Немецкие компании по производству возоб
advertisement
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА Технологии получения возобновляемой энергии в германии и в мире Немецкие компании по производству возобновляемой энергии – надежные партнеры На протяжении последних лет Германия активно осваивает возобновляемые источники энергии и сейчас является одним из мировых лидеров в этой области. Она занимает третье место в мире по объему производства ветровой энергии с установленной мощностью свыше 33,73 ГВт, а по данным на конец 2013 года является крупнейшим мировым поставщиком солнечной энергии с предельной мощностью 35,7 ГВт. Кроме того, Германия является лидером в ряде смежных технологических областей. В 2013 году на долю возобновляемой энергетики пришлось свыше 12% от общенационального энергопотребления. В основе активного освоения Германией возобновляемых энергоресурсов лежит ее мощная промышленность. По состоянию на 2012 год в разных областях данного сектора – в исследованиях, производстве, системном планировании и внедрении – было занято около 377 800 человек. Немецкие компании довольно быстро смогли инвестировать средства в технологическое развитие возобновляемой энергетики и предложили рынку высокоэффективные и надежные решения с минимальными потребностями в обслуживании. Высокий уровень ожиданий конечных потребителей подталкивает к оптимизации и дальнейшему развитию данных технологий. Немецкие стандарты производства и отбора необходимых системных компонентов являются признанным во всем мире эталоном качества. juwi Wagner & Co Solartechnik GmbH Повышение мирового спроса на возобновляемую энергию Повышение интереса к освоению возобновляемых источников энергии в мировом масштабе – важная задача на пути к экологически устойчивому будущему. В 2012 году востребованность возобновляемой энергетики резко возросла, а общемировой объем выработанной возобновляемой энергии составил свыше 1,47 ТВт. Возобновляемые источники позволяют обеспечить мировое сообщество энергией без вреда для окружающей среды и ущерба для ресурсов. Для решения этой задачи и создания соответствующих рынков требуется международное сотрудничество. Phocos AG Инициатива «Возобновляемая энергетика – сделано в Германии» В задачи данной инициативы входят передача практического опыта, продвижение на внешних рынках и содействие в развитии сотрудничества в области возобновляемой энергетики. В рамках инициативы, работа которой координируется и финансируется Федеральным министерством экономики и энергетики Германии (BMWi), осуществляется взаимодействие с партнерскими организациями, например, немецким энергетическим агентством Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena), торгово-промышленной палатой Германии (DIHK), Федеральным бюро экономики и экспортного контроля (BAFA), немецким обществом по международному сотрудничеству (GIZ), а также другими отраслевыми и партнерскими организациями. Технологии возобновляемой энергетики ▪▪ Играют важную роль в борьбе с климатическими изменениями. ▪▪ Могут активно использоваться по всему миру. ▪▪ Снижают зависимость от импорта энергоносителей и повышают ценность местных ресурсов. ▪▪ Позволяют создать рабочие места в активно развивающихся отраслях. ▪▪ Создают основу экологически безопасного энергоснабжения в промышленно развитых и развивающихся странах. ▪▪ Дают возможность выйти на один из быстрорастущих по всему миру рынков. ▪▪ Являются малоопасными, с минимальным объемом вредных отходов и выбросов. ▪▪ Малоинтересны в качестве возможных целей террористов. BioConstruct GmbH Bundesverband WindEnergie e.V. www.renewables-made-in-germany.com ENERGYSYSTEMS www.intercontrol.de www.sma-solar.com www.smart-energy.ag Phocos AG INTER CONTROL H. Anger‘s Söhne Bohr- und Brunnenbauges. mbH ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА Области применения возобновляемой энергии S.A.G. Solarstrom AG Solar Promotion GmbH Возобновляемые источники … … снабжают энергией электросети Гидроэнергетика, геотермальная, ветровая, солнечная и биоэнергетика способны постепенно заменить традиционные источники энергии. Правильный подбор источников электроэнергии и технологий ее накопления, а также интеллектуальное управление электросетями позволяют обеспечить бесперебойное энергоснабжение. ...