Альтернативна енергетика

 

Альтернативна енергетика

Альтернативні джерела енергії



Енергія – одне з найчастіше обговорюваних сьогодні понять; крім свого основного фізичного (а в ширшому сенсі – природничонаукового) змісту, вона має численні економічні, технічні, політичні і інші аспекти.
Людству потрібна енергія, причому потреби в ній збільшуються з кожним роком. Разом з тим запаси традиційних природних палив (нафти, вугілля, газу і ін.) кінцеві. Кінцеві також і запаси ядерного палива - урану, з якого можна отримувати в реакторах плутоній. Практично невичерпні запаси термоядерного палива – водню, проте керовані термоядерні реакції поки не освоєні і невідомо, коли вони будуть використані для промислового отримання енергії в чистому вигляді, тобто без участі в цьому процесі реакторів ділення. Залишаються два шляхи: строга економія при витрачанні енергоресурсів і використання нетрадиційних поновлюваних джерел енергії.

Потенціал вітрової енергії в Україні

Україна має потужні ресурси вітрової енергії: річний технічний вітроенергетичний потенціал дорівнює 30 млрд. кВт.год.
В результаті обробки статистичних метеорологічних даних по швидкості та повторюваності швидкості вітру проведено районування території України по швидкостях вітру і визначено питомий енергетичний потенціал вітру на різній висоті відповідно до зон районування.
В умовах України за допомогою вітроустановок можливим є використання 15 - 19% річного об’єму енергії вітру, що проходить крізь перетин поверхні вітроколеса. Очікувані обсяги виробництва електроенергії з 1м2 перетину площі вітроколеса в перспективних регіонах складають 800 - 1000 кВт.год/м2 за рік.
Застосування вітроустановок для виробництва електроенергії в промислових масштабах найбільш ефективно в регіонах України, де середньорічна швидкість вітру – 5 м/с: на Азово-Чорноморському узбережжі, в Одеській, Херсонській, Запорізькій, Донецькій, Луганській, Миколаївській областях, АР Крим та в районі Карпат.
Експлуатація тихохідних багатолопатевих вітро-установок з підвищеним обертаючим моментом є ефективною практично на всій території України.
В останній час розвитку вітроенергетичного сектора сприяє державна підтримка, що забезпечує реалізацію ініціатив по удосконаленню законодавства, структури керування, створенню вигідних умов для внутрішніх і зовнішніх інвесторів.
Реалізація державних національних програм в галузі вітроенергетики на 2010 рік передбачає загальне річне виробництво електроенергії на вітроелектростанціях та автономних вітроустановках близько 5,71 млн. МВт.год; що дозволить забезпечити біля 2,5 відсотків від загального річного електроспоживання в Україні.
Перш ніж розглянути конкретні вітрові установки звернемо увагу на два важливих фактори.
По-перше, відзначимо, що середньостатистична українська родина на місяць споживає 100-300 кВт.годин електроенергії, а середньорічна швидкість вітру в Україні становить близько 4 м/с. Таким чином, задовольнити потреби побутових споживачів в електроенергії можна за допомогою вітроелектричної системи. Випробування в районі Київської області засвідчили, що в серпні вітрова установка 0,75 Вт. виробила мінімальну кількість електроенергії – 85 кВт.годин і максимальну в березні – 235 кВт.годин. При цьому, слід зазначити, що Київська область є далеко не найкращим регіоном країни щодо вітропотенціалу.
Водночас, при виборі потужності енергоустановки (необов’язково вітрової) зазвичай потенційні замовники підсумовують установлену потужність усіх енергоспоживачів. Проте не враховується той факт, що ці електроагрегати практично ніколи не функціонують одночасно або функціонують у такому режимі нетривалий час. Тому помилковою є думка, що вибирати потрібно чим побільшу потужність вітрогенератора.
По-друге, Вітрова та сонячна станції не є джерелом енергії в повному розумінні цього поняття, оскільки вітровий потік – величина хаотична, а сонце не завжди рівномірно освітлює а вночі відсутнє. Однак, у сукупності з контроллером, інвертором та акумуляторними батареями – це вже система повноцінного автономного або резервного живлення.

