|
|
Главная страница -> Технология утилизации
Новая страница 1. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.Н.А. Рустамов, кандидат физико-математических наук, К.В. Чекарев (Лаборатория возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова) Использование тепла солнечного излучения для бытовых и производственных целей Преобразование энергии солнечного излучения в тепло, которое может быть либо сразу потреблено, либо использовано для получения электричества (по термодинамическому циклу, в котором тепловая машина приводит в движение электрогенератор), в силу своей простоты является достаточно доступным способом энергообеспечения потребителей различных уровней. Интерес к этому направлению использования энергии солнца в последние годы растет во всем мире. Известно, что солнечная энергия, преобразованная в тепловую, широко используется для бытовых целей, отопления и горячего водоснабжения, подогрева воды в бассейнах. Установки, применяемые для этих целей, содержат в качестве основной части солнечный коллектор, который работает по принципу парникового эффекта. Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент связан с теплопроводящей системой. Установку отличает простота конструкции и монтажа. С появлением коммерчески выгодных технологий за последние годы системы отопления и горячего водоснабжения с использованием солнечных коллекторов стали широко распространяться. Особенно активно эти технологии развиваются в странах Евросоюза, экономика которых испытывает существенную зависимость от импортируемого топлива, в связи с чем использование любых возобновляемых источников энергии всячески стимулируется правительствами. Обобщающим показателем развития этого направления может служить суммарная площадь солнечных коллекторов. В Европе на 2000 г. она составляла 14891000 м2, а во всем мире — 71341000 м2. Однако использование тепла, получаемого от солнечного излучения, не нашло широкого распространения в промышленности. Основной причиной этого, как и для всей возобновляемой энергетики, являлись низкие цены на ископаемое топливо, державшиеся в течение длительного времени, вследствие чего не было реальных причин для стимулирования развития альтернативной энергетики. Для оценки состояния дел с использованием в промышленности тепла, получаемого от солнца, Международным энергетическим агентством был разработан проект Task 33/1 Y, в котором участвовали 16 институтов и 11 компаний из восьми стран. Целью проекта была разработка солнечных станций, производящих тепло для промышленных целей. Ниже приводятся некоторые результаты, полученные в ходе выполнения проекта. Отрасли промышленности и производственные процессы, в которых может быть использовано тепло,получаемое от солнечных установок Отрасли Производствен- ные процессы Интервалы температур, °C Пищевая сушка мойка пастеризация стерилизация 30-90 40-80 80-100 140-150 Текстильная мойка отбеливание окрашивание 40-80 60-100 100-160 Химическая кипячение дистиллирование 95-105 110-300 В настоящее время в мире имеется порядка 85 солнечных установок, вырабатывающих тепло для производственных процессов, с общей площадью солнечных коллекторов 38500 м2. Наибольшее количество установок работает в пищевой (28%), текстильной (12%) и химической (10%) промышленности. В таблице приводятся сведения о возможностях использования тепла, получаемого от солнечных установок, в некоторых отраслях промышленности. Как видно из таблицы, наибольшее количество производственных процессов, в которых используется низкотемпературная вода (30-90°С), применяется в пищевой и текстильной промышленности, и они имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов. Данные таблицы также говорят о том, что существуют производственные процессы, для которых требуемая температура лежит в интервале 80- 250°С. Одна из задач проекта Task 33/1 Y заключалась в разработке солнечных коллекторов, перекрывающих этот интервал температур. Существуют различные возможности повышения температур плоских коллекторов до 80-120°С. Добиться этого можно за счет уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума. Дальнейшее повышение температур возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с небольшим коэффициентом концентрации (порядка 2-3) с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких температур требуются более сильные концентраторы и устройство слежения по одной координате. В рамках упомянутого выше проекта было разработано 23 варианта установок с солнечными коллекторами, в частности установка для обогрева промышленных цехов. Промышленные цеха часто имеют высоту 5-10 м, а требуемые значения температуры внутри них лежат в интервале 15-18°С. Небольшие температуры и простота схем