обеспечивают автономное энергоснабжение сельских районов По оценкам, около двух миллиардов людей по всему миру не имеют доступа к общественным энергосетям. Автономные энергоустановки, которые работают на возобновляемых источниках, позволяют обеспечить людей электричеством там, где технически сложно или экономически невыгодно создавать энергосеть. … обеспечивают децентрализованное теплоснабжение Солнечная, геотермальная и биоэнергетика дают тепло для обогрева и кондиционирования жилья, а также технологическое тепло для промышленности. … снижают объем вредных выбросов в транспортном секторе Биологические носители энергии, например, биогаз, могут использоваться в качестве топлива для работающих на природном газе транспортных средств, обеспечивая их передвижение за счет более экологичного подхода. Ценовое конкурентное преимущество возобновляемой энергии Конкурентоспособность возобновляемой энергетики в условиях мировой рыночной экономики уже вполне очевидна, и она растет с каждым годом. Возобновляемые источники энергии представляют интерес в качестве альтернативы традиционным энергоносителям особенно, если кроме рыночных цен на ископаемое топливо и ядерную энергию, принять во внимание следующие скрытые для общества издержки. ▪▪ Внешние издержки от политических конфликтов и губительной для экологии деятельности В частности, финансовые потери вследствие загрязнения воздуха и климатических изменений, вызванных применением ископаемого топлива, становятся все более значимым экономическим фактором, который начинает сильно влиять на политические и экономические решения. ▪▪ Добыча ресурсов Интенсивная добыча ископаемых ресурсов неизменно ведет к увеличению расстояния их транспортировки, что создает дополнительные накладные расходы. ▪▪ Загрязнение атмосферы и мирового океана Вредные вещества, образующиеся при сжигании ископаемого топлива, являются главной причиной смога и кислотных дождей. ▪▪ Пагубное воздействие на здоровье человека Вредные примеси, содержащиеся в ископаемых энергоносителях, несут угрозу для здоровья человека. Например, в США запущено множество программ по снижению влияния на здоровье людей деятельности предприятий угольной промышленности. ▪▪ Глобальное изменение климата Применение ископаемого топлива вносит свой вклад в глобальное потепление, подъем уровня моря и обострение погодных катаклизмов, что, в свою очередь, ведет ко множеству косвенных издержек, вызванных наводнениями, штормами и т. д. Общественные издержки от использования ископаемых энергоносителей Навязывание цен потребителю Социальные издержки Загрязнение воздуха Ущерб окружающей среде Издержки из-за политических конфликтов Расходы на обеспечение безопасности Расходы на устранение последствий загрязнений www.renewables-made-in-germany.com ENERGYSYSTEMS www.intercontrol.de www.sma-solar.com www.smart-energy.ag ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА Возобновляемая энергетика в борьбе с изменением климата Изменение климата – общая проблема 21-го столетия Глобальное потепление, вызванное антропогенными парниковыми газами, – одна из самых серьезных угроз нашей цивилизации в 21-м веке. Это изменение уже влияет на жизнь людей по всему миру, и его последствия будут только обостряться. Некоторые факты ▪▪ С конца 70-х годов прошлого столетия стал наблю- даться устойчивый рост средней мировой температуры. ▪▪ За весь период начатых в 19-м веке регулярных наблюдений за температурой самое теплое десятилетие пришлось на 2001–2010 годы, а весь 2010 год стал наиболее жарким. ▪▪ Прогноз по итогам первых девяти месяцев 2013 года показывает, что эта тенденция сохранится, поскольку этот год с большой вероятностью войдет в десятку самых жарких лет за всю историю мировых наблюдений. ▪▪ Повышенное содержание в атмосфере антропогенных парниковых газов считается наиболее вероятной причиной, вызывающей глобальное потепление. Отклонения среднегодовой мировой температуры с 1850 по 2013 гг. Отклонение температуры (°C) относительно периода 1961–1990 гг. 0,6 Гидрометцентр Hadley и отдел по исследованию климата Центр обработки данных по климату Национального управления по исследованию океана и атмосферы (NOAA, США) 0,4 Институт космических исследований NASA Goddard 0,2 0 - 0,2 -0,4 - 0,6 - 0,8 1850 1900 1950 2000 Год Источник: WMO Provisional Statement on Status of the Climate in 2013 Парниковые газы Какие существуют виды парниковых газов? ▪▪ Углекислый газ (CO2) – его концентрация повышается вследствие сжигания ископаемого топлива и широкомасштабной вырубки лесов. ▪▪ Метан (CH4) и закись азота (веселящий газ, N2O) – их содержание увеличивается вследствие сельскохозяйственной деятельности и промышленного животноводства. В чем суть парникового эффекта? Парниковые газы позволяют солнечному излучению относительно свободно проникать через атмосферу, но при этом они удерживают длинноволновое тепловое излучение, отраженное от земной поверхности. Накапливание таких газов в атмосфере ведет к появлению парникового эффекта и увеличению температуры в ее нижних слоях. Какова сейчас концентрация парниковых газов в атмосфере? Согласно пятому экспертному отчету межправительственной группы по вопросам изменения климата (IPCC) за 2013 год, содержание в атмосфере углекислого газа вследствие, главным образом, сжигания ископаемых видов топлива в сравнении с доиндустриальной эрой увеличилось на 40%. В 