Перейдемо до застосування автономних енергетичних установок
 Якщо у Вас є заміський будинок, але немає можливості простягнути до нього лінію електропередач (ЛЕП)
 Якщо підключення до централізованих мереж електропостачання непомірно дорого.
 Якщо великі перепади напруги у Вашій місцевості.
Тому краще порівняти ці 2 варіанти – електропостачання від ЛЕП і автономне електропостачання.
Розрахунки показали, що якщо сумарна потужність приладів (електричних навантажень) не перевищує декількох кВт, споживана енергія менше декількох кВт/год у добу, а відстань до точки підключення до мереж централізованого електропостачання більш декількох сотень метрів, то автономна система електропостачання для Вашого будинку може бути більш вигідне, чим підключення до мереж.
При цьому потрібно враховувати наступні моменти:
– при підключенні до мереж централізованого електропостачання Ви повинні будете оплатити вартість підключення до мереж, вартість прокладки низьковольтної ЛЕП, а також платити за споживану електроенергію за розцінками енергомереж. Добре, якщо таких як Ви трохи, і Ви можете розділити вартість підключення і будівництва ЛЕП. Якщо ж Ви хочете робити це самостійно, Вам буде потрібно чимало грошей. Точніше багато.
– інший варіант - створення власної автономної системи електропостачання. Плюси цього варіанта - Вам не потрібно платити за підключення до мереж централізованого електропостачання і будівництво ЛЕП, Ви не залежите від цін на електроенергію. Ви самі є хазяїном свого устаткування і можете виробляти електроенергію тоді, коли Вам хочеться. Мінуси - Вам доведеться приділяти час на технічне обслуговування і ремонт Вашого устаткування. Особливо це відноситься до системи, що містить дизель - або бензоелектричний агрегат (як основне або резервне джерело електропостачання). Потрібно буде слідкувати за станом Вашої акумуляторної батареї. Мінімум обслуговування вимагають фотоелектричні батареї.
З чого ж складаються системи автономного електропостачання?
Звичайний склад енергосистеми наступний:
– рідкопаливний генератор (бензо- або дизель електричний генератор)
– фотоелектрична батарея
– вітроелектрична установка
У якості основного може застосуються кожний з перерахованих джерел.

Компоненти вітрової установки:
Генератор — виробляє електричний струм.
Контролер — керує багатьма процесами вітроустановки, такими як поворот лопастей, заряд акумуляторів та ін.
Акумулятор — накопичує електроенергію для використання в безвітряний період. Також він вирівнює на стабілізує вихідну напругу.
Анемоскоп та давач напрямку відтру (для установок більше 2кВт) — відповідають за збір даних про швидкість та напрямок вітру.
АПДЖ — Автоматичний перемикач джерела живлення. Виконує автоматичне перемикання між джерелами електроживлення при зникненні пріорітетного. Дозволяє об’єднувати відтроустановку, загальну електромережу, дизель-генератор, сонячні батареї в єдину автоматизовану електросистему.
Інвертор — перетворює струм з постійного на змінний.

Для чого призначені акумуляторна батарея, контролер, інвертор?
Акумуляторна батарея. В багатьох випадках необхідно, щоб електроприлади та обладнання працювали при відсутності вітру, або в темну пору доби. Для цього слід накопичити в акумуляторній батареї (АКБ) електричну енергію, що виробляється вітровими станціями та сонячними модулями. Найкраще підходять для цього свинцево-кислотні та лужні АКБ. Правильний заряд і розряд АКБ є одним з найважливіших умов, що дозволяють забезпечити тривалий срок служби АКБ. Надмірний заряд не лише зменшує кількість електроліту, але і може вивести акумуляторну батарею з ладу. Для продовження терміну експлуатації не слід допускати і глибокого розряду. Розряди АКБ вище рівня 50% різко знижують кількість циклів заряду-розряду. Недотримання цих умов приводить до необхідності частішої заміни АКБ, що значно підвищує вартість системи.
Контролер зарядки-розрядки призначений для управління режимами заряду-розряду АКБ. Він відключає вітрові установки та сонячні модулі від АКБ при її повній зарядці, виключаючи можливість закипання електроліту, а також відключає навантаження по досягненню АКБ встановленої глибини розряду. В різних моделях контролерів передбачена можливість регулювання напруги відключення вітрових установок та сонячних модулів при повній зарядці АКБ та глибини розряду АКБ.
Інвертор призначений для перетворення напруги 12В в перемінну 220В. Слід розрізняти інвертори з нормальною та модифікованою синусоїдою на виході. Якщо перша майже повністю відповідає формі напруги в мережі, то друга, практично прямокутної форми, підходить не всім споживачам. Наприклад, праска буде працювати нормально, але телевізор – в пів-екрану. Крім того, прямокутна напруга – джерело радіоперешкод. ККД інверота зазвичай відповідає 90%.

