Экоэнергетика – основа Экономического роста Украины

Украина не производит тепловых насосов, но может приступить к реконструкции  тепловой энергетики ЖКХ на основе применения тепловых насосов, изготовленных в Росийской Федерации.

Основные разработчики и производители тепловых насосов в России располагаются в Новосибирске. Институт теплофизики СО РАН создал новое поколение тепловых насосов - абсорбционные бромистолитиевые тепловые насосы (АБТН).

АБТН являются высокоэффективным энергосберегающим оборудованием для теплоснабжения различных объектов и предназначены для нагрева воды до 50 - 80 ^оС, с использованием в качестве источника энергии теплоты греющего пара с давлением до 0,75 МПа или топлива - природного газа, а также низкопотенциальной сбросной или природной теплоты от различных источников с температурой 20-40 ^оС. Доля дешевой низкопотенциальной теплоты, используемой в АБТН для выработки полезной теплоты составляет около 40 %.

 Производство  АБТН освоила компания “Теплосибмаш”.

 ЗАО “Энергия”  и СКБ “ИПИ” выпускают парокомпрессионные  тепловые насосы мощностью до 5 МВт. 

В России основным производителем тепловых насосов в  течение 15 последних лет является ЗАО “Энергия” г.Новосибирск. На ее счету 126 запущенных тепловых насосов и теплонасосных станций в России и ближнем зарубежье, что составляет 84% от общего числа тепловых насосов, произведенных в нашей стране. Общая тепловая мощность их составляет около 54 мегаватт. 

2.3.2. Многоконтурные  термодинамические тепловые машины

Группа ученых и инженеров ОО ИАУ накопила значительный научно-технический потенциал в  области низкотемпературной энергетики.  Для того, чтобы исключить загрязнение  среды и сделать энергетические установки экологически чистыми  был проведен цикл фундаментальных исследований, позволивший эффективно применить низкопотенциальное тепло окружающей среды или солнечный нагрев. Были разработаны многоконтурные термодинамические циклы с разнородными чистыми газами. Газы раздельно в контурах адиабатически сжимаются, к ним подводится теплота окружающей среды, а затем смешиваются в газовом эжекторе с образованием газовых смесей с необходимыми теплофизическими свойствами и термодинамическими параметрами. После эжектора смеси расширяются с получением положительной работы, и потом разделяются не первоначальные компоненты.

Таким образом, газы в энергетической установке  попеременно то смешиваются после  сжатия и подвода тепла, то разделяются, и процесс повторяется снова.  В энергетической установке нет  продуктов сгорания, загрязняющих атмосферу, а нагрев газов производится за счет низкопотенциального тепла окружающей атмосферы (или солнечного нагрева).

 В качестве  рабочих тел в данной энергетической  установке могут быть использованы  следующие газы: водород + аргон, водород + азот, гелий + СО₂, азот + аргон и др. 

Проведенные фундаментальные  исследования и накопленный научно-технический  потенциал позволяют приступить к созданию тепловых насосов нового типа, имеющих коэффициент преобразования (СОР) на 20% выше, чем у традиционных тепловых насосов.

На основе многоконтурных термодинамических циклов могут  быть созданы тепловые насосы с большой  тепловой мощностью до 50 МВт в  одном агрегате и более.

Тепловые насосы с такой тепловой мощностью предоставляют  самые широкие возможности в сфере модернизации тепловой энергетики ЖКХ и теплоснабжении промышленных объектов.

2.3.3. Бестопливные генераторы электроэнергии

В окружающей нас природной  среде: в земле, воздухе и воде содержиться колоссальный запас  тепловой и магнитной энергии, вполне достаточный для непрерывного удовлетворения всех энергетических потребностей человека.

Рассеянная в природной  среде энергия является низкопотенциальной, использование ее в качестве источника  энергии очень затруднено. Для  использования низкопотенциальной энергии окружающей среды необходимо создание  совершенно новых энергетических систем, основанных на  нетрадиционных принципах преобразования и концентрации рассеянной энергии.

Большой практический интерес  для развития нетрадиционной энергетики представляют работы ученых ОО ИАУ  по созданию бестопливных генераторов электрической энергии.

В качестве таких разработок прежде всего необходимо указать  следующие:

-квантовые генераторы  электроэнергии;

-матричные генераторы  электроэнергии;

-ионные генераторы электроэнергии.

