- •Предисловие
- •1. Сжигание топлив в кипящем слое
- •1.1. Сжигание твердых топлив в топках котлов с классическим кипящим слоем
- •1.2. Топки с циркулирующим кипящим слоем
- •1.2.1. Отечественные котлы с циркулирующим кипящим слоем
- •1.2.2. Котлы с циркулирующим кипящим слоем под давлением
- •1.2.3.Зарубежные котлы с кипящим слоем (промышленный опыт)
- •Котлы с кипящим слоем, эксплуатируемые в сша
- •Применение котлов с цкс для сжигания сланцев
- •1.3. Сжигание твердых топлив с использованием аэрофонтанных предтопков
- •2. Плазменная технология
- •3. Разработка новых конструкций топочных камер для сжигания углей
- •3.1. Вихревые топки с жидким шлакоудалением
- •3.2. Принцип технологии вихревого низкотемпературного сжигания
- •3.2.1. Экономичность вир- технологии
- •3.2.2. Экологические показатели
- •3.2.3. Надежность и маневренность вир-технологии
- •3.2.4. Результаты испытаний модернизированного котла пк-38 (ст. № 3а) Назаровской грэс
- •3.3. Пылеугольный котел с кольцевой топкой для крупных энергоблоков
- •4. Термическая подготовка углей перед сжиганием в условиях тэс
- •4.1.Термическая подготовка углей в термоциклонных предтопках
- •4.2. Разработки эниНа
- •4.3. Работы Политехнического института сфу по применению предварительной термической подготовки углей в условиях тепловой электростанции
- •4.3.1. Разработка технологии сжигания с внутритопочной термической подготовкой углей
- •4.3.2.Принципиальные схемы термической подготовки углей для организации безмазутной растопки и подсветки факела топочных камер котлов
- •20, 21, 24, 25, 26, 29 – Щелевые зазоры; 22 – нижние торцы амбразур;
- •26, 27, 28, 29 – Зазоры
- •4.3.3. Опытно-промышленный образец муфельного предтопка на котле бкз-420 140 Красноярской тэц-2
- •4.3.4. Система термоподготовки для организации муфельной растопки котлов Томь-Усинской грэс
- •4.3.5. Универсальная горелка для котлов пк-40-1 Беловской грэс
- •Птб при включении питателей пыли на муфеле:
- •Птб при расшлаковке абразуры муфеля при работе в режиме основной горелки:
- •4.3.6. Универсальная всережимная горелка для котлов бкз-420-140 Красноярской грэс-2
- •5. Сжигание водотопливных суспензий
- •5.1. Современное состояние технологии сжигания водотопливных суспензий
- •5.2. Основные технологические характеристики водотопливных суспензий
- •5.3. Опыт применения водоугольных суспензий
- •5.4. Суспензионное топливо для мазутных тэс и котельных
- •5.5. Опыт применения водомазутных эмульсий на энергетических котлах тгмп-314 и тгм-96 тэц-23 оао «Мосэнерго»
- •5.6.Разработки научно-исследовательского и проектно-изыскательского института «Новосибирсктеплоэлектропроект» Сибирского энтц
- •5.7. Исследования мэи (Технический университет) по применению водомазутных эмульсий для улучшения технико-экономических и экологических характеристик котельных агрегатов
- •5.8. Технико-экономическая перспективаиспользования суспензионного угольного топлива
- •6. Гидравлические электрические станции
- •3 Сопло; 4 рабочее колесо; 5 кожух; 6 отклонитель; 7 лопасти (ковши); 8 нижний бьеф
- •Состав и компоновка основных сооружений
- •Плотины
- •Типы и параметры гидрогенераторов
- •Малые гэс
- •7. Геотермальная энергетика
- •7.1. Использование геотермальных ресурсов в мире
- •7.2. Геотермальные ресурсы России
- •7.3. Геотермальные энергетические технологии и оборудование России
- •1 Скважина; 2 бак-аккумулятор; 3 расширитель; 4 турбина; 5 генератор;
- •6 Градирня; 7 насос; 8 смешивающий конденсатор; 9, 10 насос
- •7.4. Российские бинарные энерготехнологии
- •7.4. Геотермальное теплоснабжение
- •7.5. Перспективы развития геотермальной энергетики России
- •7.6. Опытная геотермальная электростанция, основанная на цикле а.И.Калины
- •8. Ветроэнергетические установки
- •8.1. Состояние и перспективы развития мировой ветроэнергетики
