Статус технологий с использованием чистой энергии Учебный курс: анализ проектов, использующих чистую энергию Ветровые турбины Дом с пассивной отопительной солнечной системой Фото: Nordex Gmbh Фото: Mc. Fadden, Pam DOE/NREL © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Цель • Информировать о технологиях с использованием возобновляемой энергии (RETs) и энергоэффективных мероприятиях 4 Рынки 4 Стандартное применение Генерирование электроэнергии с помощью древесных отходов Фото: Warren Gretz, NREL PIX Водяное отопление с помощью солнечной батареи и фотоэлементов Фото: Vadim Belotserkovsky © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Определения Энергоэффективность Технологии, использующие чистую энергию 4 Использование меньшего количества энергоресурсов для удовлетворения тех же потребностей Возобновляемая энергия 4 Использование неистощимых природных ресурсов для удовлетворения потребности в энергии Супер-изолированный дом с использованием пассивного солнечного отопления Фото : Jerry Shaw © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Причины использования чистых энерготехнологий 4 Изменение климата 4 Местное загрязнение • Экономические 4 Затраты в течение срока службы 4 Истощение запасов топлива Энергия ветра: затраты на производство электроэнергии 40 Стоимость электроэнергии (ц. US/к. Втч) • Экологические 30 20 10 0 • Социальные 4 Новые рабочие места 4 1990 2000 Годы Истоник: National Laboratory Directors for the U. S. Department of Energy (1997) Уменьшение оттока местных $$$ 4 1980 Рост спроса на энергию (x 3 к 2050) © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Общие характеристики технологий с использованием чистой энергии • По отношению к обычным технологиям: 4 Как правило выше первоначальные затраты 4 Эксплуатационные затраты обычно ниже 4 Безопаснее для окружающей среды 4 Часто рентабельно на основе затрат за срок службы © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Общие затраты на производство энергии или на потребляющую систему • Общие затраты на приобретение • Общие затраты = затраты на приобретение + ежегодные затраты на топливо, эксплуатацию и ТО + затраты на капитальный ремонт + стоимость полной ликвидации + затраты на финансирование + и т. д. © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Технологии производства электроэнергии от возобновляемого источника © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Энергия ветра Технология и применение • Нужен хороший ветер Лопасти винта Ветер Обтекатель с редуктором и генератором Высота оси ветровой турбины Ветер (>4 м/с @ 10 м) 4 Прибрежные зоны, выступающие склоны гор, открытые равнины 4 • Применение: Колонна Центральная сеть Warren Gretz, NREL PIX Изолированная сеть Phil Owens, Nunavut Power Автономное энергоснабжение Southwest Windpower, NREL PIX © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Рынок энергии ветра Ежегодная установка ветряков по всему миру 8 000 7 000 (~20, 6 миллионов домов @ 5 000 к. Вт/дом/год и 30% коэффициент нагрузки 4 000 Германия: Испания: США: Дания: 3 000 7 000 83 000 МВт к 2007 (прогноз) 6 000 5 000 14 600 МВт 6 400 МВт 3 100 МВт 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 1988 1987 1986 1985 0 1984 0 1983 МВт 8 000 Установленная мощность по всему миру (2003): 39 000 МВт Источник: Danish Wind Turbine Manufacturers Association, BTM Consult, World Wind Energy Association, Renewable Energy World © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Мини-ГЭС Технология и применение • Типы проектов: КОМПОНЕНТЫ ГИДРОУЗЛА режим реки Дамба Верхний бьеф 4 Водохранилище 4 Естественный • Применение: Водослив 4 Центральная сеть 4 Изолированная сеть 4 Автономное энергоснабжение Трубопровод Турбина Френсиса ЛЭП Генерато р Турбина Отсасывающая труба Нижний бьеф © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Рынок мини-ГЭС • • 19% электроэнергии во всем мире производится с помощью больших и малых ГЭС В мире: 4 • 4 Китай: 4 4 • 4 43 000 существующих ГЭС (мощность электростанции< 25 МВт) Установлено 19 000 МВт Еще 100 000 МВт экономически выгодно Европа: 4 • Установлено 20 000 МВт (мощность электростанции < 10 МВт) Прогноз: от 50 000 до 75 000 МВт к 2020 4 Установлено 10 000 МВТ Еще 4 500 МВт экономически выгодно Канада: 4 4 Установлено 2 000 МВТ Еще 1 600 МВт экономически выгодно Источник : ABB, Renewable Energy World, and International Small Hydro Atlas Мини-ГЭС © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Фотоэлектрическая система (ФЭ) Технология и применение ФЭ батарея Домашняя система с ФЭ Центр. ФЭ система источник стабилиз. энергопитания Счетчик Распред. энергия Счетчик Фото: Tsuo, Simon DOE/NREL Электр. сеть батарея свет Водяной насос на ФЭ Здание с ФЭ, подсоединенное к сети Фото: Strong, Steven DOE/NREL © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Рынок фотоэлектрических систем Ежегодная установка ФЭ систем по всему миру 800 700 800 Установленная мощность по всему миру (2003): 2 950 МВт 700 (~1, 2 миллионов домов @ 5 000 к. Втч/дом/год) 