Сонячна енергетика
Щорічно на територію України надходить 720 млрд МВт.*год. сонячної енергії, що дорівнює 88 400 млн тонн у. п. Це значно перевищує сучасне споживання енергії нашою країною.
Потенціал сонячної енергії в Україні є достатньо високим для широкого впровадження як теплоенергетичного, так і фотоенергетичного обладнання практично в усіх регіонах України.
Середньорічна кількість сонячного випромінювання, що потрапляє на 1м2 поверхні, на території України коливаєтьсявід 1070кВт*год./м2 в північній частині України до 1400кВт*год./м2 і вище – в АР Крим.
За оцінками, економічно обгрунтований потенціал сонячного випромінювання становить: для виробництва електричної енергії – близько 2млрд кВт*год./рік, для теплопостачання – близько 16 млрд кВт*год./рік.
В кліматометеорологічних умовах України для сонячного теплопостачання можна ефективно застосовувати як плоскі сонячні колектори так і, в подальшому, вакуумні концентричні, що акумулюють і пряме, і розсіяне сонячне випромінювання. Фотоенергетичне обладнання може достатньо ефективно експлуатувати цілорічно.
Як працює сонячна батарея?
Багато хто з нас не підозрюють, що спосіб одержання електроенергії із сонячного світла відомий близько 130 років. Явище фотоефекта вперше спостерігав Едмон Беккерель у 1839р. Це випадкове відкриття залишалося непоміченим до 1873р., коли Уіллоубі Сміт знайшов подібний ефект при опроміненні світлом селенової пластини. І хоча його перші досвіди були далеко недосконалі, вони знаменували собою початок історії напівпровідникових сонячних елементів. У пошуках нових джерел енергії в лабораторії Белла був винайдений кремнієвий сонячний елемент, що став попередником сучасних сонячних фотоперетворювачів. Лише на початку 50-х років 20-го століття сонячний елемент досягло щодо високого ступеня досконалості.
Перетворення енергії в сонячних елементах засновано на фотовольтному ефекті в неоднорідних напівпровідникових структурах при впливі на них сонячного випромінювання. На даній сторінці ми не ставимо собі метою вдаватися у фізику цього непростого явища, тому коротенько опишемо практичну сторону справи.
Використовувати енергію сонячних елементів можна також як і енергію інших джерел струму, з тією різницею, що сонячні елементи не бояться короткого замикання. Кожний з них призначений для підтримки визначеної сили струму при заданій напрузі. Але у відмінності від інших джерел струму характеристики сонячного елемента залежать від кількості падаючого на його поверхню світла. Наприклад, що набігла хмара може знизити вихідну потужність більш ніж на 50%. Крім того відхилення в технологічних режимах спричиняють розкид вихідних параметрів елементів однієї партії. Отже, бажання забезпечити максимальну віддачу від фотоелектричних перетворювачів приводить до необхідності сортування елементів по вихідному струмі. Як наочний приклад у розрив водопровідної труби великого діаметра урізати ділянку труби з набагато меншим діаметром, у результаті водотік різко скоротиться. Щось аналогічне відбувається й у ланцюжку з неоднорідних по вихідних параметрах сонячних елементів.
Кремнієві сонячні елементи є нелінійними пристроями і їхнє поводження не можна описати простою формулою типу закону Ома. Замість неї для пояснення характеристик елемента можна користуватися сімейством простих для розуміння кривих - вольтамперних характеристик (ВАХ)

Елемент розміром 100*100 мм у 100 разів перевершує елемент розміром 10*10 мм і, отже, він при тій же освітленості видасть струм у 100 разів більший.
Важливим моментом роботи сонячних елементів є їхній температурний режим. При нагріванні елемента на один градус понад 25ос він втрачає в напрузі 0,002 В, тобто 0,4 %/градус. На мал.. приведене сімейство кривих ВАХ для температур 25про С и 60про С.

У яскравий сонячний день елементи нагріваються до 60-70ос утрачаючи 0,07-0,09 В кожний. Це і є основною причиною зниження ККД сонячних елементів, приводячи до спадання напруги, генеруючим елементом.
ККД звичайного сонячного елемента в даний час коливається в межах 10-16 %. Це значить, що елемент розміром 100*100 мм при стандартних умовах може генерувати 1-1,6Вт.
Стандартними умовами для паспортизації елементів в усім світі визнаються наступні :
-освітленість 1000 Вт/м2
-температура 25ос
-спектр АМ 1,5 (сонячний спектр на широті 45о)

Яку користь принесе фотоелектрична система?
Маючи фотоелектричну систему (ФЕС), Вам не потрібно підключатись до звичайної електромережі, щоб працювали телевізор, холодильник, кондиціонер, пральна машина та інші побутові електроприлади. Ви можете стати повністю енергетично незалежними та насолоджуватись комфортом в місцях, де ніяка енергосистема не доступна. Крім цього, ФЕС абсолютно безпечні для навколишнього середовища і безшумні, без шкідливих відходів або викидів відпрацьованих газів. Як стаціонарні джерела електроенергії, ФЕС привабливі для об’єктів, що не забезпечені електрикою від централізованих енергосистем. В цій ситуації застосування ФЕС є оптимальним способом забезпечити дешевою електроенергією, що потрібна для освітлення, забезпечення водою та роботи електроприладів.
ФЕС ідеальні для забезпечення електроенергією невеликих приладів (наприклад, лічильники на стоянках, світлофори і т.д.), що виключає необхідність проведення земельних робіт та робіт по підключенню.
ФЕС є ідеальними для подорожей. Будинок на колесах, Ваше авто на привалі, оснащені ФЕС, незалежні на місцях розбивки табору, і тим більше в місцях, де немає енергосистеми.
ФЕС ідеально підходять для додаткового заряду АКБ у системах вітроенергогенераторів, під час вітрового штилю.



Обновлен 14 сен 2015. Создан 29 янв 2009



  Комментарии       
Имя или Email


При указании email на него будут отправляться ответы
Как имя будет использована первая часть email до @
Сам email нигде не отображается!
Зарегистрируйтесь, чтобы писать под своим ником
ПРОПАН-БУТАН, ОТОПЛЕНИЕ ДОМА
СІА Инжиніринг, Чп
Яндекс.Метрика Типовые проекты Агентство Промышленных Новостей Прикарпатcький каталогУкраїнський портАл