- •8.2. Высотная ветроэнергетическая установка
- •8.3. Ветроэнергетика в заполярных условиях
- •Основные направления развития ветроэнергетики в заполярных условиях
- •Преимущества применения энергии ветра в заполярных и холодных климатических условиях
- •Специфика развития ветроэнергетики и эксплуатации вэу при холодном климате
- •Использование энергии ветра для отопления в условиях холодного и заполярного климата
- •Новая ветро-дизельная электрическая установка
- •9. Альтернативные способы получения электроэнергии
- •9.1. Магнитогидродинамическое преобразование энергии
- •2 Сопло; 3 мгд-генератор; 4 место конденсации щелочных металлов; 5 насос; 6 место ввода щелочных металлов
- •9.2. Термоэлектрические генераторы
- •9.3. Изотопная энергетика
- •9.4. Термоэмиссионные генераторы
- •1 Катод; 2 анод
- •9.5. Электрохимические генераторы
- •3 Электролит; 4 анод
- •9.6. Использование морских возобновляемых ресурсов
- •9.6.1. Приливные электростанции
- •Агрегаты пэс
- •9.6.2. Океанские гидроэлектростанции (огэс) на основе морских течений Физические основы работы огэс
- •9.6.3. Волновые электростанции
- •9.6.4. Использование тепловой энергии океана
- •9.7. Солнечная энергетика
- •9.7.1. Современное состояние солнечной энергетики
- •Типы циркуляционных и гравитационных гелиоустановок:
- •9.7.2.Разработка и внедрение первой в районе Сочи солнечно-топливной котельной
- •9.7.3. Разработка и испытания солнечно-топливной котельной в Краснодарском крае
- •9.7.4. Повышение эффективности преобразования солнечной энергии
- •Повышение числа часов использования установленной мощности сэс
- •Увеличение срока службы и снижение стоимости солнечной электростанции
- •9.8. Использование энергии термоядерных реакций
- •9.9. Комбинированные энергоустановки
- •9.10. Биоэнергетические установки
- •9.10.1. Вклад биотоплива в мировое производство энергии
- •9.10.2. Прямое сжигание
- •9.10.3. Пиролиз
- •Газификация биомассы
- •9.10.5. Виды топлив, получаемых из биомассы
- •9.10.6. Перспективы развития биоэнергетики России с использованием древесины
- •Прямое сжигание древесины Олонецкая теплостанция на древесных отходах
- •Разработчик и изготовитель котла на биотопливе
- •Принцип действия котла с колосниковой решеткой. Процесс горения и факторы, влияющие на него
- •Циркуляция воды в котле
- •Газогенераторные установки на древесине для получения тепловой и электрической энергии
- •9.11. Подземная газификация углей
- •9.14.1. Отечественный опыт подземной газификации угля
- •Подземная газификация угля в г. Красноярске
- •9.15. Тепловые насосы
- •9.15.1. Перспективы применения тепловых насосов
- •9.15.2. Тепловые насосы в системах малой энергетики
- •Заключение
- •Библиографический список к главе 1
- •К главе 2
- •К главе 3
- •К главе 4
- •К главе 5
- •К главе 6
- •К главе 7
- •К главе 8.
- •К главе 9
8. Ветроэнергетические установки
8.1. Состояние и перспективы развития мировой ветроэнергетики
В последние годы чрезвычайно бурно развивается ветроэнергетика. Во многих странах она является приоритетным направлением энергосбережения и использования экологически чистой возобновляемой энергии.
Практически ежемесячно по ветроэнергетике проводятся различные семинары, международные выставки и конференции. Наиболее представительны и популярны мероприятия, проводимые Всемирной ветроэнергетической ассоциацией (ВВЭА) и Европейской ветроэнергетической ассоциацией. Так, в ноябре 2004 г. в Китае состоялись Третья Всемирная конференция и выставка по ветроэнергетике и возобновляемым энергоисточникам, проведенные ВВЭА совместно с Ветроэнергетическими ассоциациями Азии и КНР в Пекине. Все мероприятия проводились в Центре международных форумов, построенном в новом современном районе Пекина, где в 2008 г. проходили очередные Олимпийские игры.
