Меню Закрыть

Нетрадиционная электроэнергетика: НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА • Большая российская энциклопедия

Содержание

Нетрадиционная энергетика в России. Геотермальная энергия. Ветроэнергетика. Микро-ГЭС



Нетрадиционная энергетика в РФ. Возобновляемые источники энергии. Геотермальная энергия. Ветроэнергетика. Солнечная энергетика. Микро-ГЭС.

Дефицит природных источников энергии побуждает ученых всех стран задуматься о поисках альтернативных видов энергии. К таким относятся нетрадиционные возобновляемые источники энергии – установки и устройства, использующие энергию ветра, солнца, биомасс, геотермальную энергию, а также тепловые насосы, использующие низкопотенциальное тепло, содержащееся в приземных слоях воздуха, воды, верхних слоях Земли и промышленных выбросах.

Различают три понятия потенциала нетрадиционных возобновляемых источников энергии: валовый, технический и экономический.

  • Валовый (теоретический) потенциал НВИЭ – это суммарная энергия, заключенная в данном виде ресурса.
  • Технический потенциал – это величина энергии, получаемая из данного вида энергоресурсов при существующем уровне развития науки и техники. Технический потенциал будет постоянно увеличиваться по мере совершенствования технологий.
  • Экономический потенциал – это величина энергии, получение которой из данного вида ресурса экономически целесообразно.

В настоящее время в России уже функционирует ряд электроустановок нетрадиционной энергетики: Паужетская Гео ТЭС (мощностью 11 МВт), Кислогубская приливная станция (400 кВт), до 1500 ветроустановок (мощностью от 0,1 до 16 кВт), фотоэлектрические установки (общей мощностью до 100 кВт). Ресурсы нетрадиционных возобновляемых источников энергии Россия, млн. т.у.т. в год.

На сегодняшний день в нетрадиционной электроэнергетике действует:

  • около 3000 тепловых насосов единичной мощностью от 10 кВт до 8 МВт;
  • установки солнечного теплоснабжения общей площадью солнечных коллекторов до 100 тыс. кв. м;
  • около 20 биоэнергетических установок по переработке отходов животноводства в биогаз;
  • геотермальное теплоснабжение в Дагестане, Ставропольском и Краснодарском краях в объеме 3 млн. Гкал в год;
  • четыре станции по переработке городских сточных вод с выработкой биогаза;
  • несколько мусоросжигающих заводов, вырабатывающих около тыс. Гкал в год.

Нетрадиционная энергетика в России может эффективно использоваться для энергоснабжения потребителей, прежде всего в районах, не охваченных централизованным энергоснабжением. К этим зонам относятся обширные территории России, в которых проживает около 20 млн. чел., а также отдаленные районы Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока и сельские районы в центральной части страны (Архангельская, Вологодская, Кировская, Ярославская и некоторые другие области).

Кроме того, важное значение нетрадиционная энергетика может иметь как фактор, снижающий негативное воздействие объектов большой энергетики на окружающую среду. Значительно уменьшить загрязнение атмосферы, почв и водной среды можно в результате перехода от сжигания низкосортного угольного топлива в мелких котельных к использованию нетрадиционных возобновляемых источников энергии. По предварительным оценкам объем замещения органического топлива может составить 9 и 25 млн. тонн условного топлива в год соответственно в 2000 и 2010 гг. Такие показатели можно считать положительными, однако потенциал нашей индустрии позволяет более эффективно развивать эту отрасль.

Несмотря на то, что производство электрической и тепловой энергии на основе нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) в российской электроэнергетике невелико, заинтересованность, однако, в создании новых энергоустановок нетрадиционной энергетики, как и во всем мире, непрерывно растет. В настоящее время эксплуатируются и строятся электрогенерирующие установки на возобновляемых источниках энергии региональными энергокомпаниями Камчатскэнерго, Ставропольэнерго, Комиэнерго, Дагэнерго, Калмэнерго, Каббалкэнерго, Кубаньэнерго, Колэнерго, Янтарьэнерго. Проектируются нетрадиционные электростанции в АО «Магаданэнерго», «Дальэнерго», «Ленэнерго», «Карелэнерго», «Сахалинэнерго».

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия — один из важнейших нетрадиционных возобновляемых источников энергии, который уже сегодня становится конкурентоспособным на мировом рынке энергии. Мощность действующих ГеоТЭС в мире насчитывает около 6 тыс. МВт, более 2 тыс. строится и более 11 тыс. — намечается построить.

К настоящему времени в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. куб. м/сутки. По 20 месторождениям ведется промышленная эксплуатация. Среди них можно отметить: Паратунское (Камчатка), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкессия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край). В России с 1967 г. работает Паужетская ГеоТЭС мощностью 11 МВт.

Запасы парогидротерм в России, пригодные для использования в электроэнергетике, в основном сосредоточены на Камчатке и Курильских островах. Потенциальная их мощность оценивается в 1000 МВт, ее достаточно для удовлетворения полной потребности этих регионов в электроэнергии. Кроме того, отсепарированная на скважинах вода (конденсат) может направляться для нужд теплоснабжения.

В настоящее время на Камчатке ведется строительство Верхне-Мутновской геотермальной электростанции мощностью 12 МВт. Полную мощность электростанции предусматривается в дальнейшем довести до 200 МВт. В 1998 году Европейский банк реконструкции и развития выделил кредит на строительство 1-й очереди станции в размере 100 млн долларов США.

Утверждено ТЭО Океанской ГеоТЭС на о. Итуруп мощностью 30 МВт, но, несмотря на сложность энергоснабжения острова, строительство ее не ведется из-за отсутствия финансовых средств. По этой же причине прекращено в 1997 г. строительство ГеоТЭС мощностью 3 МВт на Каясулинском месторождении (Ставропольский край).

В 1998 г. АО НПО «Нетрадиционная электроэнергетика» совместно АО «Калужский турбинный завод» и АО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского» закончено изготовление опытно-промышленного образца турбины полного потока и начаты его испытания.

Важным вопросом, связанным с освоением геотермальных ресурсов, является освоение ресурсов низкопотенциальных вод, особенно в Центральных районах России, лишенных собственных топливно-энергетических ресурсов, а также использование водоносных горизонтов в качестве подземных теплоаккумуляторов.

Ветроэнергетика

За последние несколько лет ветроэнергетика стала одним из важных направлений в освоении возобновляемых источников энергии. В настоящее время в мире установлено ветроагрегатов общей мощностью около 6000 МВт, в США — 2500 МВт. Осуществляются широкие программы строительства ВЭС в Дании, Германии, Голландии и Японии. Главнейшей задачей в ветроэнергетике является создание надежного и эффективного энергооборудования для ВЭС.

В России ведется освоение головных ветроустановок (ВЭУ) единичной мощностью 250 и 1000 кВт. Первая из 22 ВЭУ Калмыцкой ВЭС мощностью по 1000 кВт — Радуга-1 — введена в работу в октябре 1995 г. Закончено изготовление и начат монтаж второй ВЭУ. В ноябре 1998 года итоги освоения установок «Радуга-1» рассмотрены на НТС РАО «ЕЭС России». Предприятия-изготовители ВЭУ (АО «Тушенский машиностроительный завод» АО «Электросила», и АО «Атоммаш») в случае решения финансовых вопросов могут в 1999 году поставить на площадку оборудование еще для 1-2 установок 1-й очереди Калмыцкой ВЭС в составе 9 установок общей мощностью 9000 кВт.

На Воркутинской ВЭС с 1996 г. находятся в эксплуатации 6 ветроагрегатов мощностью по 200 и 250 кВт, однако монтаж остальных 4 установок, предусмотренных проектом ВЭС не ведется по тем же причинам. Из-за отсутствия инвестиционных средств не осуществляется строительство еще ряда ветроэлектростанций, по которым уже утверждено ТЭО. Это — Приморская ВЭС мощностью 30 МВт (Дальэнерго), Магаданская ВЭС мощностью 50 МВт и Морская ВЭС мощностью 30 МВт (Карелэнерго).

В 1998 году в России введен в эксплуатацию ветряк (ветрогенератор) мощностью 600 кВт фирмы Wind World и АО «Янтарьэнерго» (совместный российско-датский проект), решается вопрос о строительстве ВЭС мощностью 5 МВт.

Солнечная энергетика

В области солнечной энергетики все работы, проводившиеся в прежние годы в электроэнергетике, практически прекращены. Строительство Кисловодской СЭС мощностью 1,5 МВт, цель которой — отработать технологии и заменить 3 городские котельные, не соответствующие экологическим требованиям города-курорта, прекращено в 1994 году из-за отсутствия средств.

Микро-ГЭС

Важнейшим направлением нетрадиционной энергетики является использование энергии малых водных потоков для сооружения малых и микро-ГЭС. В настоящее время в России работает около 300 малых ГЭС суммарной мощностью около 1000 МВт, однако гидропотенциал малых водных потоков России практически не используется (используется лишь 1% потенциальной мощности). В отрасли имеется программа развития малой гидроэнергетики до 2010 года, согласно которой намечалось ввести 800 МВт мощности.

Сложившаяся 60-80-х годах тенденция в строительстве ГЭС ориентировалась на сооружение станций большой мощности. За этот период в стране количество малых ГЭС сократилось в десятки раз. Утраченное было производство гидроагрегатов малой мощности снова начинает возрождаться. К настоящему времени освоен выпуск большого числа гидроагрегатов на малые и средние напоры мощностью в десятки и сотни кВт. Однако на сегодня не освоено производство малых гидроагрегатов, рассчитанных на работу с малым (2-5 м) напором и большим потоком воды, что как нельзя лучше соответствовало бы условиям большинства рек Центральной России и других регионов.

В настоящее время проектирование и строительство малых ГЭС ведется на Северном Кавказе (ГЭС «Голубые озера», ГЭС-3 на канале Баксан-Малка, Усть-Джегутинская МГЭС, Гергебельская МГЭС), Урале (МГЭС в совхозе «Татауровский»), Сибири (МГЭС на реке Тоора-Хем), Дальнем Востоке (МГЭС на р. Быстрой, каскад Толмачевских МГЭС), Калининградской (Правдинская ГЭС) и Кировской областях.



Нетрадиционная энергетика в традиционном загородном домостроении. Часть 1. Энергия Солнца

В последнее время нетрадиционная или «свободная» энергетика становится все более популярной и актуальной. Внедрение альтернативных источников энергии в жизнь обычных людей активно стимулируется на высшем уровне во многих странах, которые не теряют надежду обрести энергонезависимость. Но есть ли место таким инновационным технологиям в украинской реальности? Какие перспективы развития этого абсолютного экологичного направления в загородном строительстве? Может и вправду купить дом под Киевом, оборудовать его, скажем, фотоэлектрическими модулям, тепловыми насосами и ветрогенераторами и попробовать жить «вне системы»? Попытаемся разобраться.