600 32% увеличение снабжения в 2003 500 400 300 200 100 p МВт 600 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 1988 1987 0 1986 0 Источник: PV News © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Комбинированное производство тепла и электроэнергии (КПТЭ) • Одновременное производство двух или более видов используемой энергии от одного источника (также называется «когенерация» ) Коэффициент использования тепла (55/70) = 78, 6% Отработавший газ 15 единиц Общий КПД ((30+55)/100) = 85, 0% Тепло 55 единиц Парогенераторрекуператор Тепло + отработавшие газы Топливо 100 единиц 70 единиц Энергосистема Тепловая нагрузка Электроэнергия 30 единиц Генератор Силовая нагрузка © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Комбинированное производство тепла и электроэнергии Применение, топливо и оборудование Различное применение Разные виды топлива Цикл сбора газа из органических отходов трубопроводная система для улавливания БГ производство пара процесс Компрессор охлаждающее фильтр сушильное Устройство производство электроэнергии факел Биомасса для КПТЭ Фото: Gretz, Warren DOE/NREL Фото: Gaz Metropolitan Различное оборудование Поршневой двигатель для электроснабжения Фото: Rolls-Royce plc © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Комбинированное производство тепла и электроэнергии Применение • • Одиночные здания Коммерция и промышленность Несколько зданий Районные энергосистемы (например, жилые комплексы) • Промышленные процессы КПТЭ в Ратуше г. Киченер Фото: Urban Ziegler, NRCan Система КПТЭ с использованием биогаза для центрального отопления, Швеция Фото: Urban Ziegler, NRCan Микро-турбина в теплице Фото: Urban Ziegler, NRCan © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Комбинированное производство тепла и электроэнергии Виды топлива • Возобновляемые виды топлива 4 4 4 4 древесные отходы Газ из органических отходов (ГОО) Биогаз С/х побочные продукты Сухое измельчённое волокно Целевые урожаи И т. д. Биомасса для КПТЭ Фото: Gretz, Warren DOE/NREL Геотермальный гейзер • Органическое топливо 4 4 4 Природный газ Дизель И т. д. • Геотермальная энергия • Водород Фото: Joel Renner, DOE/ NREL PIX © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Комбинированное производство тепла и электроэнергии Оборудование и технологии • Охлаждающее оборудование 4 4 4 Компрессоры Абсорбционные холодильники Естественное охлаждение • Производство энергии 4 4 4 Газовая турбина с комбинирвоанным циклом Паровая турбина Поршневой двигатель Топливный элемент И т. д. Газовая турбина Фото: Rolls-Royce plc • Нагревательное оборудование 4 4 Котлы Регенерация отходящего тепла Охлаждающее оборудование Фото: Urban Ziegler, NRCan © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Комбинированное производство тепла и электроэнергии Рынок Регион Мощность Примечание Канада 12 ГВт В основном в целлюлозно-бумажной и нефтяной отраслях США 67 ГВт Быстро растет, поддержка правительства для ПТЭ Китай 32 ГВт В основном ПТЭ из угля Россия 65 ГВт Около 30% электроэнергии за счет ПТЭ Германия 11 ГВт Растущий рынок муниципального ПТЭ Великобрита ния 4, 9 ГВт Сильно поощряется использование возобновляемых источников Бразилия 2, 8 ГВт Ассоциируется с автономными системами Индия 4, 1 ГВт Заменяет много угольных установок Южная Африка 0, 5 ГВт Заменяет много угольных электростанций По всему миру 247 ГВт Ожидается рост до 10 ГВт в год Source: World Survey of Decentralized Energy 2004, WADE © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Возобновляемая энергия Нагревательные и охлаждающие технологии © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Отопление с помощью биомассы Технология и применение • Контролируемое сжигание Опилки древесины, с/х остатков, муниципальных отходов и т. д. для производства тепла Одиночные здания и/или центральное отопление Фото: Wiseloger, Art DOE/NREL Котельная Фото: Oujé-Bougoumou Cree Nation © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Отопление с помощью биомассы Рынок • Во всем мире: Сжигание биомассы обеспечивает 11% от общего предложения первичной энергии (ОППЭ) 4 Более 20 ГВтth отопительных систем, работающих за счет контролируемого сжигания 4 • Развивающие страны: 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 20 02 20 00 19 98 19 96 Новые малые установки New Installations of Small (<100 к. Вт) в системах Scale (<100 на основе отопления k. W) Biomass Heating Systems in Austria биомассы в Австрии 19 94 Тепло, энергия, деревянные печи Финляндия: 19% ОППЭ Швеция: 16% ОППЭ Австрия: 9% ОППЭ Дания: 8% ОППЭ Канада: 4% ОППЭ США: 68% от всех возобновляемых 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 19 92 4 4 4 4 • Промышленные страны: Камера сгорания Фото: Ken Sheinkopf/ Solstice CREST 19 90 Приготовление пищи, отопление Не всегда надежно Африка: 50% ОППЭ Индия: 39% ОППЭ Китай: 19% ОППЭ 19 88 4 4 4 Источник Ingwald Obernberger citing the Chamber of Agriculture and Forestry, Austria Источник: IEA Statistics– Renewables Information 2003, Renewable Energy