Китайская сторона проявила большой интерес к конференции и выставке, и все мероприятия проводились при поддержке центральных министерств и органов страны, Академии наук, ассоциаций промышленников, ученых и других общественных организаций.
В последние время Китайская Народная Республика успешно развивает свое народное хозяйство. Население КНР составляет более 20 % населения планеты, и по основным экономическим показателям развития страна уверенно выходит на второе место в мире. Эти успехи имеют для нее историческое значение.
Китай занимает ведущие позиции и в развитии возобновляемой энергетики, особенно солнечной тепловой энергетики и биоэнергетики. Страна очень активно работает и над дальнейшим развитием ветроэнергетики. В Китае установлена 41 ветроэнергетическая станция общей мощностью около 700 МВт, смонтирована ветроэнергетическая установка мощностью 1300 кВт. К 2010 г. КНР довела мощность ВЭУ до 20 000 МВт.
Страна очень активно действует на рынке ветроэнергетики и производит комплектные ВЭУ мощностью до 750 кВт, а также лопасти и многие элементы для этих установок. Проведенные выставка и конференция были крупнейшими с 1970 г. форумами по данной проблеме за пределами Европы и Америки, в которых участвовало около 1000 человек. На выставке демонстрировалась продукция 70 экспонентов. Россия была представлена шестью участниками, четверо из которых были от фирмы «Сеймет труп» и ГосМКБ «Радуга».
На конференции выступило более 200 докладчиков с сообщениями по восьми направлениям: политика и рынок; экономика, общество, окружающая среда; сетевые системы и ветровые электростанции; гибридные системы, накопители энергии; финансирование; образование и обучение; независимые (автономные) ветровые системы; развитие и технологии.
Как неоднократно отмечалось, общий доступный ветровой ресурс в мире, который может быть технически использован, оценивается в 53000 ТВтч в год. Это более чем вдвое превышает прогнозируемое на 2020 г. потребление электроэнергии.
Установленная мощность ВЭС в мире за 10 последних лет увеличилась в 10 раз и на конец 2010 г. составила около 50000 МВт. В докладах представителей ВВЭА, Германии, Испании, США были озвучены следующие основные цифры по развитию ветроэнергетики в мире:
1998 г. – 10 000 МВт; 2003 г. – 40 000 МВт; 2004 г. – 50 000 МВт; 2008 г. – 100 000 МВт.
С 1996 г. установленная мощность ВЭУ во всем мире росла со среднегодовым темпом роста близким к 20 – 40 %. За последнее десятилетие примерно каждые два с половиной года объем установленной мощности удваивался. Только в 2004 г. было введено в эксплуатацию более 10 000 МВт новых генерирующих мощностей.
На конец 2010 г. суммарная установленная мощность ВЭУ в 55 странах мира составляла примерно 17 700 МВт, из них в Германии – 6 100, в США и Испании – по 2 500, в Дании – 2 300, в Индии – 1 100 МВт. На долю этих пяти ведущих стран приходилось свыше 82 %, а если добавить Нидерланды, Италию, Великобританию, Китай и Швецию, то 92 % общей установленной мощности ВЭУ в мире. В 2005 г. Германия имела установленную мощность ВЭУ около 18000, Испания – 8 000, США – примерно 7 000 МВт.
Темпы роста ветроэнергетики в мире очень высоки. Решающая роль в этом принадлежит европейским странам, на их долю приходится более 70 % мировой установленной мощности ВЭУ.
По данным американского электроэнергетического института (EPRJ), стоимость 1 кВт/ч электроэнергии на современных ВЭС за последние 10 лет снизилась с 15 – 20 до 4 – 7 центов и сегодня сравнима со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой традиционными электростанциями: 5 – 9 цент/(кВт • ч) на АЭС, 4 – 5 на угольных и газовых ТЭС и 5 – 20 на ГЭС.
Значительное снижение стоимости электроэнергии объясняется:
– высокими годовыми темпами производства ветроэнергетического оборудования;
– высоким темпом роста средней мощности ВЭУ и ВЭС;
– ростом коэффициента использования установленной мощности;
– внедрением новых научно-технических и конструктивно-компоновочных решений.