К основным альтернативным источникам энергии, которые могут быть актуальны для украинского потребительского рынка в целом и загородного строительства в частности,  можно отнести энергию солнца, ветра и геотермальную энергию земли. Есть и другие виды энергетики – например, приливная, волновая, биомассовая и т.д. – но они вряд ли пригодятся в частном строительстве. Не стоит также забывать, что сегодня использование возобновляемой альтернативной энергии может рассматривать только в качестве дополнения к основному источнику энергии и никак не иначе. Но как же хочется быть впереди планеты всей – купить коттедж под Киевом, разбить сад из солнечных батарей на крыше и ночью освещать солнечной энергией, скажем, придомовую территорию или использовать ее для энергоснабжения систем автоматики.

Для начала, поговорим более подробно о перспективах использования солнечной энергии для жизнеобеспечения загородного дома.

Солнце – экологически чистый и неисчерпаемый источник энергии. Ученые доказали, что недельная доза энергии, «выбрасываемой» Солнцем на поверхность Земли, превышает энергию мирового запаса угля, газа, нефти и урана. Поэтому солнечная энергетика считается самой перспективной из всех видов нетрадиционной энергетики. Сегодня энергия Солнца используется в двух смежных направлениях:

1) Для получения электроэнергии в чистом виде. В данном случае солнечная энергия преобразуется в электрическую двумя методами:

фотоэлектрическим (т.е. прямое преобразование) – используются фотоэлектрические преобразователи (солнечные батареи)

термодинамическим  — используются термодинамические системы, которые преобразовывают энергию солнца сначала в тепло, а потом в механическую и электрическую энергию соответственно.

2) Для получения тепловой энергии (гелиотермальная энергетика) с целью горячего водоснабжения и отопления домов — применяются солнечные коллекторы

Фотоэлектрические модули, преобразующие солнечную (световую) энергию в электрическую, на крышах загородных домов под Киевом – уже давно не шокируют, но привлекают всеобщее внимание. В основе работы солнечной батареи лежит химическая реакция в структуре полупроводникового материала, который генерирует электричество под воздействием солнечных лучей. Этот механизм как раз и реализован в фотоэлементе. Если южный склон крыши выложить солнечными модулями, то в среднем можно «выжать» из солнца до 300 киловатт электроэнергии в месяц при условии благоприятных погодных условий, что весьма прилично, если учесть, что в городской 2-3-комнатной квартире семья из трех-четырех человек в среднем потребляет до 200 квт*ч в месяц.

Некоторые жители мегаполисов, которым посчастливилось купить дом в Киевской области и обзавестись собственной крышей, с которой можно делать все, что душа пожелает, не могут себе отказать в удовольствии добыть эту автономную энергию, несмотря на достаточно недешевое оборудование, длительный период его окупаемости и тотальную зависимость от природных условий. Но есть и некоторые преимущества, главное из которых — бесплатность солнечной энергии, ее абсолютная экологичность, длительный срок эксплуатации оборудования, да и личный вклад в спасение Планеты тешит самолюбие. Как говорится, кто, если не я?

Солнечные коллекторы-концентраторы, которые преобразуют солнечный свет именно в тепло – пожалуй, более эффективный и экономически оправданный способ преобразования энергии Солнца. Эти установки, по большому счету, просто накапливают и сохраняют солнечное тепло. Солнце нагревает воду в трубках теплообменников, горячая вода собирается в баке-аккумуляторе, а потом это тепло расходуется для нагрева водопроводной воды или отопления дома.

Если Вы планируете купить дом под Киевом, то вполне реально рассмотреть возможность горячего водоснабжения (для начала — сезонного) с применением гелиотермальной энергетики. Почему бы нет? Срок окупаемости гелиосистем небольшой (в среднем 3-6 лет в зависимости от вида гелиосистемы), а сами солнечные абсорберы легко монтируются и не требуют никакого технического облуживания или особого ухода. Они бывают одноконтурные (только для сезонного использования), где в качестве теплоносителя выступает вода, и двуконтурные (для круглогодичного применения) с антифризной жидкостью в одном контуре.

Солнечная энергетика сегодня – самое быстроразвивающееся направление из всех альтернативных источников энергии. Причем оно развивается стремительно не только на общегосударственном уровне, но и на уровне индивидуального малоэтажного строительства. Если в нашей стране солнечные технологии пока являются уделом людей обеспеченный и идейных, в Европе частные домовладельцы уже давно «зарабатывают на солнце», поскольку государство покупает у граждан излишки солнечной электроэнергии, за счет чего срок окупаемости оборудования искусственно уменьшается, а спрос растет.

Хотя, объективности ради, надо признать, традиционное ископаемое топливо еще пока не достигло той стоимости, чтобы солнечная энергия стала по-честному экономически оправданной. Но из года в год цены на электричество растут и вполне возможно не за горами то время, когда энергосберегающие технологии и альтернативная энергетика будет не роскошью, а необходимостью. 

Возобновляемые источники энергии и электрические системы и сети

ФИО

Должность

Преподаваемые дисциплины

Ученая степень (при наличии)

Ученое звание
(при наличии)

Направление подготовки
(или специальности)

Повышение квалификации
и (или) профессиональная
подготовка (при наличии)
за последние 5 лет

Общий стаж работы

Стаж
работы
по
спец-ти

Якимович Борис Анатольевич

Заведующий кафедрой

Энергетические системы и комплексы возобновляемой энергетики; Энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии; Ядерная, тепловая и возобновляемая энергетика и сопутствующие технологии; Солнечные энергетические установки; Энергетические системы и комплексы возобновляемой энергетики

доктор технических наук

профессор

Технология машиностроения, металлорежущие инструменты

1.Программа профессионального обучения начальника смен электрического цеха, старшего дежурного электромонтера 7 разряда, электромонтера по обслуживанию электрооборудования электростанции 6 разряда;

2. Массовые открытые онлайн курсы (МООК) – в образовании.

50 л

41 г

Шайтор Николай Михайлович

Доцент

Энергосбережение при эксплуатации электротехнических комплексов; Компьютерные и сетевые технологии в электроэнергетике;

Новые методы расчета электрических сетей.

Кандидат технических наук

доцент

1.Электротехническая подводных лодок;

2. Инженерная эксплуатация кораблей.

1. Использование информационных технологий в науке и образовании.

2.Применение информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в образовательном процессе;

51 г

20 л

Горпинченко Александр Владимирович

Доцент

Общая энергетика; Автоматизированный электропривод;

Менеджмент в электроэнергетике;

Современные методы и технические средства диагностики в электроэнергетике;

Современные проблемы энергетики.

Кандидат технических наук

Электроэнергетические установки.

1.Педагогическое проектирование учебного процесса с использованием электронных образовательных ресурсов (он-лайн курсов) 2.Подготовка студентов к исследовательской деятельности в соответствии с ФГОС ВО 3.Теория и технологии контекстного обучения как концептуальная основа реформы образования

30 л

8 л

Рясков Юрий Иванович

Доцент

Электрические машины; Диспетчеризация, режимы работы и эффективность электрических систем и сетей;

Техническое и информационное обеспечение интеллектуальных систем электроснабжения 

Кандидат технических наук

доцент

1.Электротехническая подводных лодок;

2. Инженерная эксплуатация кораблей.

1. Подготовка студентов к исследованию деятельности в соответствии с ФГОС ВО

2. Информационно-коммуникативные технологии в профессиональной деятельности педагога в условиях реализации  ФГОС

59 л

24 г

Путилин Константин Петрович

Доцент

Электромеханические переходные процессы в электроэнергетике; Переходные электромеханические процессы в электроэнергетических системах; Устойчивость электроэнергетических систем; Современные системы релейной защиты.

Кандидат технических наук

доцент

Электротехника

Компьютерные технологии: Эффективное использование в процессе обучения в условиях реализации ФГОС

62 г

61 г

Малюк Евгений Григорьевич

Старший преподаватель

Техника высоких напряжений; Электромагнитная совместимость в электроэнергетике; Теоретические основы электромагнитной совместимости.

Информационно-измерительная техника

1.Компьютерные технологии: Эффективное использование в процессе обучения в условиях реализации ФГОС;

2. Массовые открытые онлайн курсы (МООК) в образовании;

3.Программа профессионального обучения начальника смен электрического цеха, старшего дежурного электромонтера 7 разряда, электромонтера по обслуживанию электрооборудования электростанции 6 разряда.

45 л

12 л

Титаренко Оксана Николаевна

Старший преподаватель

Электробезопасность;

Электроснабжение.

Электрификация и автоматизация горных работ

1.Инновационные технологии в деятельности преподавателя

2.Информатизационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности педагога в условиях реализации ФГОС

38 л

16л

Крастелёв Олег Михайлович

Старший преподаватель

Системы электроснабжения городов и промышленных предприятий;

Электронные аппараты;

Проектирование воздушных линий электроснабжения;

Электроэнергетика

1. Сертификат соответствия эксперта-аудитора внутренних проверок системы менеджмента качества на соответствие требованиям стандарта ИСО 9001-2015

2. Компьютерные технологии: Эффективное использование в процессе обучения в условиях реализации ФГОС

38 л

23 г

Смирнов

Вадим

Викторович

Старший преподаватель

Электроэнергетические системы и сети

Электротехническая подводных лодок

1.Организация деятельности кураторов в вузе. Современные психолого-педагогические технологии в работе со студентами.

2.Информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности педагога в условиях реализации ФГОС

44 г

23 г

Лавренчук Антон Анатольевич

Старший преподаватель

Эксплуатация систем электроснабжения; Электрические аппараты; Электрическое освещение бытовых и промышленных объектов; Приемники и потребители электрической энергии в электроэнергетике;

магистр по направлению подготовки 13.04.02 Электроэнергетика и электротехника

1. Организация деятельности кураторов в вузе. Современные психолого-педагогические технологии в работе со студентами.

2. Эксперт чемпионата Ворлдскиллс Россия», Союз «Молодые профессионалы» (Ворлдскиллс Россия).

3. Программа профессионального обучения начальника смен электрического цеха, старшего дежурного электромонтера 7 разряда, электромонтера по обслуживанию электрооборудования электростанции 6 разряда.

4. Информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности педагога в условиях реализации ФГОС».

13 л

12 л

Майорова Юлия Александровна

Преподаватель

Электрический привод; Электрические машины; Электромеханические переходные процессы в электроэнергетике;

«Электрические станции»,

«Метрология и  измерительная техника»

1.Противодействие коррупции

2.Информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности педагога в условиях реализации ФГОС

16 л

7 л

Кувшинов Владимир Владиславович

Доцент

Альтернативная энергетика;

Применение солнечной энергии; Проектирование солнечных и ветровых электростанций;

Спецкурс по солнечным, ветровым и биоэнергетическим установкам;

Современные методы теоретических и экспериментальных исследований.

Кандидат технических наук

Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии.