включения солнечных коллекторов делают их идеальными для этих целей. Рис. 1. Система солнечных коллекторов, нагревающих воду для мытья контейнеров. Барселона, Испания. Установки для получения воды для мытья в пищевой промышленности и на транспорте из-за низких температур (40-90°С) аналогичны крупномасштабным установкам, которые используются для отопления жилых помещений и подачи горячей воды. Одна из демонстрационных систем в рамках проекта Task 33/1 Y была реализована в транспортном секторе. Испанская фирма Contank вблизи Барселоны занимается мойкой контейнеров для транспортировки по железной дороге жидких продуктов. Требуемая для этого температура воды находится в интервале 70-80°С. В день компания расходует 70-80 м3 воды, температура которой доводится до необходимой величины с помощью газовых нагревателей. Заменяющая их солнечная установка (рис. 1) состоит из солнечных коллекторов площадью 510 м2 и накопителя емкостью 40 м3. Стоимость такой установки составляет 14300 евро, при существующих ценах на газ она окупится за 10 лет. Для интервала температур 120-250°С требуются концентраторы с системой слежения по одной координате. В Египте объявлен тендер на строительство возле Каира солнечной установки с параболоцилиндрическими концентраторами для получения 1.3 т пара в час. Установка состоит из четырех рядов параболоцилиндрических зеркал площадью 1900 м2. Таким образом, несмотря на то, что применение солнечных установок для промышленных целей находится практически на начальной стадии, существует большой потенциал их использования. Для этого созданы достаточно дешевые технологии, простые в эксплуатации. Дальнейшие исследования, проводимые с целью увеличения интервала получаемых температур, должны привести к расширению области применения подобных солнечных установок в промышленности. Преобразование солнечного излучения по термодинамическому циклу В развитии этого направления преобразования солнечного излучения, в отличие от предыдущего, наблюдался почти десятилетний застой. Одной из причин этого может быть то, что солнечные электростанции оказались конкурентами электростанций, занимающихся централизованными поставками электроэнергии и работающих на традиционном и атомном топливе. Исследование и разработка солнечных тепловых станций, работающих по термодинамическому циклу, получили развитие в связи с нехваткой топлива и сложным политическим положением на Ближнем Востоке во время первого нефтяного кризиса 70-х гг. Тогда наиболее перспективным направлением казалось создание станций с паротурбинными установками, применяемыми на обычных тепловых станциях. Вместе с тем при разработке солнечных станций приходилось учитывать особенности солнечного излучения как источника энергии: средняя плотность потока при нормальном падении не превышает 1 кВт/м2, поступление энергии происходит циклично из-за смены дня и ночи, а также неравномерно из-за облачности. Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н.В. Линицким в 30-х гг. Тогда же им была предложена схема солнечной станции, которую сейчас принято называть схемой с центральным приемником, или башенной. В ней система улавливания падающей солнечной радиации состояла из поля гелиостатов — плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Каждый гелиостат отражает лучи солнца на поверхность центрального приемника, который для устранения влияния взаимного затенения поднят над полем гелиостатов. Таким образом, солнечная энергия передается приемнику, расположенному в верхней части башни, оптическим способом. По своим размерам и параметрам приемник аналогичен паровому котлу обычного типа. Экономические оценки показали целесообразность использования на таких станциях крупных турбогенераторов мощностью 100 МВт. Для них типичными параметрами являются температура 500°С и давление 15 МПа. С учетом потерь для обеспечения таких параметров требовалась концентрация порядка 1000. Такая концентрация достигалась с помощью управления гелиостатами по двум координатам. Станции должны были иметь тепловые аккумуляторы для обеспечения работы тепловой машины при отсутствии солнечного излучения. Рис. 2. Солнечная станция башенного типа, построенная в Калифорнийской пустыне, США. В США было построено несколько станций башенного типа мощностью от 10 до 100 МВт (рис. 2). Подробный экономический анализ систем этого типа показал, что с учетом всех затрат на сооружение 1 кВт установленной мощности стоит примерно 1150 долл. Электроэнергия, вырабатываемая этими станциями, оказалась существенно дороже вырабатываемой на станциях, работающих на других источниках энергии. С целью создания станций, которые производили бы более дешевую электроэнергию, была предложена схема с параболоцилиндрическими