2012 году среднемировые моляр- ные доли углекислого газа (CO2), метана (CH4) и закиси азота (N2O) обновили свои максимумы. Как можно количественно оценить глобальное потепление? О характере изменения климата можно судить по: ▪▪ среднемировым температурам воздуха и мирового океана; ▪▪ уровню солености мирового океана; ▪▪ розам ветров; ▪▪ показателям таких природных катаклизмов, как засуха, интенсивные осадки, периоды аномальной жары и тайфуны. Кто больше всех пострадает от климатических изменений? Изменение климата окажет сильное влияние, прежде всего, на развивающиеся и бедные страны, поскольку они наиболее уязвимы и не располагают достаточными возможностями для адаптации к новым условиям. Поэтому очень важно, чтобы политика развития и сотрудничества обязательно включала в себя меры по снижению и устранению последствий климатических изменений. Экономические аспекты изменения климата Изменение климата способно оказать сильное влияние на развитие всех стран. Чтобы минимизировать совокупные издержки и снизить риски, связанные с изменением климата, следует уже сейчас действовать решительно. Положительная сторона борьбы с климатическими изменениями заключается в появлении перспективных направлений деятельности таких, как выработка электроэнергии или производство товаров и предоставление услуг по технологиям с минимальным выбросом углекислого газа. Киотский протокол ▪▪ Киотский протокол – международное соглашение, подписанное в 1997 году в японском городе Киото, которое обязывает участвующие стороны принять меры к снижению выбросов парниковых газов. ▪▪ Этот документ был окончательно ратифицирован в 2005 году всеми 192 сторонами (191 государство и 1 региональное экономическое содружество – ЕС) и уже принес свои плоды. ▪▪ Подписавшие стороны договорились о снижении в период с 2008 по 2012 год (первый срок выполнения обязательств) уровня выбросов на 5% относительно уровня 1990 года. ▪▪ Следующий период выполнения обязательств (2013– 2020) был успешно начат подписанием в декабре 2012 года Дохийского дополнения к киотскому протоколу. Было также условлено принять не позднее 2015 года новое всеобъемлющее соглашение по климату. Возобновляемая энергетика как неотъемлемая часть борьбы с климатическими изменениями Использование нефти, природного газа, угля и урана несет в себе дополнительные риски. Эти энергоносители доступны лишь в ограниченном объеме, их цена непостоянна, и они являются причиной политической зависимости. Возобновляемые источники энергии не ведут к выделению углекислого газа и постоянно пополняются естественным образом. Технологии использования таких источников позволяют существенно сократить выбросы углекислого газа в энергетическом секторе, заменить произведенное из нефтепродуктов транспортное топливо и обеспечить потребителей энергией для обогрева и охлаждения. BSW Solar/Langrock www.renewables-made-in-germany.com ENERGYSYSTEMS www.intercontrol.de www.sma-solar.com www.smart-energy.ag ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА Возобновляемая энергетика – решение проблем энергетической безопасности Растущие потребности на фоне нехватки ископаемых и ядерных ресурсов Вследствие, главным образом, значительного темпа экономического роста ряда стран, общемировая востребованность в ископаемых видах топлива остается очень высокой. С другой стороны, их запасы истощаются, а остающиеся ресурсы находятся лишь в некоторых регионах. Это ведет к политическим конфликтам и расширению географии военных противостояний, а также несет серьезную угрозу экономическому развитию всех стран из-за высокого уровня зависимости от этих ценных ресурсов. Растущие потребности, особенно развивающихся экономик, например, Китая, Индии или Бразилии, могут стать причиной значительного и устойчивого повышения цен на нефть. Финансовые спекуляции, военные конфликты такие, как ближневосточный, и природные катаклизмы, вызванные глобальным изменением климата, еще больше усугубляют непредсказуемость цен на нефть. И хотя все это в большей степени относится к нефти, вопросы, связанные с приближающимся истощением, касаются природного газа, урана, а также угля и влекут за собой похожие проблемы. мости от импорта или необходимости создания дорогостоящих энергосетей. Это особенно актуально для тех регионов, где нет доступа к современным энергосистемам, или для развивающихся экономик с растущими энергетическими потребностями. Применение автономных децентрализованных систем электроснабжения приобретает важное значение. Чтобы обеспечить непрерывное и доступное по цене энергоснабжение, можно использовать гибридные автономные системы, в которых объединяются различные источники энергии, например, ветровые, солнечные и гидроустановки, а также установки на сжигаемом топливе. Гибридные решения могут частично или полностью заменить традиционные генераторные