1. «Зеленые» энергосистемы повышенной эффективности для биоиндустрии

2.Противодействие коррупции

3.Теория и технологии контекстного обучения как концептуальная основа реформы образования

30 л

15 л

Чебоксаров Виктор Валериевич

Доцент

Аккумулирование энергии; Теплофикация и тепловые сети; Автоматическое управление и защита энергоустановок с ВИЭ;

Спецкурс по физическим основам ВИЭ; Основное и вспомогательное энергетическое оборудование

Кандидат технических наук

Доцент

Автоматизация и комплексная механизация машиностроения

1.Противодействие коррупции

2. Компьютерные технологии: Эффективное использование в условиях реализации ФГОС

38 л

28 л

Кузнецов Павел Николаевич

Старший преподаватель

Использование энергии моря и земли;

Основное и вспомогательное энергетическое оборудование установок НиВЭ; Информационно-управляющие системы и комплексы с ВИЭ;  Теоретические основы нетрадиционной и возобновляемой энергетики; Программирование микроконтроллеров для энергокомплексов.

Кандидат технических наук

Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

1.Компьютерные технологии: Эффективное использование в процессе обучения в условиях реализации ФГОС

2. Программа профессионального обучения начальника смен электрического цеха, старшего дежурного электромонтера 7 разряда, электромонтера по обслуживанию электрооборудования электростанции 6 разряда

3.Программа переподготовки  Школа ректоров 16: управление трансформацией университета.

9 л

9 л

Какушина Елена Геннадьевна

Преподаватель

Инновационные методы в обосновании энергетических объектов;

Будущее современной энергетики.

1. Финансы и кредит.

 2. Электроэне-ргетика и электротехника

Теория и технологии контекстного обучения как концептуальная основа реформы образования

20 л

4 г

Преимущества и недостатки нетрадиционной энергетики Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

THE USE OF THORIA AS AN ALTERNATIVE AND ENVIRONMENTALLY PURE ENERGY

SOURCE

V. Yu. Karnitsky, A. U. Botirova

A new technical solution was considered — the processing of thorium and its transformation as a fuel for nuclear power plants intended for the production of electrical energy. Improving energy efficiency, reducing the cost of obtaining energy, saving natural resources.

Key words: nuclear power, energy consumption, uranium, thorium, energy sources.

Karnitsky Valery Yulievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected] ru, Russia, Tula, Tula state University,

Botirova Anisa Uralovna, student, anisa. [email protected],mail. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 620.92

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

С.В. Котеленко, А. С. Рябов

Рассмотрены виды нетрадиционной энергетики, их преимущества и недостатки. Приводится анализ рационального применения энергетических установок нетрадиционной энергетики с учетом климатических условий и условий рельефа местности.

Ключевые слова: нетрадиционная энергетика, возобновляемые источники

энергии.

Нетрадиционная энергетика, исходя из названия, соответствует получению энергии нетрадиционными методами. Наибольшее применение этих методов освоено среди возобновляемых источников энергии, к которым относятся энергии солнца, ветра, геотермальная энергия, биотопливо, энергии морских волн, водородная энергетика.

Широкое применение нетрадиционной энергетики находят не во всех странах по сравнению с традиционными методами, однако представляют интерес с точки зрения неограниченного ресурса энергии.

Солнечная энергия основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии. Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой — на свойствах жидкостей и газов.

Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи, изготавливаемые на основе кристаллов кремния. Самая мощная солнечная электростанция Топаз, находится в Калифорнии и является крупнейшей солнечной электростанцией в мире с мощностью 550 МВт, и позволяет сократить выбросы углекислого газа в атмосферу как минимум на 380 тысяч тонн в год. Для сравнения, Белоярская атомная электростанция в России вырабатывает лишь немного больше — 600 мегаватт. Ожидаемая годовая выработка, составляет 1096 гигаватт-час. Станция расположена в уезде Сан-Луис-Обиспо и насчитывает 9 миллионов солнечных панелей. Топаз обеспечивает энергией свыше 160 000 домов и промышленных предприятий в районе [4].

Преимуществом солнечной энергии является общедоступность и неисчерпаемость источника, безопасность для окружающей среды, генерация энергии в малых масштабах, бесшумность и стационарность.

К недостаткам солнечной энергии относится зависимость от погоды и времени суток, необходимость аккумуляции энергии, высокая стоимость конструкции.

Энергия ветра специализируется на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор для получения электрической энергии, ветряная мельница для преобразования в механическую энергию, парус для использования в транспорте и другими.

Самый большой в мире ветрогенератор — Enercon E-126. Высота башни — 135 метров, диаметр ротора — 126 метров, общая высота — почти 200 метров. При хорошем ветре он вырабатывает до 7,58 мегаватт электроэнергии. Первый ветрогенератор Enercon E-126 установили в 2007 году в Германии [2].

Преимущество энергии ветра является экологическая чистота, разработанные ветроэнергоустановки, способные эффективно работать при самом слабом ветре, а недостатком является непостоянство ветра.

Геотермальные источники энергии основаны на использовании тепловой энергии недр Земли для производства электрической энергии на геотермальных электростанциях или, непосредственно, для отопления или горячего водоснабжения. Её принято разделять на два вида: гидротермальную и петротермальную энергию. Первый образуется за счет теплых источников, а второй тип — это разница температур на поверхности и в глубине земли.

Пар, поступающий из недр земли, работает в непосредственном контакте с паровой турбиной. Пар подается на лопасти турбины, которая свое вращательное движение передает генератору, вырабатывающему электрический ток.

Комплекс The Geysers, Калифорния (США), состоящий из 22-х геотермальных электростанций, суммарной мощностью 1517 МВт, по-прежнему продолжает оставаться самым крупным по использованию геотермальной энергии [3].

Главным преимуществом геотермальных источников — это практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени года, суток. Недостаток — необходимость обратной закачки отработанной воды, это исключает сброс этих вод в природные водоёмы, расположенные на поверхности.

Биотопливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Различается жидкое биотопливо для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель, твёрдое биотопливо — дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга и газообразное — синтез-газ, биогаз, водород.

Более половины биотоплива составляют его традиционные формы — дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи. Их используют более трети населения Земли. Основной формой биотоплива в электроэнергетике являются паллеты, производимые из древесины.

Преимуществом биотоплива является экологическая чистота, удобство транспортировки, очень малая зольность, низкая вероятность самовоспламенения. Недостаток биотоплива — помещение для хранения.

Энергия волн океана — это энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия волн — неисчерпаемый источник энергии.

Осциллирующая водяная колонна с воздушной турбиной Уэллса являет собой классический проработанный вид волновой электростанции. Аналогичное оборудование функционирует как в море, так и в прибрежной зоне.

Принцип работы одинаков и для стационарных, и для плавучих моделей. Волной в, наполовину погруженной в воду, камере поднимается уровень воды. Благодаря заполнению внутреннего объема агрегата водой, воздух, находящийся внутри, под давлением выдавливается из сосуда. Образовавшиеся воздушные потоки пропускаются через лопасти реверсивной турбины низкого давления Уэллса. Когда возникает откат воды, воздух возвращается в камеру, минуя все те же турбинные лопатки. Уэллс добился сохранения направления вращения вала турбины вне зависимости от направления движения волны, что обеспечивает непрерывность передачи крутящего момента на вал генератора.

По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. При освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии.

Станция Agucadoura Wave Farm мощностью 2,24 МВт занимает первое место среди когда-либо реализованных и коммерчески работающих проектов. Станция длиной 150 м и шириной 3,5 м располагалась возле берегов города Повуа-де-Варзин в северной части Португалии. По своей форме напоминает «змею», наполовину погруженную в воду. Волны, накатываясь на этих «змей», передавали им колебания, которые впоследствии преобразовывались в энергию. Каждая турбина производила 0,75 МВт электроэнергии. Было построено три таких установки общей мощностью 2,25 МВт и стоимостью 13 млн. долларов [4].

Преимуществом энергии волн является простота в использовании, большие запасы неиспользованной водной энергии, всегда возобновляемы. К недостаткам относятся огромные запасы воды за плотиной, в свою очередь для плотины нужно огромное количество материалов.

Водородная энергетика — отрасль энергетики, основанная на использовании водорода, в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода, которая вновь вводится в оборот водородной энергетики.

Применение водород нашел в химической промышленности — при синтезе аммиака, изготовления соляной и метиловой кислот, получения метилового спирта. В пищевой промышленности его используют для превращения жидких жиров в твердые. Учитывая «невесомость» водорода, им заполняли и заполняют оболочки летательных аппаратов легче воздуха. Сначала это были воздушные шары, позднее — аэростаты и дирижабли, на сегодняшний день — метеорологические зонды. Высокая температура горения, а в сочетании с электрической дугой она достигает 4000оС, обеспечивает расплав даже самых тугоплавких металлов. Поэтому кислородно-водородные горелки используют для сварки и резки металлов. В цветной металлургии восстановлением водорода получают особо чистые металлы из оксидов. В космической технике отечественная ракета-носитель «Энергия» с успехом использует водород в качестве топлива. Японские компании Kawasaki Heavy Industries и Obayashi уже к 2018 году планируют начать использование водородной энергии для электроснабжения города Кобе. Они станут первопроходцами среди тех, кто реально начнет использовать водород для большой энергетики практически без вредных выбросов. Водородная электростанция мощностью 1 МВт будет возведена прямо в г. Кобе, где позволит снабдить электричеством международный конференц-центр и рабочие офисы 10000 местных жителей. А тепло, выделяемое на станции в процессе получения электричества из водорода, станет эффективным отоплением для местных домов и офисных зданий [1].

Преимуществом водородной энергетикой является экологическая чистота, высокий КПД, достигающий 50…70 %, бесшумность, модульная конструкция. К недостаткам относится высокая цена, малый срок службы, низкая надежность.

Гидроэлектроэнергия является крупнейшим источником возобновляемой энергии, обеспечивая 3,3 % мирового потребления энергии и 15,3 % мировой генерации электроэнергии в 2010 году. Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год, по всему миру с установленной мощностью 318 гигаватт в 2013 году, и широко используется в странах Европы, США и Китае. Производство фотоэлектрических панелей быстро нарастает, в 2008 году было произведено панелей общей мощностью 6,9 ГВт, что почти в шесть раз больше уровня 2004 года. Климатические условия способствуют развитию солнечных электростанций в Германии и Испании. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 3054 МВт. Крупнейшей в мире геотермальной установкой является установка на гейзерах в Калифорнии с номинальной мощностью 750 МВт.

В России гидроэнергетика играет важную роль по объему производимой электроэнергии. Этому способствует богатство природных водных ресурсов страны. На сегодняшний день в стране действует порядка 300 мини ГЭС. Гидроэнергетические установки малой мощности способны производить от 1 до 3000 кВт/ч. Одной из крупнейших гидроэлектростанций в России является Саяно-Шушенская ГЭС имени П.С. Непорожнего. Установленная мощность Саяно-Шушенской ГЭС -6 400 МВт, среднегодовая выработка 24 млрд. кВт- ч. Тем не менее работа ГЭС сталкивается с рядом экологических проблем. После сооружения Саяно-Шушенской ГЭС в её нижнем бьефе в зимний период стала возникать незамерзающая полынья, связанная со сбросом относительно тёплых вод из водохранилища при работе гидроагрегатов ГЭС. Возникновение полыньи привело к усилению заторных явлений в нижнем бьефе с периодическим подтоплением территорий. Начальный озеровидный участок водохранилища в Туве, на который приходится около 20 % полезной ёмкости водохранилища, в результате колебаний уровня воды в водохранилище при сезонном регулировании стока заполняется в середине августа и обсыхает в середине ноября, образуя в остальное время года обширную заболоченную и непригодную для хозяйственной деятельности низменность.