Следует отметить тот факт, что прямое сравнение затрат на выработку электроэнергии различными источниками энергии не учитывает дополнительных издержек, связанных с экологическими последствиями.
Согласно исследованиям, проведенным в соответствии с «Проектом Эсктер Е», эти издержки оцениваются, цент/(кВт • ч), для электростанций: атомных 0,2 – 0,6; газовых ТЭС 1 – 4; угольных ТЭС 2 – 15; ВЭС 0,05 – 0,25.
Для тяжелого машиностроения, производящего ветроэнергетическое оборудование, темпы роста в 20 – 25 % являются высокими, но ветроэнергетика развивалась в первые годы своего коммерческого использования гораздо более быстрыми темпами.
В Европе важным фактором развития ветроэнергетики станет открытие рынка прибрежных (офшорных) ветроэнергетических установок. Однако интенсивное развитие отрасли в развивающихся странах будет зависеть от стабильности политической ситуации.
В XX в. существенный прогресс в строительстве АЭС и крупных ГЭС был достигнут достаточно быстро. В настоящее время АЭС вырабатывают 16, а большие ГЭС – 19 % общемирового производства электроэнергии.
В начале XXI в. ветроэнергетика стала коммерческой отраслью, которая вполне может быть крупным производителем электроэнергии.
Как ожидается, в течение следующего десятилетия средняя мощность устанавливаемых ВЭУ вырастет с 1 300 кВт (1,3 МВт) в 2005 г. до 1,5 МВт в 2007 г. и до 2,5 МВт в 2012 г. Модульная компоновка ВЭС и возрастающая с 2,5 – 3,0 до 5,0 МВт и более единичная мощность ВЭУ позволят обеспечить условия для создания крупных энергосистем в масштабе страны и даже суперэнергосистемы, объединяющей энергосистемы различных стран (транснациональная энергосистема). Благодаря этому будут существенно улучшены надежность и эффективность функционирования ВЭС. Следовательно, развитие ветроэнергетики за рубежом идет, с одной стороны, по пути увеличения единичной мощности ВЭУ и их числа в составе ВЭС, а с другой – по пути их объединения в крупные энергосистемы. Все это создает условия для получения дешевой конкурентоспособной электрической и тепловой энергии.
Постоянное совершенствование ВЭС обусловило увеличение их коэффициента использования мощности с 20 до 25 %. Международное энергетическое агентство прогнозирует повышение среднего значения коэффициента использования мощности ВЭС до 28 % к 2011 г. и до 30 % к 2035 г.
Наиболее часто в лопастных системах ВЭУ применяется трехлопастное ветроколесо с горизонтальным расположением оси ротора. Усовершенствование ВЭУ идет по пути увеличения размеров лопастей, высоты башен, улучшения технико-экономических показателей энергетического оборудования и электронного управления, использования лучших композитных материалов. Крупные ВЭУ функционируют в основном с переменной скоростью вращения. Получают распространение схемы, не использующие редуктор и работающие по методу прямого привода.
Наиболее радикальные улучшения были достигнуты в области увеличения мощности и технических показателей ВЭУ. В 1970-х гг. мощность ВЭУ не превышала 25 кВт, а современные типичные коммерчески используемые ВЭУ имеют мощность 750 – 1500, 2000, 2500, 3000 кВт.
В 2000 г. средняя мощность устанавливаемых в Германии ВЭУ впервые превысила 1000 кВт. Самые мощные коммерчески используемые ВЭУ в настоящее время имеют мощность 4500 кВт, диаметр лопастей 112 м и высоту башни более 100 м.
В будущем следует ожидать появления еще более мощных ВЭУ, в особенности на рынке прибрежных ветровых электростанций. В настоящее время разрабатываются ВЭУ мощностью от 5000 до 7000 кВт, а в 2004 г. немецкие и датские компании приступили к изготовлению прототипов таких ВЭУ для офшорных ВЭС.