установки, которые работают, как правило, на дизельном топливе. С учетом возможных высоких цен на топливо, автономные решения, основанные на использовании возобновляемых источников, представляют экономический интерес. Зависимость стран ЕС от энергетического импорта в 2012 году Государство ЕС Энергетическая зависимость* Запасы природной нефти. Страны, обладающие запасами нефти более 1 гигатонны (2009 г.) ЕС-28 54.00 Кипр 97.30 Conventional oil reserves. Countries with > 1 Gt oil reserves (2009) Эстония 21.20 Финляндия 54.40 Франция 51.30 Германия 61.60 - 18.80 Дания 100.00 Мальта > 1–10 Гт > 10–20 Гт > 20 Гт Испания 79.40 Великобритания 26.60 *Отношение объема импорта к валовому потреблению. Суммарное потребление энергии в пересчете на млн. тонн в нефтяном эквиваленте. Определяется как первичная продукция плюс объем импорта за вычетом объема экспорта. Источник: европейский энергетический портал. Стратегический эллипс Примерно 74 % мировых запасов природной нефти и около 70 % запасов природного газа. Интеграция возобновляемых источников энергии с энергосетью Источник: Instituto Federal de Geociencia y Recursos Naturales (BGR) Территориальное ограничение остаточных запасов Остаточные запасы ископаемых видов топлива не только истощаются, но и находятся в пределах всего лишь нескольких регионов. Например, по состоянию на конец 2009 года 74% мировых запасов нефти и 70% природного газа были сосредоточены в ближневосточном и каспийском регионах, которые образуют так называемый «стратегический энергетический эллипс». Рост зависимости от импорта Поскольку остаточные запасы принадлежат лишь некоторым странам, другие экономики мира вынуждены импортировать невозобновляемые энергоносители. В пределах ЕС прослеживается значительная разница в энергозависимости стран: Дания является единственным экспортером нетто-энергии, а Мальта полностью зависит от энергетического импорта. Основными поставщиками для стран ЕС сырой нефти и природного газа являются Россия (34% импорта нефти и 30% газа) и Норвегия (12% и 27%, соответственно). Автономное энергоснабжение Возобновляемая энергетика позволяет организовать самодостаточное и децентрализованное энергоснабжение и повысить ценность местных ресурсов без зависиjuwi Производство возобновляемой энергии помогает снизить выбросы углекислого газа и сократить зависимость от импорта энергоносителей. Однако при подключении к энергосети большого количества установок на возобновляемых источниках нужно существенно изменить энергосистему в таких направлениях, как производство энергии, ее передача, распределение, накопление и потребление. Такая модернизация, обусловленная целями политики по вопросам энергообеспечения и защиты окружающей среды, будет особенно важна в последующие годы и десятилетия. Новые технологии и бизнес-модели могут помочь обеспечить нагрузочный баланс, минимизировать нестабильность и объединить разнообразные источники энергии. Одним из вариантов решения в будущем сложных задач, связанных с работой энергосети, является внедрение виртуальных электростанций. Со временем они будут играть важную роль в системах электроснабжения. Виртуальная электростанция не является физическим объектом в виде энергоблока, но позволяет объединить и управлять целым набором генераторных установок разнообразных типов, обладающих относительно небольшим радиусом распределения энергии. Благодаря виртуальной электростанции этими установками можно управлять, как если бы все они представляли собой единой целое. Виртуальная электростанция juwi Энергия ветра Фотогальваническая установка Центральное управление Электромобили FLABEG Holding GmbH EnviTec Biogas AG Потребители энергии ... Накопление энергии Выработка тепла по заданному времени Теплофикацион-ная установка Электрический водонагреватель www.renewables-made-in-germany.com ENERGYSYSTEMS www.intercontrol.de www.sma-solar.com www.smart-energy.ag Энергосеть WIND POWER ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА Эволюция ветроэнергетики Во многих странах традиционные ветряные мельницы на протяжении веков были частью ландшафта и помогали молоть зерно и качать воду. Современные ветряки представляют собой энергоустановки, которые позволяют вырабатывать электричество по более выгодной цене по сравнению с обычными электростанциями. Ветроэнергетика, благодаря крайне развитой технологии, экономичности и экологичности, является наиболее развивающимся направлением и в среднесрочной перспективе станет основным источником возобновляемой электроэнергии по всему миру. Согласно данным, собранным Глобальным советом по ветроэнергетике (GWEC), общемировая мощность установленных на конец 2013 года ветрогенераторов составила 318 ГВт, из которых 35,5 ГВт были добавлены совсем недавно в 2013 году. Это соответствует годовому росту более чем на 12,5%. Мощность