В России развиты далеко не все источники альтернативной энергии. Наличие больших запасов традиционных источников энергии, таких как нефть, уголь, газ предоставляет возможность отложить развитие не только ветроэнергетики, но и альтернативной энергетики в целом. Большинство предприятий создано именно на основе традиционных источников энергии, переоборудование или же создание новых предприятий на основе альтернативных источников энергии требует больших вложений. Применение возобновляемой энергии имеет большие риски из-за того, что источник данной энергии имеет стихийный и непостоянный характер, что в свою очередь в случае отсутствия поддержки со стороны государства, делает альтернативную энергетику убыточной.

Список литературы

1. Четошникова Л.М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учебное пособие. Издательский центр ЮУрГУ, 2010.

2. 10 крупнейших солнечных электростанций в мире [Электронный ресурс] URL: https://rodovid.me/solar power/10- krupneyshih- solnechnyh- elektrostanciy- v-mire.html (дата обращения: 10.11.2018).

3. Энеркон Е-126. Самый большой ветрогенератор в мире [Электронный ресурс] URL: https://pikabu.ru/story/yenerkon_e126_samyiy_ bolshoy_vetrogenerator_v_mire_ 3881291 (дата обращения: 10.11.2018).

4. Самые мощные проекты возобновляемой энергетики 2012 [Электронный ресурс] URL: http://www. ekopower.ru/samyie-moshhnyie-proektyi-vozobnovlyaemoy-2/ (дата обращения: 10.11.2018).

5. Возобновляемая энергия в России. Изд. Международное энергетическое агентство, 2004.

Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, ассистент, S. [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Рябов Артем Сергеевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF ALTERNATIVE ENERGY

S.V. Kotelenko, A.S. Ryabov

The types of unconventional energy, their advantages and disadvantages are considered. The analysis of the rational use of power plants of non-traditional energy taking into account climatic conditions and terrain conditions.

Key words: unconventional energy, renewable energy sources.

Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, assistant, S.V. [email protected] ru, Russia, Tula, Tula State University,

Ryabov Artem Sergeyevich, student, ryabov 99/amail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.311

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

С.В. Ершов, Д.В. Шалимов

Анализ влияния качества электрической энергии на электрооборудование, особенно на средства управления системами электроснабжения, используемые на трансформаторных подстанциях, показал, насколько велик ущерб от низкого качества электроэнергии. Поскольку в нашей стране наблюдается отставание в развитии микропроцессорной техники и её применении в автоматизированных системах управления трансформаторными подстанциями по сравнению с развитыми странами, то можно прогнозировать увеличение в ближайшие годы ущерба при работе трансформаторных подстанций от низкого качества электроэнергии, если не принять необходимых мер для его улучшения.

Ключевые слова: Качество электрической энергии, несимметрия напряжения, показатели качества электроэнергии.

При создании систем контроля качества энергии наиболее важными составляющими подобных систем являются методы и средства контроля коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициента п — й гармонической составляющей напряжения. Методам и средствам контроля нелинейных искажений посвящены работы [2, 3]. Как следует из указанных источников наиболее перспектив-нойявляется внедрение цифровых приборов для контроля параметров качества электрической энергии. Выбор методов измерений также очень важен для повышения эффективности конечного результата.

Перспективы развития традиционной и нетрадиционной энергетики Чеченской Республики | Сардалов

1. Нашхоев Р.М. Прошлое и настоящее // История электроэнергетики Чеченской Республики, Грозный, 2006. 432 с.

2. Керимов И.А., Гайсумов М.Я., Ахматханов Р.С. Программа развития энергетики Чеченской Республики на 2011-2030 гг. // Наука и образование в Чеченской Республике: состояние и перспективы развития. Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 10-летию со дня основания КНИИ РАН (7 апреля 2011 г., г. Грозный). Грозный, 2011. С. 38-63.

3. Золотова И. Ю. Перекрестное субсидирование в электроэнергетике: эмпирический анализ, оценка эффективности собственной генерации // Эффективное Антикризисное Управление. 2017. № 3 (101). С. 70-77.

4. Керимов И.А., Дебиев М.В., Масаев С.Х. Приоритетные направления развития энергетики чеченской республики / Энергетическая политика. 2021. № 1 (155). С. 78-87.

5. Климовец О.В., Зубакин В. А. Методы оценки эффективности инвестиций в собственную генерацию в условиях риска // Эффективное Антикризисное Управление, 2016. № 2 (95). С. 78-84.

6. Керимов И.А., Минцаев М.Ш., Дебиев М.В. Основные этапы реализации программы развития энергетики Чеченской Республики / В сборнике: Геоэнергетика — 2019 Материалы IV Всероссийской научно-технической конференции. Под редакцией М.Ш. Минцаева. 2019. С. 38-56.

7. Керимов И.А., Дебиев М.В. Зеленая энергетика как фактор устойчивого развития Чеченской Республики / Устойчивое развитие горных территорий. 2018. Т. 10. № 2 (36). С. 235-245.

8. Хохлов А., Веселов Ф. Internet of Energy: как распределенная энергетика повлияет на безопасность, цены на электричество и экологию // Forbes, 2017. URL: http://www.forbes.ru/biznes/351485-internet-energy-kak-raspredelennaya-energetika-povliyaet-na-bezopasnost-ceny-na.

9. Хохлов А., Мельников Ю., Веселов Ф. и др. Распределенная энергетика в России: потенциал развития // Энергетический центр «Сколково». URL: https://energy.skolkovo.ru/downloads/documents/SEneC/Research/SKOLKOVO_EneC_DER-3.0_2018.02.01.pdf.

10. Дебиев М.В. Анализ эффективности развития региональной энергетической промышленности (на примере Чеченской Республики): дис. канд. техн. наук: 05.13.01. Волгоградский гос. техн. ун-т. Волгоград. 2014. 212 c.

11. Керимов И.А., Дебиев М.В., Магомадов Р.А-М., Хамсуркаев Х.И. Ресурсы солнечной и ветровой энергии Чеченской Республики [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона, 2012. №1. Режимдоступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/677

12. Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. М.: КНОРУС. 2010. 232 с.

13. Бурмистров А.А., Виссарионов В.И., Дерюгини Г.В. Методы расчета ресурсов возобновляемых источников энергии / др. М.: МЭИ, 2009.144 с.

14. U.S. Renewable Energy Technical Potentials: A GIS-Based Analysis». URL: NREL.gov (дата обращения: 20 марта 2017).

15. Renewables 2015: Global Status Report, REN21, http://www.ren21.net/wpcontent/uploads/2015/07/GSR2015_KeyFindings_lowres.pdf.

16. Hohmeyer O., Bohm S. Trends toward 100% renewable electricity supply in Germany and Europe: a paradigm shift in energy policies. Energy and Environment. 2015; 1(4):74-97.

17. The Guardian «Electric cars and cheap solar ‘could halt fossil fuel growth by 2020’» (дата обращения: 20 марта 2017).

Разумное природопользование: Нетрадиционная энергетика – за и против

Аннотация

В статье рассмотрены достоинства и недостатки традиционной и нетрадиционной энергетики, в том числе скрытые, не очевидные на первый взгляд недостатки. Рассмотрено влияние выработки энергии из разных источников на окружающую среду. Показано, что, во-первых, на сегодняшний день развитие нетрадиционной энергетики целесообразно для энергоснабжения малых удаленных потребителей, во-вторых, массовый отказ от крупных традиционных электростанций в пользу нетрадиционных возобновляемых источников энергии в ближайшее время не предвидится.


Вопросам развития нетрадиционной энергетики в последние годы уделяется много внимания. Предполагается, что это новое направление в энергетике позволит повысить надежность энергоснабжения потребителей, ограничить рост цен на энергию, предотвратить дальнейшее ухудшение экологической обстановки. Однако у нетрадиционной энергетики есть не только сторонники, но и противники, которые утверждают, что это лишь модная тенденция, не отвечающая действительным потребностям экономики. В данной статье сделана попытка разобраться в этом вопросе и выяснить, насколько в России необходимо развитие нетрадиционной энергетики.

Начнем с уточнения основных понятий. К традиционной энергетике относится область деятельности по выработке энергии с использованием традиционных источников энергии: теплоты сжигаемого топлива (теплоэнергетика), гидроэнергии рек (гидроэнергетика), энергии управляемой цепной ядерной реакции (ядерная энергетика). Соответственно, нетрадиционная энергетика имеет дело с нетрадиционными источниками энергии, к которым относятся потоки энергии Солнца, ветра, тепло Земли, энергия приливов и отливов, биомасса. К нетрадиционным источникам иногда относят также гидроэнергию малых рек, хотя, вообще говоря, их использование не ново. Так, в нашей стране в 1930–1960-х гг. были построены тысячи малых ГЭС, однако по мере развития крупной энергетики и создания единой энергетической системы их дальнейшее строительство было прекращено, а многие уже созданные малые ГЭС оказались заброшенными [1]. Поскольку указанные нетрадиционные источники энергии являются возобновляемыми, широкое распространение получил термин «нетрадиционные возобновляемые источники энергии» (НВИЭ).

