ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДОВ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН, РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 9
1.1 Целевые показатели использования и развития различных
альтернатиных энергетических ресурсов в Республике Татарстан 9
1.2 Малая гидроэнергетика 10
1.3 Ветроэнергетика 12
1.4 Лесные ресурсы 14
1.5 Использование биогаза 15
1.6 Тепловые насосы 16
1.7 Солнечная энергетика 17
1.8 Промежуточные выводы 19
1.9 Разработка норм выработки, технологических нормативов на расход
материалов, заготовок, топлива и электроэнергии 20
1.10 Выбор оборудования и технологической оснастки 23
1.11 Оценка экономической эффективности технологических
процессов инновационно-технологических рисков при внедрении новых технологий 28
1.13 АИЭ в России 31
1.14 Разработка мероприятий по эффективному использованию энергии
и сырья 35
ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ВЕТРОВОГО И СОЛНЕЧНОГО РЕЖИМА В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН. ВОЗМОЖНОСТИ ВЕТРОВЫХ И СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 42
2.1 Ветровой режим республики Татарстан 42
2.2 Ветровая энергия и потребители 51
2.3 Расчет потенциала солнечной энергии в РТ 67
2.3.1 Теоретические основы 67
2.3.2 Расчёт прихода солнечной энергии в г. Альметьевск 71
2.3.3. Расчет валового потенциала солнечной энергии и суммарной солнечной радиации 82
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ СХЕМ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ГИБРИДНЫХ УСТАНОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПОНЕНТОВ НА ОСНОВЕ
АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН 88
3.1 Гибридная электростанция с использованием ВЭУ. Парадигма новой
энергетики 88
3.2 Описание режимов работы многофункционального энергетического
комплекса на основе гибридной ветродизельной установки с накопителем энергии 96
3.2.1 Структура многофункционального энергетического комплекса на основе гибридной ветродизельной установки с накопителем энергии 102
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 113
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 114
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 127
Развитие энергетики на основе использования альтернативных источников энергии (АИЭ) является составной частью энергетической политики Российской Федерации. [1] И если традиционная энергетика основана на применении ископаемого топлива, запасы которого ограничены и зависят от величины поставок и конъюнктуры рынка, то альтернативная энергетика базируется на самых разных природных ресурсах, что позволяет более эффективно использовать не возобновляемые ресурсы в других областях экономики. Кроме того, при использование АИЭ отсутствуют экологические издержки, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива.
Но критерий «альтернативности» накладывает и свои ограничения в связи с использованием различных видов энергии для обеспечения потребностей человечества. Например, средние плотности энергии на основе АИЭ составляют около 1000 Вт/м2, по сравнению с теплообменниками мощных ТЭЦ где плотности потока энергии могут составлять десятки о то и сотни киловатт на один квадратный метр. На сегодняшний день это главная причина сдержанного роста повсеместного использования энергокомплексов на основе АИЭ. Хотя можно попробовать оценить возможности АИЭ на следующем примере:
Предположим, что при рациональном использование АИЭ и для создания комфортных условий требуется в среднем 2кВт на человека. Также считаем, что с каждого квадратного метра можно собрать, используя различные источники альтернативной энергии 500 Вт мощности. Если считать, что эффективность преобразования этой энергии в удобную для потребления форму всего 4%, то для мощности 2 кВт потребуется площадь 100 м2. Средняя плотность населения в городах с учётом пригородной зоны - примерно 500 чел. на 1 км2. Для обеспечения их энергией из расчёта 2 кВт на человека необходимо с 1 км2 снимать 1000 кВт т.е. при данных допущениях необходимо всего 5% занимаемой ими площади[7].
Таким образом, АИЭ могут обеспечить приемлемый образ жизни, если будут найдены оптимальные схемы, а также режимы их использования.