установленных в Европе ветрогенераторов на конец 2013 года Европейский рынок ветроэнергетики в 2013 году (показатель в МВт) 0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 Германия Испания Великобритания Италия Франция Португалия Дания Швеция Нидерланды Ирландия Греция Польша Австрия Бельгия Румыния Болгария Венгрия Чешская Республика Финляндия Эстония Литва Кипр Люксембург Латвия Словакия Словения Мальта Это отражено в экспортной доле ветроэнергетического сектора Германии, которая составила в 2012 году 66%. Немецкие производители и поставщики разрабатывают, изготавливают и экспортируют полностью готовые ветровые электростанции, а также основные компоненты такие, как турбины, редукторы, элементы управления и системы оптимизации работы, например, системы мониторинга состояния. Множество машиностроительных предприятий среднего звена развивают новые направления деятельности в немецком секторе ветроэнергетики. Для возведения ветровых электростанций требуются стальные трубчатые башни, бетонные опоры и отливки. Кроме того, нужна оценка места размещения станций, а также их сертификация и типовые испытания. Вся производственная цепочка - от планирования и проектирования ветровой электростанции до ее строительства и пуска в работу - реализуется в Германии. Принцип работы Ветрогенераторы – это современные, высокотехнологичные энергоустановки с простым принципом работы. Несмотря на то что их лопасти вращаются медленно, они очень эффективно вырабатывают энергию. В настоящее время широко распространены трехлопастные конструкции с горизонтальным ротором. Они обладают механической надежностью, привлекательно смотрятся и не шумят. Ротор Обтекатель Ступица ротора Башня Подключение к энергосети Основание Ветрогенераторная установка состоит из лопастей ротора, ступицы ротора, обтекателя (с генератором и, возможно, редуктором), основания и средств подключения к энергосети. Лопасти ротора принимают кинетическую энергию ветра, преобразуют ее в механическую, а затем посредством генератора – в электрическую. Выходная мощность ветрогенератора Источник: EWEA Annual Report 2013 Преимущества ветроэнергетики ▪▪ Обеспечивает экологически чистой электроэнергией по выгодной цене. ▪▪ Способствует созданию рабочих мест и развитию экономики, например, за счет производства турбин или предоставления услуг по планированию и обслуживанию. ▪▪ Обеспечивает местные сообщества прибылью за счет налоговых поступлений и аренды земли, а также избавляет от растущих затрат на традиционные виды топлива. ▪▪ Ветрогенераторы могут применяться в самых разных конфигурациях: от небольших установок до наземных или морских ветровых электростанций. ▪▪ Это идеальная основа для так называемых гибридных электростанций, в которых для производства энергии используются несколько разных источников. Vestas Central Europe Выходная мощность ветрогенератора определяется ометаемой площадью лопастей ротора и умножается на три в зависимости от скорости ветра. Например, увеличение скорости ветра на 10% повысит выходную мощность на 30%. В зависимости от места размещения единичный генератор мощностью 1,5 МВт позволяет выработать за год от 2,5 до 5 млн. кВТ/ч электроэнергии. Средняя скорость ветра на площадке является решающим фактором, который определяет величину произведенной ветрогенератором энергии. Высокие башни обдуваются более сильными ветрами, а длинные лопасти позволяют принять больше их энергии. Как выходная мощность зависит от силы ветра? Если сила ветра слишком высока, выходная мощность может быть ограничена с целью обеспечить постоянный уровень энергии, поступающей в сеть. При подключении ветрогенераторов к энергосети используются современные технологии управления, что гарантирует «мягкий», постепенный переход, позволяющий избежать нестабильности в сети. Эволюция ветрогенераторов с 1985 года Высота втулки Диаметр ротора Ветроэнергетика – сделано в Германии Немецкая отрасль ветроэнергетики насчитывает свыше 20 лет опыта и располагает современным парком ветровых электростанций. Наличие в Германии ведущих производителей компонентов делает ее движущей силой развития и внедрения данной технологии по всему миру. 1985 1990 1995 2000 2005 2008 2011 2012 Номинальная мощность (кВт) 80 250 600 1,500 3,000 6,000 7,500 7,500 Диаметр лопастей ротора (м) 20 30 46 70 90 126 127 154 Высота башни (м) 40 50 78 100 105 135 135 160 Источник: German Wind Energy Association (BWE), dena www.renewables-made-in-germany.com www.ammonit.com www.kbbnet.de WIND POWER ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА Технологии для использования энергии ветра В ветроэнергетике различают три основные вида генераторов: малой мощности, морские и наземные. Ниже представлены их главные характеристики. В настоящее время существует огромный потенциал для такой модернизации, особенно в Германии, где