Американская национальная ассоциация ветроэнергетики сообщает, что электроэнергия от новых ветроэнергетических комплексов большой мощности будет дешевле электроэнергии от тепловых электростанций, к тому же загрязняющих атмосферу. Так, стоимость электроэнергии ветроэнергетического комплекса Stateline мощностью 300 МВт (на границе штатов Вашингтон и Орегон) будет меньше 2,5 цент/(кВт/ ч), а ветрокомплексы штатов Техас, Айова и Миннесота будут генерировать энергию стоимостью 3 цент/(кВт /ч).
Себестоимость производства электроэнергии на лучшей ветроэнергетической установке США при стоимости 765 дол. США за 1 кВт установленной мощности ВЭУ уже сейчас составила 3,61 цента за 1 кВт /ч. Если учесть, что средняя мощность ВЭУ и их коэффициент использования мощности возрастают, то к 2015 г. можно прогнозировать снижение себестоимости производства 1 кВт * ч электроэнергии до 2,62 цента при стоимости установленной мощности в 555 дол. за 1 кВт. Ожидается, что к 2020 г. себестоимость производства электроэнергии снизится до 2,11 цента за 1 кВт * ч при стоимости установленной мощности до 447 дол. за 1 кВт.
Современные коммерческие ВЭУ и ВЭС по своим основным показателям сравнимы с современными электростанциями традиционных типов.
К сожалению, Россия в настоящее время серьезно отстает от промышленно развитых и многих развивающихся стран в практическом использовании энергии ветра, хотя первой в мире начала еще в 1930-е гг. активно заниматься развитием ветроэнергетики.
Россия имеет как потребности, так и возможности для развития ветроэнергетики, особенно в районах Крайнего Севера, на отдаленных и труднодоступных территориях. Значительная часть нашей страны испытывает серьезные трудности с энергоснабжением, причем в местах, где дуют ветры с хорошим энергетическим потенциалом, минимально оцениваемым в 40 млрд кВт/ ч (около 20000 МВт). Использование этого ветропотенциала позволит решить многие вопросы энергоснабжения, улучшить социально-экономическую и экологическую обстановку в этих регионах.
Однако до настоящего времени в России отсутствует производство коммерческих ВЭУ и цена производимых установок при более низком качестве превышает мировые показатели.
Вместе с тем Россия располагает необходимыми кадрами и финансовыми возможностями для успешного решения всех упомянутых научно-производственных и организационных задач развития ветроэнергетики, которое в последние годы тормозится из-за отсутствия законодательной базы и государственной поддержки, а также необходимой организации и координации работ, сил и средств, из-за формальной передачи этой ответственности регионам.
Было бы целесообразно осуществить следующие задачи:
– обратить внимание руководства страны на необходимость развития ветроэнергетики, поскольку надежный, экологически чистый возобновляемый энергоисточник может помочь в решении проблем энергоснабжения районов Крайнего Севера и других отдаленных и труднодоступных территорий;
– ветроэнергетика может стать важным направлением энергосбережения и существенно снять остроту, например «Северного завода»;
– ветроэнергетика может стать дополнительным направлением бизнеса, связанного с производством и эксплуатацией ветроустановок с использованием отечественных наработок и возможностей;
– это не удастся сделать без объединения усилий и возможностей АО-энерго регионов, энергомашиностроительных и оборонных предприятий и других организаций и структур;
– необходимо разработать государственную программу развития ветроэнергетики с участием всех структур, заинтересованных в ее развитии и способных обеспечить ее реализацию;
– необходимо привлечь к этой проблеме внимание администраций регионов, которые помогут обеспечить включение в тарифы на электроэнергию затрат по созданию объектов ветроэнергетики и финансирование программы;
– организации и предприятия, имеющие опыт и возможности, должны осуществлять проектирование ВЭУ и ВЭС, организацию производства ВЭУ, создание ВЭУ и ВЭС «под ключ»;
– минпромэнерго России и другие подобные структуры мгут выступить гарантом и координатором разработки и реализации программы;
– необходимо разработать механизм финансирования программы развития ветроэнергетики, в том числе с использованием возможностей международных двусторонних соглашений, Киотского протокола, бюджетов регионов и других источников реализации программы;
– требуется решить вопрос о создании испытательного и сертификационного центра ветроэнергетики на одном из объектов;
– полезно рассмотреть и возможность использования трансфертов зарубежных технологий, но их следует осуществлять только в случае соответствующего технико-экономического обоснования.