На сегодняшний день в Российской Федерации (РФ) альтернативная энергетика представлена главным образом крупными гидроэлектростанциями, обеспечивающими около 19 % производства электроэнергии в стране. Другие виды АИЭ в России пока слабо заметны, за исключением некоторых регионов (Камчатка и Курильские острова), где они имеют существенное значение в местных энергосистемах. По данным министерства РФ суммарная мощность малых гидроэлектростанций составляет порядка 250 МВт, геотермальных электростанций около 80 МВт. Ветроэнергетика представлена несколькими пилотными проектами общей мощностью менее 13 МВт. Солнечная энергетика существует в виде небольших установок автономного энергоснабжения, не подключённых к энергосистеме и применяемых частными лицами и небольшими организациями.
Всё вышеизложенное в определённой степени можно отнести и к республики Татарстан. Не смотря на различные показатели в рамках энергетической стратегии РФ и РТ, при нынешнем темпе разработок, а то и откровенной стагнации данной отрасли по сравнению с большинством развитых стран Мира, установки АИЭ в России и в республики вообще могут не занять сколько-нибудь ощутимой доли в выработки электроэнергии. В связи с изложенными примерами становится ясным, что новые концепции, схемные решения и различные комбинации режимов в балансах производства энергии являются актуальным элементом для исследования использования энергокомплексов на основе АИЭ.
Этой проблематики и посвящено данное диссертационное исследование.
Основной целью исследований, связанных с АИЭ является достижение паритета с не альтернативной или традиционной энергетикой, основанной на ископаемом топливе. Существенные препятствия, связанные с этим лежат в экономическом, политическом, климатическом, техническом и энергетическом аспектах.
Энергетический аспект частично был, затронут выше, что свидетельствует об очевидно более низких плотностях энергий по сравнению с энергетикой на ископаемом топливе. Но в тоже время лишь только 2/3 страны покрыты сетями электроснабжения, а во многих регионах электроэнергия является и сегодня недоступным ресурсом. В этом случае установки АИЭ могут явиться приемлемым решением с точки зрения автономных потребителей и локальных энергосистем.
Техническим препятствием, на мой взгляд, является, что на сегодняшний день в РФ и РТ практически отсутствуют организации, осуществляющие полный цикл реализации систем генерации электроэнергии на основе АИЭ от стадии исследования до производства законченного продукта. Это в свою очередь ведёт к ограничению технологий, программных и аппаратных средств, а как следствие и к завышенным стоимостям любых продуктов в этой области. В большинстве случаев компании, которые занимаются АИЭ в РФ и РТ оперируются иностранными комплектующими, что в свою очередь ведёт к неспособности решать нетривиальные задачи по конструированию многих объектов.
К климатическим ограничением можно отнести не самые благоприятные условия, в частности для Республики Татарстан (РТ), в области АИЭ с точки их концентрации и равномерности использования в течении года.
Политические и экономические причины часто связаны как с перечисленным выше, так и несут в себе иные компоненты. Например, РФ чуть ли не единственная «цивилизованная» страна в Мире в которой законодательно не решён вопрос о выдачи излишков электроэнергии в сеть различными субъектами которые используют АИЭ для производства собственной электроэнергии, иными словами при наличии значительной степени генерации электроэнергии на основе АИЭ, в развитых странах эта цифра стремится к 20 % от общего баланса, эту энергию просто некуда будет деть. В частности, один лишь этот факт существенным образом сдерживает развитие установок, основанных АИЭ и существенно снижает их экономическую привлекательность. Политическим же аспектом является то что энергетические монополии хоть и в перспективе не хотят терять свой статус и всячески препятствуют развитию данного направления получения энергии.
Но не смотря на все эти ограничения и препятствие в РФ и в частности в РТ имеются существенные энергетические ресурсы АИЭ разработка которых позволит в будущем переломить углеводородную зависимость и перейти к другим типам производства в частности и электрической энергии.
Целью данной работы является исследование запасов альтернативных энергетических ресурсов Республики Татарстан, выявление наиболее обширных и оптимальных из них для производства электроэнергии, а также наиболее комбинируемых с другими видами энергетических ресурсов.