отражателями, позволяющими отказаться от принципа единого приемника солнечной энергии и ввести распределенный приемник, который совмещается с фокальной линией параболоцилиндрических зеркал. Поскольку приемник расположен вблизи отражателя, можно осуществлять установку зеркал с меньшей точностью и по одной координате. Американо-израильской фирмой «ЛУЗ» были разработаны и стали серийно выпускаться станции мощностью 80 МВт. С 1984 по 1991 гг. в Калифорнийской пустыне было построено девять станций общей мощностью 354 МВт. При строительстве десятой станции в 1992 г. фирма обанкротилась, после чего несколько раз меняла владельца. В феврале 2005 г. все станции, кроме двух первых, были куплены одной из крупнейших фирм-производителей генераторов для ветроэнергетических установок. Станции фирмы «ЛУЗ» были модульного типа и состояли из параболоцилиндрических зеркал длиной 50 м, расположенных рядами через 7 м. Солнечное излучение фокусировалось на приемнике, представлявшем собой находящуюся в фокальной линии зеркала трубку с поглощающим покрытием. Внутри приемника помещалось минеральное масло, которое нагревалось до температуры 300-390°С. Теплоноситель поступал в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором. Стоимость электроэнергии, получаемой на таких станциях, ненамного превышала стоимость электроэнергии тепловых станций. Таким образом, впервые была показана возможность создания солнечных станций, работающих по термодинамическому циклу и производящих электроэнергию, сравнимую по стоимости с электроэнергией, вырабатываемой станциями на других видах топлива. В станциях с параболоцилиндрическими отражателями, в отличие от станций башенного типа, нет центрального приемника, но получаемое от солнца тепло используется для работы одной тепловой машины. Вместе с тем существует возможность создания станций модульного типа, в которых электроэнергия производилась бы тепловыми двигателями относительно небольшого размера с использованием тепла, собираемого с помощью сравнительно небольших отражательных систем. Поскольку в этом случае конструкция имеет небольшие размеры, процесс слежения за солнцем упрощается. Основная проблема при создании таких станций заключается в разработке подходящих тепловых двигателей. Одним из направлений создания таких двигателей была разработка двигателя Стирлинга, который мог бы работать в составе солнечных станций. Двигатель Стирлинга представляет собой машину, в которой рабочее тело (гелий или водород) постоянно находится в замкнутом пространстве внутри двигателя. Одна область цилиндра двигателя нагревается, а другая охлаждается. В рабочем цилиндре расположены два поршня — рабочий и вспомогательный. С помощью вспомогательного поршня рабочее тело переводится либо в нагреваемую область, либо в охлаждаемую. В нагреваемой части газ расширяется и совершает работу, сдвигая рабочий поршень. Когда рабочий поршень достигает мертвой точки, с помощью вспомогательного поршня рабочее тело переводится в охлаждаемую область, при этом давление газа падает, и рабочий поршень возвращается в исходное положение. Двигатель Стирлинга, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, называют двигателем внешнего сгорания, поскольку тепло к нему подводится извне. Двигатели Стирлинга могут использовать жидкое топливо, которое сгорает вне двигателя, однако они могут работать от тепла любого происхождения, и поэтому рассматриваются как возможный вариант тепловых машин для солнечных станций. Рис. 3. Солнечная мини-станция, состоящая из шести приемников с двигателями Стирлинга. Штат Аризона, США. В последние два десятилетия интерес к двигателям Стирлинга возродился. Были разработаны и построены двигатели Стирлинга, работающие на подводных лодках в качестве основных двигателей. Многими фирмами проводятся работы по созданию двигателей Стирлинга для солнечных станций (рис. 3). Примером перспективности создания солнечных станций с двигателями Стирлинга может служить следующая информация. Крупная компания из штата Калифорния (США) 11 августа 2005 г. заключила контракт с фирмой Stirling Energy System, Inc., разрабатывающей модульные установки к солнечным станциям, на строительство солнечной станции мощностью 500 МВт. Станция состоит из группы модульных установок, расположенных на площади 1823 га. Отдельный модуль содержит зеркальный параболический отражатель, состоящий из 82 прямоугольных частей, т.