Рис. 1. Воздействие на среду обитания при выработке энергии из некоторых источников [3]

На сегодняшний день среди всех источников, используемых для получения энергии, доля ископаемых энергоносителей составляет около 85 %, но они быстро истощаются: ежегодно в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется в природных условиях за два миллиона лет [2]. Помимо исчерпаемости большим минусом углеродистых энергоносителей является то, что они экологически грязные по сравнению с НВИЭ (на рис. 1 показано, какое воздействие на среду обитания оказывает выработка энергии из некоторых источников). Традиционная электроэнергетика на сегодняшний день в большинстве стран мира является главным источником выбросов углекислого газа. В результате деятельности электростанций, прежде всего тепловых, осуществляются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, сбросы загрязненных сточных вод, происходит тепловое загрязнение окружающей среды. Поэтому возможности снижения негативного влияния электроэнергетики на окружающую среду часто рассматриваются в числе приоритетных при обсуждении вопросов улучшения экологической ситуации. Согласно имеющимся данным, нетрадиционная энергоустановка (ветроустановка, или малая ГЭС, или фотоэлектрическая станция) мощностью 1 МВт за год предотвращает эмиссию углекислого газа на 0,8–1,1 тыс. тонн по сравнению с традиционной электростанцией на газе, или на 1,1–1,5 тыс. тонн по сравнению с электростанцией на нефтепродуктах, или на 1,7–2,3 тыс. тонн по сравнению с электростанцией на угле [3]. Таким образом, нетрадиционные энергоустановки считаются более «зелёными», то есть наносящими минимальный ущерб окружающей среде. Приведенные цифры на первый взгляд выглядят убедительно, но на самом деле вопрос экологичности энергоустановок требует более глубокого анализа…


Полная версия материала доступна
по подписке на журнал “Инженерная защита”

Литература

  1. Андреев И. Энергия малых форм // Инженерная защита. 2014. № 5. С. 4–13.
  2. Борисов С.А. Экологические аспекты энергообеспечения северных территорий в контексте устойчивого развития / С.А. Борисов, Е.С. Мартемьянова // Вестник МГТУ. 2006. Том 9. № 3. С. 486–497.
  3. Безруких П.П., Безруких П.П. (младший). Ветроэнергетика. Вымыслы и факты. Ответы на 100 вопросов. М.: Институт устойчивого развития Общественной палаты Российской Федерации, 2011. 74 с.
  4. Лукутин Б.В. Возобновляемые источники энергии. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. 187 с.
  5. Гасникова А.А. Роль традиционной и альтернативной энергетики в регионах Севера // Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз. 2013. № 5. С. 77–88.
  6. Симонов К. Хорошо ли русскому то, что хорошо европейцу? [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.energystate.ru/news/4339.html
  7. Попель О.С. Возобновляемые источники энергии в регионах Российской Федерации: проблемы и перспективы // Энергосовет. 2011. № 5. [Элетронный ресурс] / Режим доступа: http://www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=210
Анастасия Гасникова
Связаться Анастасия Гасникова

Кандидат экономических наук, старший научный сотрудник
Отдела экономической политики и хозяйственной деятельности
в Арктике и районах Крайнего Севера
Институт экономических проблем им. Г.П. Лузина Кольского НЦ РАН

«Сириус» образовательный центр

__________________________________________________________

Ежегодные международные сочинские энергетические чтения: устойчивое развитие, вызовы для трансформации энергетики и изменения в климате

В феврале 2020 года в Образовательном центре «Сириус» пройдут Международные сочинские энергетические чтения. Рассказать об актуальных исследованиях и технологиях в сфере энергетики приедут 5 международных ученых. Партнер мероприятия – Ассоциация «Глобальная энергия».

Список участников

Регистрация участников по 8 января 2020 года по ссылке: https://energy20.siriusconf.ru/

В заявке на чтения указывается свой проект в сфере энергетики,
который можно отнести к одной из трех номинаций:

«Традиционная энергетика»

• электроэнергетика
• разведка, добыча, транспортировка и переработка топливно-энергетических ресурсов
• теплоэнергетика
• ядерная энергетика

«Нетрадиционная энергетика»

• возобновляемые источники энергии
• биоэнергетика
• топливные элементы и водородная энергетика

«Новые способы применения энергии»

• новые материалы, применяемые в энергетике
• эффективное использование энергии
• эффективное хранение энергии
• транспорт энергии

Проекты прошедшие предварительную экспертную оценку получат возможность выступить на чтениях перед приглашенными учеными и другими участниками.
Отбор участников (до 200 чел.) пройдет до 18 января 2020 на основе представленных ими проектов по направлениям.

Лекторами чтений станут:
 Tomas Blis (USA) — The Role of nuclear energy for energy transformation
 Franchesco Profumo (Italy) — Energy transition: the role of electricity as a commodity
 Raekwon Chung (South Korea) — Super Grid as new paradigm for Climate Change
 Rodney John Allam (UK) — Sustainable user of coal and gas
 Uralov Diaz (Kazakhstan) — Hydrogen generator for motor transport

Подробнее о мероприятии  на сайте: https://energy20.siriusconf.ru/

Распределенное производство электроэнергии и его воздействие на окружающую среду

Просмотрите интерактивную версию этой диаграммы >>

О распределенной генерации

Распределенная генерация относится к различным технологиям, которые производят электроэнергию там, где она будет использоваться, или рядом с ней, например, солнечные батареи и комбинированное производство тепла и электроэнергии. Распределенная генерация может обслуживать одну структуру, такую ​​как дом или бизнес, или может быть частью микросети (меньшая сеть, которая также связана с более крупной системой доставки электроэнергии), например, на крупном промышленном объекте, военной базе. , или большой кампус колледжа.При подключении к распределительным линиям более низкого напряжения электроэнергетической компании распределенная генерация может помочь обеспечить поставку чистой и надежной электроэнергии дополнительным потребителям и снизить потери электроэнергии в линиях передачи и распределения.

В жилом секторе распространенные системы распределенной генерации включают:

  • Солнечные фотоэлектрические панели
  • Малые ветряные турбины
  • Топливные элементы, работающие на природном газе
  • Аварийные резервные генераторы, обычно работающие на бензине или дизельном топливе

В коммерческом и промышленном секторах распределенная генерация может включать такие ресурсы, как:

  • Комбинированные теплоэнергетические системы
  • Солнечные фотоэлектрические панели
  • Ветер
  • Гидроэнергетика
  • Сжигание или совместное сжигание биомассы
  • Сжигание твердых бытовых отходов
  • Топливные элементы, работающие на природном газе или биомассе
  • Поршневые двигатели внутреннего сгорания, включая резервные генераторы, которые могут работать на масле

Распределенная генерация в США

Использование блоков распределенной генерации в Соединенных Штатах возросло по целому ряду причин, в том числе:

  • Возобновляемые технологии, такие как солнечные панели, стали рентабельными для многих домовладельцев и предприятий.
  • Несколько штатов и местные органы власти продвигают политику, направленную на поощрение более широкого внедрения возобновляемых технологий благодаря их преимуществам, включая энергетическую безопасность, отказоустойчивость и сокращение выбросов.
  • Распределенные системы генерации, в частности комбинированные теплоэлектростанции и аварийные генераторы, используются для обеспечения электроэнергией во время перебоев в подаче электроэнергии, в том числе после сильных штормов и в дни повышенного спроса на энергию.
  • Сетевые операторы могут рассчитывать на то, что некоторые предприятия будут использовать свои аварийные генераторы на месте для обеспечения надежного электроснабжения для всех клиентов в часы пикового использования электроэнергии.

Системы распределенной генерации подчиняются различным сочетаниям местных, государственных и федеральных политик, правил и рынков по сравнению с централизованной генерацией. Поскольку политика и стимулы широко варьируются от одного места к другому, финансовая привлекательность проекта распределенной генерации также различается.

Поскольку электроэнергетические компании интегрируют информационные и коммуникационные технологии для модернизации систем подачи электроэнергии, могут появиться возможности для надежного и рентабельного увеличения использования распределенной генерации.

Воздействие распределенной генерации на окружающую среду

Распределенная генерация может принести пользу окружающей среде, если ее использование снижает количество электроэнергии, которая должна быть выработана на централизованных электростанциях, что, в свою очередь, может уменьшить воздействие централизованной генерации на окружающую среду. Конкретно:

  • Существующие экономичные технологии распределенной генерации могут использоваться для выработки электроэнергии в домах и на предприятиях с использованием возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия и ветер.
  • Распределенная генерация может использовать энергию, которая в противном случае могла бы быть потрачена впустую, например, через комбинированную систему производства тепла и электроэнергии.
  • Используя местные источники энергии, распределенная генерация уменьшает или устраняет «линейные потери» (потеря энергии), которые происходят во время передачи и распределения в системе доставки электроэнергии.

Однако распределенная генерация может привести и к негативному воздействию на окружающую среду:

  • Системы распределенной генерации требуют «следа» (они занимают место), и, поскольку они расположены ближе к конечному пользователю, некоторые системы распределенной генерации могут быть неприятными для глаз или вызывать проблемы с землепользованием.
  • Технологии распределенной генерации, включающие сжигание, в частности сжигание ископаемого топлива, могут вызывать многие из тех же видов воздействия, что и более крупные электростанции, работающие на ископаемом топливе, например загрязнение воздуха. Эти воздействия могут быть меньше по масштабу, чем воздействия крупной электростанции, но также могут быть ближе к населенным пунктам.
  • Для некоторых технологий распределенной генерации, таких как сжигание отходов, сжигание биомассы и комбинированное производство тепла и электроэнергии, может потребоваться вода для производства пара или охлаждения.
  • Распределенные системы генерации, использующие сжигание, могут быть менее эффективными, чем централизованные электростанции из-за эффективности масштаба.

Технологии распределенной энергетики могут вызывать некоторые негативные экологические проблемы в конце срока их полезного использования, когда они заменяются или удаляются.


Традиционная электростанция – обзор

9.2.5 Энергия топливных элементов

Топливные элементы (ТЭ) представляют собой статическое электрохимическое устройство, преобразующее химическую энергию обычного топлива в электрическую энергию.Топливные элементы обычно генерируют электричество низкого напряжения и постоянного тока (DC). Базовая физическая структура топливного элемента состоит из двух пористых электродов: анода и катода и слоя электролита в середине электродов. Слой электролита является хорошим проводником для положительно и отрицательно заряженных ионов, но не для электронов. Электролит может быть твердым, жидким, полимерным или химическим. В зависимости от типа использования электролита топливные элементы могут быть классифицированы как топливные элементы с твердым оксидом (ТОТЭ), топливные элементы с жидким или расплавленным карбонатом (MCFC), топливные элементы с полимерной электролитической мембраной (PEMFC), топливные элементы с фосфорной кислотой (PAFC), и щелочной топливный элемент (AFC).Среди различных типов топливных элементов ТОТЭ, ПОМТЭ и МКТЭ, скорее всего, будут использоваться для приложений распределенной генерации [10]. Тип и химические свойства электролита, используемого в топливных элементах, очень важны для их рабочих характеристик. Наиболее часто используемым топливом для топливных элементов является водород, а окислителем обычно является кислород или воздух. Тем не менее теоретически любое способное к химическому окислению вещество, которое можно подавать непрерывно (в виде жидкости), может быть использовано в качестве топлива на аноде топливного элемента.Точно так же окислителем может быть любая жидкость, которая может быть восстановлена ​​с достаточной скоростью. Полярность иона и направление его переноса могут отличаться для разных топливных элементов. Место образования и удаления воды из клетки зависит от направления транспорта ионов. На электродах происходят электрохимические реакции, превращающие химическую энергию в электричество. Анод (отрицательный) — это электрод, с которого уходят электроны, а катод (положительный) — это электрод, к которому приходят электроны.Электроды должны быть проводящими и не вступать в реакцию с электролитом, чтобы предотвратить коррозию. Электроды также действуют как катализатор для преобразования молекул водорода и кислорода в их ионы.

По сравнению с обычными электростанциями, эти системы распределенной генерации на основе топливных элементов имеют много преимуществ, таких как высокая эффективность, нулевой или низкий уровень выбросов (загрязняющих газов) и гибкая модульная структура. В следующем разделе дается обзор принципов работы топливных элементов с жидким или расплавленным карбонатом (MCFC).