возраст около 40% ветрогенераторов составляет не менее 20 лет. Наземные ветрогенераторы В чем заключается модернизация? В последние годы намечается тенденция к увеличению размера роторных лопастей с целью повышения энергетического выхода электростанций даже при слабом ветре. Поэтому сейчас небольшие ветрогенераторы меняются на современные установки большего размера. Наземные ветрогенераторы размещают, как правило, на морском берегу или в прибрежной зоне, а также в горных районах и на плоских возвышенностях. Чтобы при размещении вдали от моря получить высокий выходной уровень производимой энергии, используются установки с высокими башнями и большой ометаемой площадью лопастей. Для преобразования энергии ветра в электричество разработаны и внедряются две технологии: ▪▪ система с классическим типом привода, переменной скоростью вращения, редукторами и быстрым генератором; ▪▪ истема безредукторного типа. Преимущества ▪▪ Децентрализованное производство электроэнергии с возможностью размещения ближе к центрам потребления, что позволяет минимизировать перечень требований к развертыванию энергосети и ее работе. ▪▪ Объем капиталовложений меньше по сравнению с морскими электростанциями, которые требуют затрат на размещение, проводку кабеля, наладку, эксплуатацию и обслуживание в условиях открытого моря. Области применения Подключение генераторов к энергосети Ветрогенераторы либо объединяются в группы, так называемые ветряные парки, либо устанавливаются по отдельности. Одиночные установки обычно подключаются к энергосети напрямую. В случае с ветропарками затраты на подключение к сети обычно выше, поскольку добавляются расходы на линии передачи, блоки управления и трансформаторные подстанции. Модернизация электростанций Одним из действенных способов повышения производительности, например, в условиях острой конкуренции, является модернизация парка генераторов. Оптимизация электростанции за счет замены генераторов позволяет ▪▪ сократить коли- Генераторы мощностью 200 кВт чество генераторов как минимум вдвое; ▪▪ удвоить или утроить выходную мощность; Генераторы мощностью 500 кВт Vestas Central Europe Генераторы мощностью 2 МВт ▪▪ повысить в 3-4 раза объем производимой энергии. Дополнительное преимущество модернизации Благодаря такой модернизации формируется рынок подержанных ветрогенераторов, которые еще могут быть полезны, например, для использования в качестве индивидуальных автономных систем. Автономные системы Автономные системы устанавливаются в местах, где доступ и подключение к общедоступным энергосетям ограничены или дорогостоящи. Основная задача при этом – подобрать ветрогенераторы, отвечающие местным условиям и потребностям. Ветрогенераторы малой мощности Ветрогенераторы малой мощности уже давно снабжают энергией фермерские хозяйства, небольшие деревни и частные домовладения. Однако все еще нет однозначного определения ветрогенератора малой мощности. Наиболее употребительные определения кратко обозначены ниже: ▪▪ в соответствии с нормативом IEC-NORM 61400-2:2006 Международной электротехнической комиссии, ветрогенераторы малой мощности определяются следующими параметрами: площадь, ометаемая лопастями ротора, – не более 200 кв. м, что соответствует номинальной выходной мощности около 50 кВт при переменном напряжении до 1000 В или постоянном до 1500 В; ▪▪ немецкая комиссия по ветроэнергетике разделяет ветрогенераторы малой мощности на три типа: микро (номинальная выходная мощность до 5 кВт), мини (от 5 до 30 кВт) и умеренной мощности (от 30 до 10 кВт); ▪▪ ветрогенераторы с высотой башни до 20 метров и средней мощностью от 5 до 10 кВт. Преимущества Ветрогенераторы малой мощности стремительно набирают популярность в качестве независимого источника электроэнергии. Они могут быть востребованы, в частности, развивающимися и поднимающими свою экономику странами с низким уровнем электрификации и высокими ценами на дизельное топливо. Ветрогенераторы малой мощности в сочетании с другими технологиями возобновляемой энергетики, например, фотогальваническими системами, являются прочной основой для выработки электроэнергии в регионах с ограниченным доступом к энергосетям. Развитие Общемировой энергетический выход ветрогенераторов малой мощности на конец 2011 года составил около 576 МВт. ▪▪ Наибольшую долю (40%) имеют Китай, а также США (35%). ▪▪ В Европе самые крупные рынки ветрогенераторов малой мощности представлены в Великобритании, Германии и Италии. Vestas Central Europe juwi juwi juwi www.renewables-made-in-germany.com www.ammonit.com www.kbbnet.de WIND POWER ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА Технологии для использования энергии ветра Морские ветрогенераторы В морской ветроэнергетике ветряные парки, вырабатывающие электроэнергию, возводятся в открытом море. Морской ветер более сильный и постоянный. При