ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ВИДОВ ЭНЕРГИИ И ИХ ОЦЕНОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ
Энергетическая политика XXI века будет основываться на использовании нетрадиционных, возобновляемых, экологически чистых источников энергии: солнечная энергия, энергия ветра, тепло Земли, воды, наружного воздуха и т.п. Одним из значительных подтверждений этого тезиса является одобренная Комиссией Европейских сообществ в начале 2008 года программа по борьбе с глобальным изменением климата, предусматривающая увеличение доли использования возобновляемых источников энергии с 8,5 до 20 % [1].
Общий поток энергии E, излучаемой Солнцем во всех диапазонах длин волн в окружающее пространство, составляет 3,861026Вт(3,861033 эрг/с). Если подсчитать, какую массу теряет Солнце за счет излучения потока в 3,861026 Вт по формуле, связывающей полную энергию тела с его массой m, получим m = E/с2 = 3,86-1026 /(3,108 м/с)2 = 4,3-109кг = 4,3-106 тонн. Таким образом, Солнце теряет в весе каждую секунду 4,3 млн. тонн. Из 4,3 млн.т массы, излучаемой Солнцем в окружающее пространство, на Земную поверхность падает (на половину Земли, освещенную Солнцем) всего около 1,9 кг. Вот из этих 1,9 кг солнечной массы и черпается энергия на все процессы, протекающие в атмосфере и на земной поверхности. Земля получает от Солнца 1,571018 кВт.ч/год энергии, что в десятки тысяч раз больше годового потребления человечеством всех видов энергии.
В связи с этим в работе рассматриваются вопросы возможностей использования энергетических ресурсов возобновляемых видов энергии с целью вовлечения их в энергобаланс страны и региона. Использование солнечной энергии сегодня сводится, в основном, к производству низкопотенциального солнечного тепла с помощью простейших теплоэнергетических установок.
Как показывают результаты многолетних исследований, в южных районах республики почти весь жаркий период года (май-сентябрь) характеризуется устойчивой и сухой погодой. В этот период интенсивность солнечного излучения - освещенность достигает до 850-900 Вт/м2, а влагосодержание воздуха колеблется в пределах 5-15 г/кг, т.е. имеет высокий термодинамический потенциал сушки, что создает благоприятные условия для подогрева и опреснения воды, сушки фруктов, табака, древесины и других материалов[2].
В зимний период интенсивность падающей и проникающей вовнутрь теплицы солнечной радиации составляет 250-300 Вт/м2, и при соответствующей суммарной поглощательной способности смеси газов ax = 0,275 внутри объема теплицы дополнительно аккумулируется 14,72 Вт тепловой энергии в 1 м , а следовательно, в V=600 м3 объема теплицы 8,82 кВт тепловой энергии. В солнечных теплицах в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от котельной экономия энергии составляет 55-65%, т.е. 30-32 кг. у.т./м2 плановой площади теплицы. При сушке сельхозпродуктов в солнечных сушильных установках с 1 кв. метра экономия топлива составляет 10-13 м3/ день природного газа. Водонагреватель в летний период при солнечной радиации 700-800 Вт/м2 и наружной температуре атмосферы 30-32 0С позволяет получить с каждого квадратного метра поверхности 1200-1400 кДж тепла с температурой горячей воды 50-55 0С в условия г. Карши. Результаты натурного испытания параболоцилиндрического опреснителя с испарительно-конденсационным термодинамическим контуром показывают, что с каждого квадратного метра можно получить 6-7 литров дистиллята или же 90-95 л/м2 горячей воды в день с температурой 60-65 0С. Экономия органического топлива с 1 кв. метра полезной площади гелиоопреснителя и гелиоводонагревателя в условиях г. Карши составляет 0,18-0,2 ту.т./год. Предварительные расчеты и опыты показывают, что при хранении 20 т картофеля тепловыделение составляет около 800 Вт тепла (5 10 % в общем тепловом балансе овощехранилища), за счет применения тепловых насосов в системе теплохладоснабжения хранилищ энергосбережение составляет 30-40% от общих затрат энергии на хранение продуктов[2,3].
Известно, что геотермальная энергия всегда привлекала людей возможностями полезного применения. Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Геотермальная энергия своим происхождением обязана раскаленному центральному ядру Земли со значительным запасом тепловой энергии. Только в верхнем трехкилометровом слое Земли запасено количество тепловой энергии, эквивалентное энергии примерно 300 млрд т угля. Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех трех целей [4].
Электроэнергия может производиться при прямом использовании неочищенного пара, поступающего прямо в турбины, на осях которых установлены генераторы тока. При входе в турбины пар имеет температуру 2000С, а при выходе из турбины 450С. При косвенном использовании водяной пар очищается от других газов, затем нагревается в теплообменнике неочищенным паром и подается в турбины с температурой 120°С. При другом способе из пара и воды, образующихся при их конденсации, наиболее полно извлекаются борная кислота, аммонийные соли и другие соединения.
Возможная мощность ГеоЭС определяется из соотношения E = Qn/1, где ц- коэффициент перевода тепловой энергии резервуара в электрическую (0,4), t -время использования энергии резервуара при работе электростанции (продолжительность принимается в течение 100 лет).
Кроме получения электроэнергии, использование термальных вод может быть направлено на: кондиционирование воздуха (18-300С); обогрев грунтов в сельском хозяйстве и горнодобывающей промышленности (30-400С); горячее водоснабжение (40700С); отопление, выработку искусственного холода, мойку и сушку шерсти и других материалов (70-1000С); теплофикацию производственных процессов, получение тяжелой воды, выпаривание высококонцентрированных рассолов (более 1000С).
Существует проект создания геотермально-тепловых электростанций, в состав которых вводятся маневренные блоки, сжигающие горючий газ из геотермального рассола и дополнительный природный газ из местных месторождений. При этом стоимость электроэнергии будет в 1,5-2 раза ниже, чем на ТЭС и АЭС [5].
Для получения электроэнергии используется энергия океана посредством различных технологических схем [5]. Известно, что волна высотой 3 м несет примерно 90 кВт мощности на 1 м побережья. Энергия волн утилизируется с помощью специальных установок. Известен способ получения энергии за счет разницы температур у поверхности моря (например, более 350С в Красном море) и на больших глубинах (80С). Теплая вода «омывает» теплообменник с фреоном (температура кипения 27 0С), который, испаряясь, вращает турбину, вырабатывающую электроэнергию. В другом теплообменнике с температурой 80С фреон сжижается и снова включается в оборот.
Таким образом, в XX1 веке основными энергоносителями останутся уголь, нефть и газ, при росте роли угля, снижении- нефти и стабилизации роли газа. Ресурсы угля на порядок превышают ресурсы нефти и природного газа, а цена угля (в условном топливе) в мире в два раза ниже, чем природного газа.
Стоимость получения энергии за счет альтернативных энергоносителей пока выше, чем за счет традиционного сырья, но разница будет постепенно сокращаться.