Топливные элементы с жидким или расплавленным карбонатом (MCFC)

Эти типы топливных элементов в настоящее время популярны в электроэнергетике, промышленных и военных целях. MCFC представляют собой высокотемпературные топливные элементы, рабочая температура которых составляет около 650°C. Электролит MCFC состоит из расплавленной смеси карбонатных солей, взвешенных в пористой, химически инертной керамической матрице из оксида лития и алюминия. Поскольку они работают при высоких температурах, неблагородные металлы могут использоваться в качестве катализаторов на аноде и катоде.MCFC обеспечивают хорошую эффективность и значительно снижают стоимость по сравнению с топливными элементами на основе фосфорной кислоты. Топливные элементы с расплавленным карбонатом в сочетании с турбиной могут достигать эффективности около 65%, что значительно выше, чем 37–42% эффективности установки на топливных элементах с фосфорной кислотой. КПД может быть более 85% при улавливании и утилизации отработанного тепла. Работа и химические реакции типичного MCFC описаны на рис. 9.7. На топливном электроде или аноде H 2 и молекула CO реагируют отдельно с ионами CO3—, существующими в электролите ячейки, и высвобождают два электрона в каждом случае на электрод.Анодная и катодная реакции описываются следующим образом:

Рисунок 9.7. Схема и работа топливных элементов на расплавленном карбонате (MCFC).

Анодные реакции:

(9,5)h3+CO3—=h3O+CO2+2e-

(9,6)CO+CO3—=2CO2+2e-

Эти освобожденные электроны создают ток нагрузки через внешнюю нагрузку и достичь кислородного электрода или катода. CO 2 , образующийся на топливном электроде, циркулирует по внешнему пути к катодному электроду.В катоде он соединяется с O 2 подаваемого воздуха, а возвращающиеся электроны с анода производят CO3—. Эти ионы CO3— отвечают за перенос заряда от катода к аноду внутри электролита внутри элемента.

Катодные реакции:

(9.7)O2+2CO2+4e-=2CO3—

Суммарная реакция ячейки может быть представлена ​​следующим образом:

(9.8)h3+CO+O2=h3O+CO2

Теоретическое напряжение, создаваемое топливным элементом, составляет около 1.0 В; однако истинный потенциал составляет около 0,6–0,7 В. Напряжение фактически падает по мере протекания тока, требуется дополнительный потенциал для протекания катодной реакции, а также происходит потеря энергии из-за потока носители заряда через среду.

Система производства электроэнергии на топливных элементах

Принципиальная схема системы производства электроэнергии на основе топливных элементов показана на рис. 9.8. Первичное ископаемое топливо очищается и реформируется в блоке обработки топлива перед подачей в модуль топливных элементов.В модуле топливных элементов энергия топлива электрохимически преобразуется в мощность постоянного тока с использованием окружающего воздуха в качестве окислителя. Ряд топливных элементов может быть уложен друг на друга для формирования модуля топливного элемента, а путем соединения нескольких модулей топливных элементов может быть получен топливный энергетический блок.

Рисунок 9.8. Блок-схема системы производства электроэнергии на топливных элементах.

Э.Д.С. вырабатываемый в топливном элементе поток электронов через внешнюю нагрузку пропорционален Гиббсовскому изменению свободной энергии, то есть

(9.9)E=-ΔGfnF

и максимальный КПД элемента равен

(9.10)ηmax=-nFEΔH

, где E  = электродвижущая сила. Δ G f = изменение свободной энергии Гиббса (Дж/моль). n  = число электронов на моль топлива, а F  = постоянная Фарадея (= 96 487 кул/моль). Δ G f зависит от типа и материала топливного элемента. Для водородно-кислородных топливных элементов значение Δ G f = (− 237191) кДж/кг моль и изменение энтальпии Δ H  = (− 285838) кДж/кг моль при 25°C.

Преимущества электростанций на топливных элементах в том, что они экологичны и бесшумны, так как не имеют вращающихся частей. Существует широкий выбор видов топлива для использования в топливных элементах. КПД установок на топливных элементах может достигать 55–60 %, что сравнительно выше, чем КПД (30–37 %) обычной электростанции. Топливный элемент может быть установлен децентрализованно; таким образом, удается избежать потерь при передаче и распределении.

Основным недостатком современной технологии MCFC является долговечность.Высокие температуры, при которых работают эти элементы, и используемый агрессивный электролит ускоряют разрушение компонентов и коррозию, сокращая срок службы элементов. В настоящее время ученые изучают устойчивые к коррозии материалы для компонентов, а также конструкции топливных элементов, которые удваивают срок службы элемента по сравнению с нынешними 40 000 часов (~ 5 лет) без снижения производительности.

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение электроэнергии

Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) и полностью электрические транспортные средства (EV), в совокупности называемые подключаемыми электромобилями (PEV), накапливают электроэнергию в батареях для питания одного или нескольких электродвигателей.Аккумуляторы заряжаются в основном путем подключения к внешним источникам электроэнергии, произведенным из природного газа, угля, ядерной энергии, энергии ветра, гидроэнергетики и солнечной энергии.

EV, а также PHEV, работающие в полностью электрическом режиме, не производят выхлопных газов. Однако существуют выбросы, связанные с большей частью производства электроэнергии в Соединенных Штатах. Дополнительную информацию о местных источниках электроэнергии и выбросах см. в разделе «Выбросы».

Производство

По данным У.S. Управление энергетической информации, в 2019 году большая часть электроэнергии в стране производилась за счет природного газа, угля и ядерной энергии.

Электроэнергия также производится из возобновляемых источников, таких как гидроэнергетика, биомасса, энергия ветра, геотермальная и солнечная энергия. В совокупности возобновляемые источники энергии выработали около 17% электроэнергии страны в 2019 году.

За исключением фотоэлектрической (PV) генерации, первичные источники энергии используются прямо или косвенно для приведения в движение лопастей турбины, соединенной с электрогенератором.Турбогенераторная установка преобразует механическую энергию в электрическую. В случае природного газа, угля, ядерного деления, биомассы, нефти, геотермальной и солнечной тепловой энергии производимое тепло используется для создания пара, который приводит в движение лопасти турбины. В случае ветряной и гидроэнергетики лопасти турбины приводятся в движение непосредственно потоками ветра и воды соответственно. Солнечные фотоэлектрические панели преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество с помощью полупроводников.

Количество энергии, производимой каждым источником, зависит от сочетания видов топлива и источников энергии, используемых в вашем районе.Чтобы узнать больше, см. раздел о выбросах. Узнайте больше о производстве электроэнергии от Управления энергетической информации Министерства энергетики США.

Передача и распределение электроэнергии

Электроэнергия в Соединенных Штатах часто перемещается на большие расстояния от генерирующих мощностей до местных распределительных подстанций по передающей сети протяженностью почти 160 000 миль высоковольтных линий электропередачи. Генерирующие объекты обеспечивают электроэнергию в сеть при низком напряжении, от 480 вольт (В) на малых генерирующих объектах до 22 киловольт (кВ) на более крупных электростанциях.Как только электроэнергия выходит из генерирующего объекта, напряжение увеличивается или «повышается» с помощью трансформатора (типовой диапазон от 115 кВ до 765 кВ), чтобы минимизировать потери мощности на больших расстояниях. По мере того, как электроэнергия передается по сети и поступает в зоны нагрузки, напряжение понижается трансформаторами подстанции (диапазон от 69 кВ до 4,16 кВ). Чтобы подготовиться к подключению клиентов, напряжение снова снижается (бытовые потребители используют 120/240 В; коммерческие и промышленные потребители обычно используют 208/120 В или 480/277 В).

Подключаемые к сети автомобили и мощность электрической инфраструктуры

Полностью электрические автомобили и гибридные электромобили с подзарядкой от сети представляют новый спрос на электроэнергию, но вряд ли в ближайшем будущем они истощат наши существующие генерирующие ресурсы. Значительное увеличение количества этих транспортных средств в Соединенных Штатах не обязательно потребует добавления новых мощностей по выработке электроэнергии в зависимости от того, когда, где и на каком уровне мощности заряжаются транспортные средства.

Спрос на электроэнергию растет и падает в зависимости от времени суток и времени года. Мощности по производству, передаче и распределению электроэнергии должны быть в состоянии удовлетворить спрос в периоды пикового использования; но большую часть времени инфраструктура электроснабжения не работает на полную мощность. В результате электромобили и гибриды PHEV могут практически не создавать потребности в дополнительных мощностях.

Согласно исследованию Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, существующая электроэнергетическая инфраструктура США имеет достаточную мощность для удовлетворения около 73% энергетических потребностей легковых автомобилей страны.Согласно моделям развертывания, разработанным исследователями из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), разнообразие электрических нагрузок домашних хозяйств и нагрузок электромобилей должно способствовать внедрению и росту рынка PEV при расширении сетей «умных сетей». Сети интеллектуальных сетей обеспечивают двустороннюю связь между коммунальным предприятием и его клиентами, а также наблюдение за линиями электропередачи с помощью интеллектуальных счетчиков, интеллектуальных приборов, возобновляемых источников энергии и энергосберегающих ресурсов. Сети интеллектуальных сетей могут обеспечивать возможность мониторинга и защиты жилой распределительной инфраструктуры от любых негативных воздействий из-за увеличения спроса на электроэнергию для транспортных средств, поскольку они способствуют зарядке в непиковые периоды и сокращают затраты для коммунальных служб, сетевых операторов и потребителей.

Анализ NREL также продемонстрировал потенциал синергии между PEV и распределенными источниками возобновляемой энергии. Например, маломасштабные возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи на крыше, могут как обеспечивать чистую энергию для транспортных средств, так и снижать спрос на распределительную инфраструктуру за счет выработки электроэнергии рядом с точкой потребления.

Коммунальные предприятия, производители транспортных средств, производители зарядного оборудования и исследователи работают над тем, чтобы PEV плавно интегрировались в U.С. электроэнергетическая инфраструктура. Некоторые коммунальные службы предлагают более низкие тарифы в непиковое время, чтобы стимулировать зарядку жилых транспортных средств, когда спрос на электроэнергию самый низкий. Транспортные средства и многие типы зарядного оборудования (также известного как оборудование для питания электромобилей или EVSE) можно запрограммировать на отсрочку зарядки до непикового времени. «Умные» модели даже способны связываться с сетью, агрегаторами нагрузки или владельцами объектов/домов, что позволяет им автоматически взимать плату, когда спрос на электроэнергию и цены на нее оптимальны; например, когда цены самые низкие, соответствующие местным потребностям распределения (таким как температурные ограничения) или соответствующие возобновляемым источникам энергии.

Структура и регулирование электроэнергетики

Структура и регулирование электроэнергетики

В течение почти ста лет основным структурным элементом электроэнергетического сектора была вертикально интегрированная коммунальная служба, деятельность которой регулировалась комиссией по коммунальным предприятиям в штате (штатах), в котором эта коммунальная служба работала. Грубо говоря, цепочка электроснабжения состоит из трех звеньев (показаны на рис. 5.4): генерация, передача и распределение. Генераторы — это электростанции, которые производят электричество различными способами, включая сжигание ископаемого топлива или отходов, использование кинетической энергии воды и ветра и расщепление ядер.Различные генераторы, часто расположенные на больших расстояниях от центров потребления, подключаются к высоковольтной сети передачи. Ближе к точке потребления передающая сеть соединяется (через серию понижающих трансформаторов) с распределительной сетью более низкого напряжения. Второй ряд трансформаторов соединяет отдельных потребителей с распределительной сетью.