World 02/2003 © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Солнечное воздушное отопление Технология и применение • Не застекленный коллектор для предварительного нагрева воздуха • Холодный воздух нагревается, когда проходит через мелкие отверстия в металлической поглощающей поверхности (Solarwall. TM) Перфорир о ванная солнечная батарея Настенный диффузор Вентилятор Свежий воздух • Вентилятор циркулирует этот нагретый воздух по зданию © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Солнечное воздушное отопление Рынок • Предварительный нагрев Промышленные здания вентиляционного воздуха для здания с большими потребностями в свежем воздухе • Также для сушки урожая • Выгодно для новых зданий Фото: Conserval Engineering или при капитальном ремонте старых Сушка урожая Фото: Conserval Engineering © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Солнечное водяное отопление Технология и применение • Стеклянный и не застекленный коллекторы • Хранение воды (бак или бассейн) Коммерческие/государственные здания и бассейны Аквакультура – выращивание лосося © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Солнечное водяное отопление Рынок • Более 30 миллионов м 2 Жилые здания и бассейны коллекторов по всему миру • Европа: 4 Работает 10 миллионов м 2 коллекторов 4 Ежегодный рост 12% 4 Германия, Греция и Австрия 4 Цель на 2010 г. : 100 миллионов м 2 Жилые здания • Большой мировой рынок солнечных нагревателей бассейнов • На Барбадосе 35 000 систем Источник: Renewable Energy World, Oak Ridge National Laboratory Фото: Chromagen © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Пассивное солнечное отопление Технология и применение • Обеспечивает от 20 до 50% отопления пространства в отопительный сезон Лето Зима • Солнечная энергия улавливается с помощью высокоэффективных окон, выходящих лицом в сторону экватора Пассивное солнечное отопление квартир • Тепло хранится в конструкции здания • Использование затенения для уменьшения притока тепла летом Фото: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website) © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Пассивное солнечное отопление • Использование Коммерческие здания энергоэффективных окон и является пассивным солнечным отоплением. Сегодня – это общепринятая практика • Для нового строительства – не увеличивать затраты Энергоэффективные окна 4 Ориентация здания 4 Правильное затенение 4 DOE/NREL Фото: Gretz, Warren Жилые здания • Выгодно для новых зданий и при капитальном ремонте старых Фото: DOE/NREL © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Тепловой насос, использующий теплоту грунта Технология и применение Вертикальный контур • Нагревание и охлаждение пространства/воды • Электричество вырабатывается за счет парокомпрессионного цикла • Зимой тепло берется из земли, а летом возвращается в землю Горизонтальный контур © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Тепловой насос, использующий теплоту грунта Рынок Тепловой насос в жилом здании • В мире: Установлено 800 000 установок 4 Общая мощность 9 500 МВт 4 Ежегодный рост 10% 4 • США: 50000 установок ежегодно • Основные европейские рынки Швеция, Германия, Швейцария Коммерческие, государственные и промышленные здания • Канада: 30 000+ установки в жилых домах 4 3 000+ промышленных и коммерческих установок 4 Установлено 435 МВт 4 Фото: Geothermal Heat Pump Consortium (GHPC) DOE/NREL © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Другие коммерческие технологии с использованием чистой энергии • Топливо: этанол и био-дизель • Эффективные системы охлаждения • Двигатели с переменной скоростью вращения • Естественное освещение и эффективные системы освещения • Возврат тепла за счет вентиляции • Прочее Эффективное охлаждение не катке Получение с/х отходов, используемых в качестве топлива Фото: David and Associates DOE/NREL Естественное освещение и дневное освещение Фото: Robb Williamson/ NREL Pix © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Возникающие технологии с использованием чистой энергии • Солнечно-термальная энергия • Энергия, использующая тепло океана • Энергия приливов и отливов Параболоцилиндрическая солнечная электростанция Фото: Gretz, Warren DOE/NREL • Энергия океанического течения • Энергия волн • И т. д. Центральный приемник солнечной электростанции Фото: Sandia National Laboratories DOE/NREL © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Выводы • Существуют выгодные возможности Система ФЭ+энергия ветра в Parks, Канада (Северный полярный круг, 81°с. ш. ) • Много успешных примеров • Растущие рынки Фото: Michael Ross Renewable Energy Research • Есть источники возобновляемой энергии и энергоэффективные возможности Ветровая турбина на 600 к. Вт Фото: Nordex Gmbh Телефон на ФЭ Фото: Price, Chuck © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Вопросы? © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – 2005.
Скачать презентацию Статус технологий с использованием чистой энергии Учебный курс
5d4574c3c72404db716fdfc107aeb41e.ppt