 Создание бестопливных  генераторов электроэнергии –  это новый путь развития мировой  энергетики, который может реально  привести в недалеком будущем  к  энергетическому изобилию.

Создание бестопливных генераторов  электроэнергии – это сложный наукоемкий процесс.

Создание бестопливных генераторов  электроэнергии требует постоянного  внимания и финансовой поддержки  со стороны государства.

2.4. Энергия малых рек.

Гидроресурсы  – дешевый, экологически чистый источник энергии. Но строительство крупных гидроэлектростанций и каскадов не эффективно с экономической и экологической позиции. Преимущество в развитии гидроэнергетики должно быть отдано строительству бесплотинных, наплавных, малых и мини ГЭС, русловых проточных установок.

Группа ученых и инженеров ОО ИАУ разработала проект “Строительство наплавных гидроэлектростанций бесплотинного типа”.

Разработана конструкция бесплотинных, наплавных ГЭС (БНГЭС).

Разработан номенклатурный ряд БНГЭС номинальной мощностью от 1 МВт до 30 МВт.

БНГЭС изготавливаются в виде отдельных плавучих блоков полной заводсткой готовности.

Блоки устанавливаются на малых, средних и крупных реках.

Для эксплуатации БНГЭС не требуется создания плотин и водохранилищ, себестоимость  выработанной ими электроэнергии ниже, чем на других электростанциях, эти электростанции являются экологически чистыми.

Установка БНГЭС возможна и на крупных реках Украины: Днепр, Дунай, Днестр и других.

 Разработана ”Программа  реконструкции существующих гидроэлектростанций  путем установки гидроэнергоблоков в верхнем бъефе (БНГЭСвб) и создания гидроэнергоблоков в нижнем бъефе (БНГЭСнб), в частности, на Кременчугской ГЭС”. В результате осуществления Программы мощность Кременчугской ГЭС может быть увеличена на 100 МВт.

На БНГЭС Правительство  Украины должно обратить самое серьезное внимание. Это направление может быть эффективным для создания новых энергогенерирующих мощностей в Украине.

Конструктивное устройство БНГЭС очень простое. Разработана специальная гидравлическая турбина, которая приводится во вращение током воды, движущейся со скоростью 0,6-0,8 м/с. Гидравлическая турбина соединена с генератором электрической энергии. Эти два агрегата установлены на плавучем средстве.

В целом получена простая и компактная конструкция, имеющая только 2 движущиеся части, для которой не требуется постоянного обслуживания.

Проектной срок службы 30 лет.

По данным НАН  Украины, развитие малой гидроэнергетики  может дать стране до                                 4 млрд. кВт^•ч.

 Освоение  этого значительного потенциала  в Украине пока началось. Из экономически целесообразного для освоения гидропотенциала малых рек пока используется только 7—8%.

Особая ценность энергии малых рек заключается  в том, что они рассредоточены по всей территории Украины и преобладают  в западных регионах, являющихся энергодефицитными. Дополнительные плюсы — наличие профессиональной школы гидроэнергетиков, одной из лучших в мире; значительный потенциал турбомашиностроения и большой опыт строительства гидроэлектростанций как в Украине, так и за рубежом

Существует  и серийно изготавливается большое  количество установок, преобразующих  энергию малых водных потоков, не требующих создания плотин и водозаборных устройств с водозаборными трубопроводами, использующих кинетическую энергию  потока реки. Работая полностью в автономном режиме, такие установки могут обеспечить питание электроэнергией от маломощных бытовых приборов до снабжени дачных участков, поселков  и сельской местности.

Мощность таких  малых мини ГЭС может быть от 20-40 Вт до 1 МВт, скорость течения водопотока от 0,6 м/с, напор воды (если требуется)  от 3 метров.

Использование деривационных и русловых ГЭС  в сочетании с возможностью комплектования их генераторами различной мощности позволяет подобрать для каждого конкретного случая оптимальную комбинацию по цене и производительности.

Преимущество  малых и мини ГЭС в том, что  они не требуют постоянного присутствия  обслуживающего персонала при эксплуатации.

Исключительно благоприятными возможностями для  развития БНГЭС, малых и мини ГЭС  обладает Одесская область.

Реки Дунай  и Днестр обладают неисчерпаемыми гидроресурсами.