Рисунок 5.4: Звенья в цепочке поставок электроэнергии

Сектор электроэнергетики долгое время рассматривался как экономия за счет масштаба и охвата.Термин «экономия от масштаба» означает, что средние и предельные издержки производства снижаются по мере увеличения выпуска фирм, другими словами, ситуации, когда более крупные фирмы более эффективны, чем более мелкие. Фирмы, демонстрирующие эффект масштаба, независимо от того, сколько они производят, часто называют «естественными монополиями». Термин «экономия масштаба» в данном случае означает, что одна фирма может предоставлять услуги по производству, передаче и распределению более эффективно, чем отдельные фирмы, предоставляющие каждый тип услуг.Такой тип фирмы называют «вертикально интегрированной» фирмой. Экономия за счет масштаба была оправданием предоставления монопольных франшиз электроэнергетике, в то время как экономия за счет масштаба была оправданием для продолжающейся вертикальной интеграции фирм в отрасли. С реформой электроэнергетического сектора в США допущение об экономии за счет масштаба в генерирующем бизнесе было поставлено под сомнение, но «проводные» сегменты цепочки поставок (передача и распределение) по-прежнему считаются демонстрирующими экономию за счет масштаба и, таким образом, по-прежнему жестко регулируется.

Появление экономически жизнеспособной мелкомасштабной или «распределенной» генерации в некоторых местах начало переворачивать традиционные представления об экономии за счет масштаба производства, а также о том, в какой степени распределение электроэнергии может быть конкурентоспособным бизнесом. Мы не будем подробно обсуждать эти вопросы в этом курсе, но если вам интересно узнать об этих типах прорывных технологий, AE 862 посвящает этой теме целый семестр.

Электроэнергия в настоящее время вырабатывается двумя типами фирм.Первый тип — это традиционная вертикально интегрированная утилита. Эти фирмы генерируют энергию для продажи своим клиентам или для продажи на открытом рынке. Второй тип — это некоммерческий генератор, также называемый независимым производителем электроэнергии (IPP) или коммерческим генератором. У этих фирм обычно нет клиентов, потребляющих электроэнергию; они просто производят электроэнергию и продают ее коммунальным предприятиям, у которых есть клиенты. На конкурентном рынке электроэнергии ПИС, скорее всего, будут финансово успешными только в том случае, если они смогут производить электроэнергию по ценам ниже преобладающих рыночных цен или ниже затрат, взимаемых коммунальным предприятием.

Реструктуризация электроэнергетики существенно изменила бизнес-модель коммунальных предприятий в тех районах США, где она была проведена. Детали реструктуризации оставлены для следующего урока, но карта на рис. 5.5 даст вам некоторое представление о районах Северной Америки, которые активно участвовали в реструктуризации электроэнергетики, по сравнению с теми, которые сопротивлялись реструктуризации и конкуренции в пользу традиционной модели энергоснабжения. регулируемая и вертикально интегрированная электроэнергетическая компания. Считается, что районы, в которых были созданы «Региональные передающие организации», как показано на карте, в той или иной степени реструктурировали электроэнергетическую промышленность.

Рисунок 5.5: Цветные регионы на карте представляют собой части Северной Америки, которые участвовали в той или иной форме реструктуризации электроэнергии посредством создания «Региональных передающих организаций», которые управляют конкуренцией между производителями электроэнергии на региональной основе. Незатененные участки сохранили традиционную структуру регулируемой вертикально-интегрированной электростанции.

Хотя в электроэнергетике почти целое столетие доминировали вертикально интегрированные коммунальные предприятия, начало отрасли было совсем другим.После открытия электростанции Эдисона на Перл-стрит в 1882 году в финансовом районе Нью-Йорка отрасль возникла в эпоху, характеризующуюся острой конкуренцией между Эдисоном, его соперниками и муниципальными кооперативами. Энергия постоянного тока Эдисона требовала, чтобы генерирующие станции располагались в пределах мили от электрических фонарей. Десять лет спустя Эдисон объединил свою компанию с фирмой, специализирующейся на технологиях переменного тока (AC), и образовал General Electric. Мощность переменного тока была более эффективной для питания двигателей, чем мощность постоянного тока, и ее можно было передавать на большие расстояния, что позволяло крупным центральным генерирующим станциям снабжать многих клиентов.

К 1910 г. возник консенсус в отношении того, что вертикально интегрированным компаниям следует предоставить монопольный статус в пределах географической зоны в обмен на регулирование, которое обяжет их обслуживать потребителей по ценам и на условиях, которые регулируются соответствующими государствами, в которых эти компании работали, но давали они по существу гарантировали норму прибыли, которая могла привлечь капитал. Энергетические компании поддерживали государственное регулирование как барьер для входа потенциальных конкурентов и как способ снизить высокие затраты на управление лоскутным бастионом местного регулирования против лоскутного одеяла местного регулирования.Это положило начало многолетней эре, известной как «консенсус полезности».

В большинстве случаев регулирование коммунальных услуг происходит посредством процесса, известного как «установление ставок на основе затрат» или «регулирование нормы прибыли». В соответствии с регулированием нормы прибыли коммунальное предприятие устанавливает цены (ставки, уплачиваемые розничными потребителями) для возмещения затрат, связанных с предоставлением услуг, плюс уровень прибыли, определяемый государственной комиссией по коммунальным предприятиям. Важно помнить, что это регулирование в Соединенных Штатах происходило на уровне штатов, а не на федеральном уровне.В течение многих десятилетий федеральное правительство играло относительно незначительную роль в регулировании деятельности конкретных коммунальных компаний. Федеральное правительство действительно сыграло важную роль в повсеместной электрификации американской сельской местности, отчасти за счет принятия федеральной политики, такой как Закон об электрификации сельских районов, и федеральных энергетических проектов, таких как те, которые находятся в ведении Управления долины Теннесси и Управления энергетики Бонневилля. Как мы узнаем из Урока 6, процесс «дерегулирования» на самом деле привел к существенной передаче полномочий по регулированию электроэнергетики от штатов к федеральному правительству.

Следующие короткие видеоролики содержат дополнительные пояснения по регулированию нормы прибыли.

Видео: Регулирование сети — Часть A (4:35)

Видео 5.3: Регулирование сети — часть A.

Нажмите, чтобы просмотреть расшифровку Регламента электросетей — Часть A.

Итак, это коммунальное предприятие работало в соответствии с тем, что мы называем моделью регулируемой монополии или регулируемой франшизы. модель регулируемой монополии или регулируемой франшизы была предоставлена ​​государством, географической территорией, на которой оно имело монополию на производство электроэнергии, передачу электроэнергии и продажу электроэнергии.Таким образом, это коммунальное предприятие было не только вертикально интегрированной фирмой, но и вертикально интегрированной монополией. Таким образом, в течение семи десятилетий коммунальное предприятие не могло иметь конкурентов ни в одной части своего бизнеса. И в обмен на это, в обмен на предоставление этой государственной монополии, коммунальные предприятия согласились на то, чтобы их цены и их прибыль регулировались органом государственного уровня, называемым комиссией по коммунальным предприятиям. Таким образом, комиссия коммунальных предприятий фактически устанавливала цену, которую коммунальное предприятие могло взимать за электроэнергию.Он также устанавливает цену, которую коммунальное предприятие может взимать с различных типов клиентов. Итак, у Penn State была другая цена, чем у Сета Блумсака. И комиссия по коммунальным предприятиям в конечном счете устанавливала эти цены. Комиссия по коммунальным предприятиям также решила, какие инвестиции будет разрешено делать коммунальному предприятию. Или не совсем сделать, а какие инвестиции коммунальные службы могли бы заставить платить своих клиентов. Итак, коммунальные службы в основном имели эту монополию. И они были очень строго регламентированы, и их операции были очень строго регламентированы.И в основном у них была одна работа, вроде как две работы. Первая задача заключалась в том, что они должны были снабжать электроэнергией то, что отличалось. Значит, они не могли сказать людям, что я не буду снабжать вас электричеством. Другое дело, что они в основном должны были надежно эксплуатировать систему. Таким образом, они должны были управлять системой таким образом, чтобы у вас не было большого количества отключений электроэнергии. Таким образом, их обязанностью было, по сути, обслуживать всех клиентов и не нарушать систему.

[Вопрос] Это все утилиты?

Итак, вы видите, как у системы были свои взлеты и падения.Это создало очень стабильный экономический климат для коммунального бизнеса. И она смогла занимать деньги и привлекать инвестиции по очень привлекательным ставкам доходности. Потому что, если коммунальное предприятие имеет гарантированную норму прибыли в размере 10%, и в этом нет никакого риска, если вы потенциальный инвестор, который собирается одолжить коммунальному предприятию деньги, вдруг это выглядит как манна небесная. И поэтому это создало очень стабильный экономический климат для коммунальных служб. И это позволило, в принципе, довольно быстро электрифицировать США.

Авторы и права: Сет Блумсак

Видео: Регулирование сети — Часть B (3:42)

Видео 5.4: Регулирование сети — Часть B.

Нажмите, чтобы просмотреть стенограмму Регламента электросетей — Часть B .

Таким образом, изменения в стоимости топлива обычно разрешалось передавать непосредственно потребителям. Таким образом, если цена всего топлива, которое коммунальная служба должна была купить, удвоилась, то часть вашего счета за электроэнергию, вырабатываемая за электроэнергию, удвоится.Таким образом, коммунальным службам обычно разрешалось это делать. Большинство государственных регулирующих органов делят затраты на коммунальные услуги на капитальные вложения — в провода, подстанции, электростанции и тому подобное — и эксплуатационные расходы, такие как затраты на рабочую силу и топливо. И в основном сделка, которую коммунальные предприятия заключили с комиссией по коммунальным предприятиям, заключалась в том, что они могли переложить все свои эксплуатационные расходы на потребителей. Таким образом, если цены на топливо вырастут, цены на электроэнергию вырастут. Но им не разрешалось зарабатывать на топливе.Но им было позволено получать прибыль от вещей, которые они построили. Это называлось ставками. Таким образом, каждый раз, когда коммунальное предприятие строит новую электростанцию ​​или новую линию электропередачи, оно получает прибыль от этих инвестиций.