этом ожидаемый объем производимой в морских условиях энергии может достигать двукратного увеличения по сравнению с наземными установками, поскольку в море средняя скорость ветра выше и постоянна. Строительство морских электростанций планируется и осуществляется с учетом глубины моря до 30 метров и более, что требует при закладке фундамента применения современных конструктивных решений. Строительство морских электростанций Возведение морских ветровых электростанций по сравнению с наземными реализовать технически сложнее по следующим причинам: ▪▪ как правило, погодные условия позволяют выполнить основную часть монтажных работ только в период с апреля по ноябрь (для северного полушария); ▪▪ к используемым материалам предъявляются повышенные требования из-за сильного ветра и волн, а также значительного содержания соли в воздухе; ▪▪ системные издержки существенно выше, чем для наземных электростанций; ▪▪ морские ветровые электростанции нужно подключать к энергосети, что требует прокладки кабеля по дну моря и силовых линий вдоль берега для передачи выработанной электроэнергии. Преимущества ▪▪ Морские ветровые электростанции открывают новые возможности для промышленности и рынка труда, особенно для компаний в сфере технического обслуживания и эксплуатации, обеспечивающих безотказную работу в морских условиях. ▪▪ Прибрежные районы со слабой экономикой, испытывающие трудности в области рыболовства или судостроения, будут особенно заинтересованы в развитии этого направления. ▪▪ Морские ветровые электростанции с установленной мощностью в сотни мегаватт позволяют питать энергосети промышленных районов и могут в будущем заменить крупные традиционные электростанции. Развитие ▪▪ К концу 2013 года из новых мощностей, установленных по всему миру, в Европе было сосредоточено 90%. ▪▪ В Великобритании совокупная мощность морских электростанций составила 733 МВт, а в Германии – 240 МВт. За пределами Европы больше всего морских электростанций появилось в береговой зоне Китая. Перспективы Согласно прогнозу Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC), к 2020 году общемировая установленная мощность ветрогенераторов составит 759 ГВт, а к 2030 году экологически чистая ветровая энергия будет удовлетворять 15-17,5% мировых потребностей в электричестве. Роль ветровых электростанций в международных усилиях по борьбе с изменением климата существенно возрастет. Дальнейшее продвижение ветроэнергетики в течение последующих лет будет зависеть от законодательной базы в областях энергетического регулирования и городского планирования. Среди важных предварительных задач следует отметить определение подходящих для строительства ветроэлектростанций районов, устранение ограничивающих высотных препятствий, расширение инфраструктуры энергосети, финансирование технологий накопления энергии и стимулирование модернизации для более эффективного использования высокопроизводительных площадок. В настоящее время прилагаются усилия по расширению энергосетей и повышению эффективности их использования, например, за счет мониторинга контроля температуры. Данные усовершенствования позволят преобразовать имеющиеся энергосети в так называемые интеллектуальные сети. Современные технологии накопления энергии – пневмоаккумуляторы, специальные резерву- ары для хранения газа, средства сохранения энергии на электротранспорте, преобразование избыточной энергии ветра в хранимый газ («ветряной газ»), оптимизированное управление нагрузкой в частном и промышленном секторах, а также объединение децентрализованных генераторных установок в так называемые виртуальные электростанции – открывают огромные возможности для эффективной интеграции ветроэнергетики. KBB Underground Technologies Резервуары для хранения газа. Наземные ветрогенераторы Наземные ветроэлектростанции, скорее всего, продолжат стремительно завоевывать международный рынок, особенно с учетом растущей экономической эффективности. В случае их использования важно заручиться поддержкой общества. Это можно сделать с помощью партнерской модели, известной как общественные ветроэлектростанции. Эта модель уже реализована в некоторых странах, например, в Германии и Дании, но впоследствии может распространиться по всему миру. За счет соответствующей адаптации она может существенно помочь в повышении ценности местных ресурсов. Кроме того, в ходе проектно-конструкторской работы в области ветроэнергетики много внимания уделяется снижению отрицательного воздействия на окружающую среду, например, от шума или светового излучения. Особые усилия при этом сосредоточены на оптимальном применении световой сигнализации, предназначенной для идентификации электростанций и для обеспечения безопасности судоходства и полетов авиации, таким образом, чтобы световое излучение не доставляло неудобство местным жителям. Достижение