На основе БНГЭС, малых и мини ГЭС, установленных  на реках Дунай и Днестр и на их притоках, может быть эффективно решена проблема электро и теплоснабжения таких городов, как Вилково, Килия, Белгород-Днестровский, Овидиополь и других районных центров Одесской области и сельской местности.

2.5. Энергия биомассы

Биомасса представляет собой древнейший источник энергии, однако ее использование до недавнего  времени сводилось к прямому  сжиганию либо в открытых очагах, либо в печах и топках, но также с весьма низким КПД. В последнее время внимание к эффективному энергетическому использованию биомассы существенно повысилось, причем в пользу этого появились и новые аргументы:

-использование  растительной биомассы при условии ее непрерывного восстановления (например, новые лесные посадки после вырубки леса) не приводит к увеличению концентрации СО₂ в атмосфере;

-в промышленно  развитых странах в последние  годы появились излишки обрабатываемой  земли, которую целесообразно использовать под энергетические плантации;

-энергетическое  использование отходов (сельскохозяйственных, промышленных и бытовых) решает  также экологические проблемы;

-вновь созданные  технологии позволяют использовать  биомассу значительно более эффективно.

Потенциал биомассы, пригодный для энергетического  использования в большинстве  стран достаточно велик, и его  эффективному использованию уделяется  значительное внимание.

В США в 1990 г. благодаря использованию биомассы было произведено 31 млрд. кВтч электроэнергии, кроме того, за счет твердых бытовых отходов (ТБО) еще 10 млрд. кВтч. На 2010 г. планируется выработать соответственно 59 и 54 млрд. кВтч. Оценка технического потенциала различных видов биомассы, выполненная в Германии, дает: остатки лесной и деревоперерабатывающей промышленности — 142 млн. ГДж/год; солома — 104 млн. ГДж/год; биогаз — 81 млн. ГДж/год.

Потенциальное использование биомассы в США  может позволить заменить всю  нефть, расходуемую сейчас в качестве горючего для легковых автомобилей, а также уголь, сжигаемый для производства электричества. При этом число выбросов углекислого газа сократится наполовину.

Современные биотехнологии, высокоэффективные методы переработки  и утилизации растительного сырья  позволяют осуществить экономически рентабельную переработку биомассы в этанол.

Биодизель и  биобензин, изготовленные из этанола, будут конкурентноспособными с  нефтяным бензином и дезельным топливом.

Украина располагает  значительным потенциалом растительного  сырья, пригодного для производства этанола и изготовления из него биотоплива.

 Источником  растительного сырья могут быть  растительные отходы сельского  хозяйства и лесной промышленности. Современные биотехнологии ферментативного  гидролиза позволяют извлекать  глюкозу практически из любых растительных отходов.

К отходам переработки  сельскохозяйственных культур, которые  экономически рентабельно перерабатывать в этанол, следует отнести следующие растительные отходы: солома зерновых, зерно-бобовых и масленичных культур, кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, отруби, мездра, рисовая, гречневая, просяная и сорговая шелуха, отходы виноделия, костра, обрезь веток фруктовых деревьев и виноградной лозы.

К отходам лесного  производства, имеющим в Украине  промышленное значение,  могут быть отнесены следующие: растительные отходы от лесозаготовок, щепа, опилки, стружки, неделовая древесина, обрезь пиломатериалов.

По оценкам  специалистов Украина располагает  не утилизируемыми растительными  отходами в объеме 20 млн. тонн в год.

Это значительный объем растительных отходов, из которых может быть произведено 50 млн. декалитров этанола, который будет преобразован в 3,3 млн. тонн биобензина и биодизеля.

Украина располагает  почвенно-климатическими условиями, исключительно  благоприятными для выращивания специальных видов энергетической биомассы.

Рассмотрим  условия выращивания в Украине  тех видов сельскохозяйственных культур, которые могут стать  постоянным источником энергетической биомассы.

  2.5.1. Плазмохимическая  технология производства биотоплива  из сахарного сорго

 Группа ученых и инженеров ОО ИАУ разработала принципиально новую плазмохимическую технологию производства биотоплива из сахарного сорго. В основу новой технологии положены результаты фундаментальных научных исследований свойств плотной неравновесной плазмы, позволившие обеспечить максимальную концентрацию электрофизического воздействия на объект обработки.