Таким образом, этот регламент надолго создал очень стабильный климат. Вы могли видеть, где у нас могут начаться некоторые проблемы. Во-первых, если прибыль коммунального предприятия росла каждый раз, когда оно что-то строило, то коммунальные предприятия придерживались такого мышления, при котором их бизнес-модель заключалась в том, чтобы строить вещи.Во-вторых, когда вы тратите чужие деньги, возможно, вы не так осторожны с ними, как могли бы быть в противном случае. Но то, что экономисты назвали бы проблемами стимулов, существовало долгое время. Но на самом деле они не проявлялись до 1970-х годов, когда у нас фактически произошло два события одновременно. Во-первых, у нас был энергетический кризис 1970-х годов. И цены на топливо резко выросли. В то время 20% электроэнергии в США производилось из нефти. Итак, когда цены на нефть резко выросли, это повлияло на стоимость производства электроэнергии.Во-вторых, по экологическим и другим причинам коммунальные предприятия во многих штатах были наполовину вынуждены, наполовину решили сделать крупные инвестиции в атомные электростанции. И, как оказалось, коммунальные службы не умели строить и эксплуатировать атомные электростанции ужасно хорошо. Итак, были всевозможные задержки, и перерасход средств, и рост затрат с атомными электростанциями. И из-за этой сделки, которую коммунальные предприятия заключили со своими регулирующими органами, все или большая часть этих затрат в конечном итоге должны были быть оплачены потребителями коммунальных услуг.

Авторы и права: Сет Блумсак

Нетрадиционные сторонние клиенты Распределение энергии воздействия

Деятельность

DER по-прежнему имеет место в основном в области пилотных или демонстрационных проектов, где субсидии сделали возможным финансирование, предоставляя новым технологиям место для разработки и тонкой настройки. Более 40% респондентов назвали свои инвестиции в РЭР демонстрационными или тестовыми проектами, а более 20% заявили, что РЭР не является частью их инвестиционных планов.

Результаты опроса также намекают на растущее значение источников дохода за счетчиком: три четверти респондентов видят возможность получения дохода за счетчиком. Только около 18% респондентов считают, что счетчики не приносят дохода.

Эксперты считают, что это показывает, что внимание, которое уделяется счетчику с точки зрения DER, не является тривиальным. Уровень ожиданий доходов среди респондентов значителен. Что касается респондентов, не связанных с коммунальными услугами, то они больше автоматизируются и уделяют больше внимания реагированию на спрос, стремясь создать доход для своих компаний.

Что касается полезности, то эти результаты подтверждают, что даже имея монополию на свою клиентскую базу, они должны находить новые источники дохода, предлагая больше продуктов и услуг своим пользователям. Они должны начать мыслить больше как традиционный бизнес, чем традиционные коммунальные услуги, и брать на себя больший риск в отношении продуктов и услуг, которые привязаны к отчету о прибылях и убытках, а не к базовой ставке.

Поскольку организации берут на себя гораздо больше энергетических функций с увеличением количества новых технологий и оборудования для производства электроэнергии, опрос выявил большой разрыв между объемом задействованных DER и использованием распределенных систем управления энергетическими ресурсами (DERMS), которые помогают управлять ими. через компьютерное программное обеспечение.

Согласно опросу, только 1 процент респондентов активно использует DERMS, а еще 7 процентов тестируют часть своей системы. Однако более 60 процентов не планируют устанавливать DERMS или не знают, будут ли они когда-нибудь это делать. Эксперты связывают этот пробел с тем, что многие организации решили начать управлять своими РЭР по частям или самостоятельно, что может быть чрезвычайно сложно и непосильно.

Прежде чем активность DER продолжит расти, коммунальные предприятия должны изучить барьеры, которые продолжают стоять на пути прогресса.Неудивительно, что финансирование и стоимость технологий остаются самыми большими препятствиями, блокирующими рост РЭР. Более половины респондентов (56%) назвали «экономику РЭР», а 55% назвали самым большим препятствием стоимость технологий РЭР.

Эксперты считают, что для сохранения инвестиций в РЭР финансовые субсидии должны оставаться ключевой частью финансового уравнения. В противном случае могут пострадать инвестиции в РЭР и общая динамика рынка.

3 Технологии производства возобновляемой электроэнергии | Электроэнергия из возобновляемых ресурсов: состояние, перспективы и препятствия

Эрнст, Б., Б. Оклиф, М.Л. Альстрем, М. Ланге, К. Мёрлен, Б. Ланге, У. Фокен и К. Рориг. 2007. Прогнозирование ветра. Журнал IEEE Power & Energy 5(6):78-89.

ETSO (Европейские операторы системы передачи). 2007 г. Исследование европейской ветроэнергетики (EWIS) на пути к успешной интеграции ветроэнергетики в европейские электрические сети. Брюссель. Доступно по адресу http://www.etsonet.org/upload/documents/Final-report-EWIS-phase-I-approved.pdf.

Флетчер, Э.А. 2001. Солнечная тепловая обработка: обзор.Журнал солнечной энергетики 123: 63-74.

Гюк, И. 2008. Аккумулирование энергии для более экологичной сети. Презентация на третьем заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 16 января 2008 г. Вашингтон, округ Колумбия,

.

Хоулинз Д. и М. Ротледер. 2006. Развитие роли прогнозирования ветра в работе рынка в CAISO. Стр. 234–238 на конференции и выставке Power Systems, 2006 г. (PSCE ’06). Вашингтон, округ Колумбия: Институт инженеров по электротехнике и электронике.

IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике). 2005. Выпуск за ноябрь/декабрь: Работа с ветром — интеграция ветра в энергосистему. Журнал IEEE Power & Energy 3 (6).

IEEE. 2007а. Выпуск за ноябрь/декабрь: интеграция ветроэнергетики, политика вождения и экономика. Журнал IEEE Power & Energy 5 (6).

Джонс, А.Т. и У. Финли. 2003. Последние разработки в области градиента солености. Стр. 2284-2287 в ОКЕАНАХ 2003: Празднование прошлого, объединение в будущее.Колумбия, Мэриленд: Общество морских технологий.

Кинг, Д.Л., В.Е. Бойсон и Дж.А. Мраточвиль. 2004. Модель производительности фотоэлектрической решетки. Отдел исследований и разработок фотоэлектрических систем. Альбукерке, Северная Мексика: Sandia National Laboratories.

Кропоски, Б. 2007. Объединение и хранение возобновляемой энергии. Презентация на первом заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 18 сентября 2008 г. Вашингтон, округ Колумбия

Манчини Т., П. Хеллер, Б. Балтер, Б.Осборн, С. Вольфганг, Г. Вернон, Р. Бак, Р. Дайвер, К. Андрака и Дж. Морено. 2003. Системы Dish Stirling: обзор развития и состояния. Журнал солнечной энергетики 125: 135-151.

Маккенна Дж., Д. Блэквелл, К. Мойес и П.Д. Паттерсон. 2005. Геотермальная электроэнергия возможна на побережье Мексиканского залива, в водах нефтяных месторождений Мидконтинента. Журнал Oil & Gas (5 сентября): 3440.

Miles, AC 2008. Гидроэнергетика в Федеральной комиссии по регулированию энергетики. Презентация на третьем заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых ресурсов, 16 января 2008 г.Вашингтон, округ Колумбия

Миллс Д., П. Ле Ливр и Г. Л. Моррисон. 2004. Подход к более низким температурам для очень больших солнечных электростанций. Материалы 12-го Международного симпозиума по солнечной энергии и химическим энергетическим системам (SolarPACES ’04), Оахака, Мексика. Доступно на http://www.ausra.com/pdfs/LowerTempApproach_Mills_2006.pdf.

Интеграция возобновляемых источников энергии в энергосистему

Коммунальное производство

Централизованные коммунальные станции возобновляемой энергии сравнимы с электростанциями, работающими на ископаемом топливе, и могут генерировать от нескольких до сотен мегаватт (МВт) энергии.Подобно станциям, работающим на природном газе, угле и атомным электростанциям, крупные электростанции на возобновляемых источниках энергии производят электроэнергию, которая передается по линиям электропередачи, преобразуется в более низкое напряжение и передается по распределительным линиям в здания и дома.

Однако, в отличие от обычных электростанций, работающих на ископаемом топливе, электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии, как правило, не могут диспетчеризироваться (или не могут вырабатывать электроэнергию при необходимости), поскольку они зависят от переменных ресурсов, таких как солнце и ветер, которые меняются в течение определенного периода времени. день. Кроме того, поскольку ветровая и солнечная энергия имеют нулевую стоимость топлива, они получают приоритет в порядке отправки, а это означает, что их производство используется раньше других типов генераторов.(Чтобы лучше понять, как распределяется производство электроэнергии, прочитайте «Рынки электроэнергии 101».)

Распределенная генерация

На другом конце спектра малые бытовые и коммерческие возобновляемые источники энергии обычно находятся в диапазоне от 5 до 500 киловатт (кВт). Большинство этих небольших возобновляемых источников энергии представляют собой солнечные панели, размеры которых легко настраиваются (разбивку по типам солнечных батарей см. на стр. 3 этого документа RMI). Эти распределенные ресурсы обычно располагаются дома или на предприятии (например, солнечные панели на крыше).В отличие от крупных централизованных электростанций, использующих возобновляемые источники энергии, которые подключаются к сети через высоковольтные линии электропередачи, распределенные ресурсы, подобные этим, подключаются к сети через электрические линии в распределительной сети более низкого напряжения, которые являются теми же линиями, которые доставляют электроэнергию потребителям.

Часто эти проекты происходят « за счетчиком », что означает, что электричество вырабатывается для использования на месте (например, солнечная система на крыше, которая снабжает дом электроэнергией).Эти небольшие распределенные проекты обычно снижают спрос на электроэнергию в источнике, а не увеличивают предложение электроэнергии в сети. Например, когда светит солнце, дом с солнечными панелями на крыше может не нуждаться в электричестве из сети, потому что его солнечные панели вырабатывают достаточно электроэнергии для удовлетворения потребностей жителей.

Возобновляемые источники энергии в масштабах сообщества, которые больше, чем проекты на крыше, но меньше, чем коммунальные предприятия, также подключены к сети через распределительные линии и поэтому также считаются распределенной генерацией.Однако, в отличие от небольших возобновляемых источников энергии на крышах, возобновляемые источники энергии в масштабе сообщества находятся « перед счетчиком », что означает, что вырабатываемая ими энергия не используется на месте, а поступает в распределительную сеть для использования домами и предприятиями в районе. ближняя окрестность.

Сравнение типов генерации

Как централизованная, так и распределенная генерация возобновляемых источников энергии имеют свои преимущества и издержки для клиентов и сетевых операторов. С экономической точки зрения централизованные возобновляемые источники энергии в коммунальном масштабе намного дешевле, чем распределенные ресурсы из-за эффекта масштаба.По состоянию на ноябрь 2018 года приведенная стоимость 90 342 (чистая приведенная стоимость затрат на производство электроэнергии в течение срока службы электростанции) солнечной энергии на крыше оценивалась в 3,5–7 раз дороже за МВтч по сравнению с солнечными батареями коммунального масштаба.

Помимо того, что централизованные проекты дешевле, сетевому оператору часто намного легче контролировать централизованные проекты. Поскольку распределенные возобновляемые источники энергии часто бывают небольшими и за пределами счетчика, их может быть очень трудно отслеживать с точки зрения оператора сети, и это может значительно усложнить прогнозирование нагрузки (подробнее см. здесь).По большей части сетевые операторы знают о существовании этих проектов только потому, что они заметно снижают потребительский спрос на электроэнергию в определенное время суток.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.