Актуальность темы исследования:
В целевой программе развития энергетики Республики Татарстан на период до 2020 - 2030 года определена доля прироста производства электроэнергии от различных установок на основе АИЭ. Доля же капитальных затрат к указанному периоду либо не изменяется, либо должна уменьшатся на производство 1 кВт/ч электроэнергии. К сожалению, в силу вышеприведённых причин на сегодняшний день нет предпосылок для успешной реализации данной программы. В связи с этим, исследования, направленные на выявления таких предпосылок являются, несомненно, актуальными.
Объект исследования: энергокомплексы для производства электрической энергии на основе альтернативных источников энергии в республике Татарстан
Предмет исследования: альтернативные источники энергии в Республике Татарстан
Цель работы: Целью данной работы является исследование запасов альтернативных энергетических ресурсов Республики Татарстан, выявление наиболее обширных и оптимальных из них для производства электроэнергии, а также наиболее комбинируемых с другими видами энергетических ресурсов.
Основные задачи диссертационной работы:
1. Задачей исследования является: нахождение оптимальных схем генерации электрической энергии на основе АИЭ, а также в комбинации с другими видами энергетических ресурсов в РТ.
2. Разработка концепций использования АИЭ и комбинаций с ними в городах, а также в локальных энергосистемах РТ.
3. Исследование различных режимов совместного производства электрической энергии с участием АИЭ в РТ.
Методы исследования.
При теоретических расчётах использовались методы теоретических основ электротехники, методы теории электромагнитных переходных процессов, методы научного анализа и синтеза.
Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов
определяются использованием современных теоретических и экспериментальных методов исследования и применением новых аналитических подходов, сопоставимостью результатов с данными, полученными другими методами. Достоверность полученных результатов обеспечена повторяемостью результатов и их соответствием данным, опубликованным в научной литературе другими исследователями.
Научная новизна работы:
1. Произведены энергетические расчёты запаса биомассы, как результат жизнедеятельности домашнего скота в эквиваленте различных видов энергий, в том числе и электрической энергии.
2. Исследован ветровой режим республики Татарстан. Составлена карта ветров республики Татарстан с нанесением точек максимальных и минимальных ветровых нагрузок. Исследованы схемы ветроустановок по преобразованию энергии ветра в электрическую энергию.
3. Произведён расчёт солнечного потенциала республики Татарстан.
4. Произведён анализ режимов работы гибридных энергоустановок для производства электроэнергии в республике Татарстан.
Практическая значимость работы:
К практической значимости можно отнести условия построения гибридных энергокомплексов с использованием альтернативных источников энергии в республике Татарстан, схемы, режимы и компоновку подобных электростанций.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемой литературы. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, список цитируемой литературы включает 50 наименований.
На сегодняшний день, развитие технологий возобновляемой энергетики это вопрос не далёкого будущего, а необходимого настоящего. Страны Европы, США и многие страны Ближнего востока и Африки уже давно идут по этому пути и достигают существенных успехов. Существует концепция объединения всех ВИЭ включая Европу Африку и Ближний Восток. Когда этот процесс завершиться Мир уже не будет прежним.
Россия существенно отстаёт от этого процесса и её исключительный путь развития на сегодняшний день начинает выглядеть всё призрачнее. Технологии возобновляемой энергии могут не просто использоваться на территории Российской Федерации, на и формировать совершенно другой принцип развития как энергетики в целом, так и электроэнергетики в частности. Существенным значением в формировании «новой энергетики» может служить вектор территориального смещения ВИЭ из отдалённых зон Сибири и Дальнего востока в европейскую часть Российской федерации, в частности, в республику Татарстан. Формирование нового принципа построения энергетики не должно противоречить традиционным ресурсам, используемым на сегодняшний день. Наоборот ВИЭ должны постепенно интегрироваться в созданную энергетическую сеть постепенно снижая затраты на топливо и в конечном счёте снижая их до нуля.
Данное исследование и посвящено вопросом формирования базовых принципов для построения подобных комбинированных энергокомплексов, способных решать многофункциональные задачи и обеспечить будущем следующие поколения людей с постоянно растущим энергопотреблением.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