е. параболическое зеркало как бы разрезано вертикальными и горизонтальными линиями. Очевидно, это сделано для того, чтобы уменьшить ветровую нагрузку. Параболический отражатель крепится на трубчатой конструкции и закреплен на вертикальной штанге диаметром 457 мм. Вся конструкция управляется по двум координатам при слежении за солнцем. В фокусе отражателя на кронштейне закреплен двигатель Стирлинга таким образом, чтобы область нагрева находилась в фокусе отражателя. Диаметр параболического зеркала — более 11 м. В качестве рабочего тела в двигателе используется водород. Электрическая мощность каждого модуля — 25 кВт. Первая станция мощностью 1 МВт должна быть построена в начале 2007 г. Она будет состоять из 40 модулей. Установка 20000 модулей для станции мощностью 500 МВт начнется в 2008 г. Станция будет расположена в 112 км от Лос-Анджелеса. В настоящее время на полигоне компании в Нью-Мексико работают шесть таких модулей, которые успешно прошли испытания в течение 26000 часов. Подписанный контракт является самым крупным коммерческим договором на строительство солнечных станций. Производимая станцией электроэнергия будет стоить меньше 10 центов за 1 кВт • ч. Таким образом, учитывая сказанное выше, можно сделать следующее заключение о состоянии направления преобразования солнечного излучения в тепло и перспективах его использования. Преобразование солнечного излучения в тепло с помощью плоских солнечных коллекторов для бытовых нужд становится обычной практикой для многих районов мира. Использование тепла, получаемого с помощью солнечных коллекторов, для промышленных целей находится в начальном состоянии, однако существуют соответствующие технологии и условия для успешного развития данного направления Получение тепла от солнечного излучения и преобразование его в электричество по термодинамическому циклу, начавшееся в 70-х гг., начинает постепенно выходить из застоя, наблюдавшегося в последнее десятилетие, и имеет хорошие перспективы с появлением новых технологий.
Основной полугосударственной структурой, решающей вопросы перспектив развития энергетики в Германии, является Немецкое энергетическое агентство (DENA). На ганноверском форуме World Energy Dialogue глава агентства Штефан Колер дал развернутую характеристику перспектив развития энергетики в России и в Германии. – Господин Колер, как развивается сейчас сотрудничество между DENA и Россией? – DENA работает с Россией на трех уровнях: на государственном уровне существует рабочий кружок «Энергетическая эффективность», который был создан федеральным Министерством экономики и технологий и российским Минпромэнерго. В его рамках мы развиваем проекты по теме «Энергоэффективность» на всех этапах – добыча энергии, ее транспортировка, преобразование и применение энергии. DENA председательствует с немецкой стороны в этом рабочем кружке. В этой связи я участвовал по приглашению комитета Думы по энергетике в декабре в круглом столе по актуальным вопросам энергоэффективности и энергосбережения. Второй уровень – это организация доступа к информации и ноу-хау. В этих целях мы создали совместную российско-германскую интернет-платформу. Мы разрабатываем, например, идеи для повышения энергоэффективности, издаем справочники по этой теме. Третий уровень касается конкретных проектов, которые мы разрабатываем и претворяем в жизнь. К ним относится, в частности, проект энергетической эффективности в жилищной сфере, в ЖКХ и в области создания возобновляемых энергетических технологий. В последнем случае речь идет об использовании ветровой энергии в Сибири. Дальнейший центр тяжести лежит в нашей деятельности в сфере реализации механизма совместного осуществления (Joint Implementation). В этой области имеется большой потенциал и соответственно большой интерес со стороны как российской, так и немецкой стороны в отношении осуществления здесь конкретных проектов. Так, мы разработали некоторые проекты и ищем среди них немецких партнеров для их осуществления. – В российской Думе прошла дискуссия о законе о возобновляемой энергии. Какие шансы вы видите для развития возобновляемой энергетики в России? – Что касается ведущейся в России дискуссии о новом законе об возобновляемой энергетике, то мы были приглашены думским комитетом по энергетике для участия в круглом столе по актуальным вопросам энергоэффективности и энергосбережения. Я думаю, что это хорошее начало. Однако мы видим и потребность в приспособлении соответствующего законодательства к конкретным условиям, если речь заходит о России и Германии. Ведь мы не можем автоматически переносить на российскую почву немецкие законы. Германия значительно меньше России и имеет другие структуры. Поэтому нельзя переносить немецкое законодательство на российскую почву в масштабе 1:1. Но мы усматриваем особую необходимость в отношении создания структур, на базе которых будет основываться новый закон об энергетике. Причем возобновляемые источники энергии (ВИЭ) должны различаться в плане производства электроэнергии, тепла и горючего для транспорта. Надо