в год (тыс. т у. т. / г.). В республике начат выпускгелиоводонагревателей и уже накоплен некоторый опыт в их эксплуатации.
Тепловая энергия
Механическая
энергия Электрическая энергия Электрическая энергия
Тепловая и электрическая
энергия Синтетическое
топливо
Тепловая энергия
Биогаз Мускульная энергия 1.2Тепловые гелиоустановки
Наиболее простым способом использования солнечной энергиидля бытовых и промышленных нужд является ее преобразование в тепловую энергию.Тепловая гелиоустановка включает в себя:
— приемник, в котором происходит поглощение ипреобразование солнечного излучения в тепловую энергию;
— передающее устройство с теплоносителем;
— теплоаккумулятор и другие элементы.
В качестве приемника используют коллекторы различных типов иконструкций. В основе функционирования плоского коллектора лежит парниковыйэффект. Плоские коллекторы предпочтительны при нагреве теплоносителя дотемпературы не выше 100 оС, а эффективность их работы зависит отсветопропускающих и теплоизолирующих свойств покрытия, а также поглощающихсвойств нагреваемого тела. Тепловая гелиоустановка с плоским коллектором дляобеспечения более надежного теплоснабжения должна оборудоваться тепловымаккумулятором. Концентрирующие коллекторы используют в случаях, когда требуетсяполучить температуру нагрева более 100 оС. Объемные коллекторыиспользуют солнечное излучение для нагрева больших объемов воздуха, воды,почвы, строительных конструкций и других поглотителей тепла. Для объектов АПКиспользование тепловых гелиоустановок очень перспективно. Установка небольшоймощности с площадью коллектора до 10 м2способнаобеспечивать горячей водой отдельно стоящий сельский дом с семьей 4 — 5 человекс апреля по октябрь. В отопительный период применение таких установок, а такжеобъемных коллекторов, позволит существенно снизить затраты топлива дляотопления здания.
2. Биоэнергетика 2.1Общиесведения
Биоэнергетика — это наука, изучающая механизмы изакономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов,энергетические процессы в биосфере. Биомасса — общая масса растений,микроорганизмов и животных, приходящаяся на единицу площади или объема ихобитания. Численно она выражается в массе сырого или сухого вещества (кг/м2;кг/га; кг/м3 и т. д.). Биомассу растений называют фитомассой,животных организмов — зоомассой. В Государственной программе вопросамиспользования фитомассы, коммунальных отходов, отходов растениеводства,получения биогаза, топливного эталона и биодизельного топлива в качествевозобновляемых ТЭР уделяется серьезное внимание. Общий годовой объем использованияв Республике Беларусь этих энергоресурсов к 2010 г. оценивается примерно в 113 тыс. т у. т., а потенциальный запас составляет более 3,7 млн. т у.т. Эти цифры не учитывают использование древесного топлива, отходов деревообработкии лигнина в качестве топлива, потенциальный запас которых оценивается примернов 7,58 млн. т у. т. Годовое использование к 2010 г. этих видов энергоресурсов планируется в объеме около 3,1 млн. т у. т. [10].
/>
Рис.2. Система биоэнергетики/>/>/> 2.2Биомасса — аккумулятор солнечной энергии
/>/>/>/>/>/>Вреспублике Беларусь разрабатываются идеи использования биомассы растений,выращиваемых специально для энергетических целей, или сельскохозяйственныеотходы и отходы других производств, используемых в качестве источника энергии,особенно для производства жидких топлив, а также для выработки электроэнергии.В качестве биотоплива для обогрева, например, парников, давно используютсясоломинистый навоз, растительные остатки, торф, древесные опилки. Биомасса является важным источником для полученияхимических продуктов (глицерола, фурфурола, сорбитола, манитола). По мереувеличения стоимости нефтехимического сырья растет интерес к использованию вкачестве сырья биомассы. В некоторых случаях спирт, полученный путемферментации зерна, конкурирует с синтетическим спиртом, произведенным изэтилена.
Системы производства и использования биомассы имеютследующие преимущества:
· способность к накоплению энергии для использования ее влюбое удобное время;
· возобновляемость;
· опора на уже имеющуюся в наличии технологию при минимумекапитальных затрат;
· возможность их создания с помощью наличных ресурсов рабочейсилы и материалов;
· умеренные цены;
· экологическая безвредность и безопасность;
· не увеличивается количество атмосферного углекислого газа.
Вместе с тем эти системы имеют и свои проблемы, а именно:
· конкуренция со стороны других вариантов использованияземель;
· потребность в земельных площадях;
· неопределенность в отношении эксплуатационных показателей наначальной стадии;
· потребность в удобрениях, почве и воде.
Системы биомассы принесут существенные выгоды в области развитиясельского и лесного хозяйств, улучшения структуры землепользования и разработкитехнологии биоэнергетики. Существуют различные энергетические способыпереработки биомассы:
· биохимические (спиртовая ферментация, анаэробная илиаэробная переработка, биофотолиз);
· термохимические (прямое сжигание, газификация, пиролиз);
· агрохимические (экстракция топлива).
С помощью биохимического способа энергию получают изосадков сточных вод, городских отходов и твердых отходов жизнедеятельностиживотных. Для переработки отходов сельскохозяйственного производства и, преждевсего, навоза и навозных стоков животноводческих предприятий, особенно актуаленанаэробный процесс. При анаэробном метановом сбраживании навоза решаютсятри важные задачи. Первая состоит в том, что производится хорошийэнергоноситель — биогаз, который даже без очистки от примесей имеетэнергосодержание от 20 до 25 МДж/м3 (в среднем принимается 23 МДж/м3).Второй полезный эффект — экологический. В сброженной массе оказываютсяпрактически обезвреженными семена сорняков и в значительной степениликвидируются болезнетворные микроорганизмы. Третий выигрыш заключаетсяв том, что после анаэробной обработки получают высокоэффективное органическоеудобрение повышенной биологической активности. При этом его удобрительнаяценность по сравнению с традиционными формами переработки (отстаивание иестественная аэрация, компостирование) даже улучшается, т. к. потери основныхпитательных веществ (N, Р, К) невелики. Переработка навоза осуществляется вбиогазовых установках (БГУ). Например, в Беларуси уже 30 лет назад существовалатакая установка на станции аэрации в г. Минске в микрорайоне Шабаны. Принципы,лежащие в основе работы биогазовых установок, очень просты. Органические отходыразлагаются в закрытых реакторах под воздействием метаногенных бактерий,образуя метан, используемый для приготовления пищи и освещения. При этом вкачестве ценного побочного продукта получают удобрение. Существует три режимаброжения — психрофильный (Т = 15...25 °С), мезофильный (Т = 30...40 °С) итермофильный (Т = 45...55 °С). В процессе анаэробного брожения степеньразложения органического вещества навоза не превышает 47 %. Удельный расходэнергии на получение 1м3 биогаза для термофильного режима равен 5,5кВт∙ч, что в 1,5 раза превышает энергозатраты для мезофильного режима(3,7 кВт∙ч/м3).
Упрощенная схема БГУ приведена на рис. 3