сказать, что уровень использования ветровой энергии для производства электроэнергии в настоящее время еще очень низок. Это объясняет и недостаточную пока конкурентоспособность ветровой энергии в плане энергоэффективности во многих областях по сравнению с другими видами энергии. Поэтому в новом законе необходимо использовать имеющийся мировой стандарт, касающийся различных видов ВИЭ. Мы считаем, что в новом законе о ВИЭ должны быть разработаны льготы, касающиеся торговли энергетическими установками. Желательно, чтобы в данном случае закон не ограничивался только возобновляемыми источниками энергии, как в Германии, но и распространялся на другие технологии. В особенности это касается ТЭЦ, которые в России можно широко применять благодаря наличию обширной сети теплоснабжения. – В Германии закон о ВИЭ существует уже давно, и вы познакомились как с положительными, так и с отрицательными сторонами действующего закона. – Идея и смысл этого закона состоит в том, что он создает определенные льготы для инвесторов, причем на длительный срок – на 20 лет. Это льготы по условиям продажи электроэнергии, и они калькулируются и реализуются без бюрократических проволочек. Это положительная сторона. Альтернативой было бы стимулировать инвестиционную составляющую. Но мы заинтересованы в том, чтобы электростанции, использующие ВИЭ, произвели как можно больше электроэнергии. Поэтому правильным является содействие производству. А недостатки тоже связаны со льготами. Дело в том, что давление финансовой составляющей на производителя не так велико, как в условиях свободной конкуренции. Но преимущества, на мой взгляд, все-таки преобладают над недостатками. Поэтому мы и России предлагаем подобную систему. – Что можно улучшить в этом законе? – Сейчас начинается дискуссия по этому вопросу, которая сводится к тому, что мы должны закон о возобновляемой энергии приспособить к климатическим условиям в Германии. Например, мы активно стимулируем сейчас развитие солнечной энергетики. Но мы видим, что Германия не такая уж богатая солнцем страна. Здесь можно производить солнечную энергию не более 1000 часов в год. А ведь в южной стране можно было бы производить в три раза больше электроэнергии с помощью солнечных электростанций. Поэтому надо применять те виды ВИЭ и технологии, которые наиболее эффективны для конкретного региона. Возьмем пример Эстонии, располагающей значительными запасами некондиционной древесины. Сейчас значительная часть подобной древесины поступает для энергопроизводства в Германию, поскольку здесь предоставлены значительные льготы. А правильнее было бы, чтобы она использовалась на месте, в Эстонии. Немецкое энергетическое агентство (DENA) Общество с ограниченной ответственностью «Немецкое энергетическое агентство» (DENA) было учреждено осенью 2000 года в Берлине государством (50%), представленным федеральным Министерством экономики и технологий, федеральным Министерством транспорта, строительства и урбанизации, федеральным Министерством по делам окружающей среды, охраны природы и атомной безопасности, а также банковской группой KfW (50%). Его основными целями является решение задач по эффективному и экологичному производству, преобразованию и потреблению энергии, а также перспективному развитию энергосистем с учетом более широкого использования возобновляемых источников энергии. Агентство выступает в роли инициатора, координатора и организатора инновационных проектов, проводимых на федеральном и международном уровнях. Агентство информирует конечных потребителей, сотрудничает со всеми политическими, экономическими и общественными силами и разрабатывает стратегические концепции по перспективному развитию энергоснабжения. В числе последних проектов агентства – разработка и введение общефедерального энергопаспорта зданий, планирование интеграции в энергетическую сеть электроэнергии, вырабатываемой ветряными электростанциями на территории ФРГ и на морском шельфе, на период до 2020 года, проекты, реализуемые в России, Румынии, на Украине и в Китае по механизмам совместного осуществления (Joint Implementation) и чистого развития (Clean Development mechanism, CDM), энергоэффективное санирование нежилых помещений, немецко-китайское сотрудничество по рациональному использованию топливных ресурсов, направленное на более широкое использование биотоплива, синтетического топлива и водорода в транспортом секторе КНР. Источник Вывоз мусора помните и утилизация отходов Этанол против нефти – геополитич. О практических путях повышения э. Стан впровадження приладів облік. Опыт применения поршневых двигат. Выравнивание относительных цен и естественные монополии. Главная страница -> Технология утилизации Экологически чистая мебель: |