общественного признания ветровых электростанций также можно рассматривать в качестве положительного результата. Морские ветрогенераторы В настоящее время производители генераторных установок разрабатывают и выпускают новое поколение больших и экономичных морских ветрогенераторов мощностью 6 МВт и выше. Прогноз по развитию сектора морской ветроэнергетики достаточно оптимистичен, и в 2014 году ожидается ее существенный рост, особенно в ЕС. Причиной тому служит запланированное в рамках всего ЕС расширение проектной работы по морской ветроэнергетике, что приведет, как предполагается, к внедрению в 2014 году новых энергоустановок общей мощностью 1,9 ГВт. Ветрогенераторы малой мощности Ветрогенераторы малой мощности стремительно набирают популярность в качестве независимого источника электроэнергии. Они могут быть востребованы, в частности, развивающимися и поднимающими свою экономику странами с низким уровнем электрификации и высокими ценами на дизельное топливо. Ветрогенераторы малой мощности могут использоваться как автономные системы, либо могут быть интегрированы в имеющиеся функционально независимые энергосети или гибридные системы. Согласно прогнозу Международной ассоциации по ветроэнергетике (WWEA), общая установленная мощность может достичь к 2020 году значения 5 ГВт. www.renewables-made-in-germany.com www.ammonit.com www.kbbnet.de ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ PHOTOVOLTAICS Солнечная энергия Прямое использование солнечной энергии Солнце за час посылает на Землю энергии больше, чем ее используется во всем мире в течение года. Методы прямого использования солнечной энергии можно разделить на два типа: гелиотермальные (выработка тепла или электричества) и фотогальванические (выработка электричества). Благодаря повсеместной доступности солнечной энергии фотогальванические установки можно с успехом использовать для выработки электричества как автономно, так и при подключении к энергосети. Принцип работы ▪▪ Фотогальванические элементы содержат один или несколько полупроводниковых материалов и обеспечивают преобразование солнечной энергии в электрическую. ▪▪ Фотоэлектрический эффект достигается посредством добавления в полупроводник примеси в виде определенных химических элементов, в результате чего образуется два слоя — p-проводящий с избытком носителей положительного заряда и n-проводящий с избытком носителей отрицательного заряда. Вследствие такого дисбаланса, в пограничном слое формируется внутреннее электрическое поле, где при воздействии света происходит разделение зарядов. Освобожденные в ходе данного процесса носители зарядов создают электрический ток, который может сниматься с помощью металлических электродов и использоваться для питания устройств постоянного напряжения, либо подаваться через соответствующий преобразователь в энергосеть переменного напряжения. ▪▪ Чтобы получить высокую мощность, фотогальванические элементы объединяют в модули. Отрицатель- Пограничный ный электрод слой кремний с n-примесью широкий диапазон мощностей: от небольших установок с пиковой мощностью 1 кВт до солнечных электростанций в несколько мегаватт пиковой мощности. В случае с автономными системами энергетический выход можно при необходимости довести до требуемого уровня за счет накопления энергии в аккумуляторных устройствах или ее восполнения посредством дополнительного источника (гибридная система). Если система подключается к общедоступной электросети, то такая сеть фактически выступает в роли хранилища энергии. Если выработанная фотогальваническим методом электроэнергия потребляется на месте, то можно добавить аккумуляторную батарею. Преобразование энергии: ▪▪ постоянный ток преобразуется посредством зарядного инвертора в переменный, аналогичный тому, который используется в стандартной электросети; Инвертор также позволяет задавать оптимальный рабочий режим в соответствии с уровнем солнечного излучения и содержит устройства мониторинга и защиты. ▪▪ Кроме того, инверторы все чаще применяются для интеллектуального управления фотогальваническими системами, особенно, когда их нужно наилучшим образом интегрировать в энергосеть. Надежность энергоснабжения при использовании фотогальванических установок При сбоях в энергоснабжении современные фотогальванические системы, подключенные к энергосети, должны быть от нее изолированы в целях безопасности для предотвращения неконтролируемой автономной работы. Однако интегрированную в сеть систему можно настроить таким образом, чтобы при отключении электроэнергии, например, из-за шторма или в районах с нестабильным энергоснабжением, данная система работала как аварийный источник энергии. Energiebau кремний с p-примесью Положительный электрод Источник: www.solarpraxis.de / M.Römer. Основные преимущества фотогальванического способа получения энергии ▪▪ Выработка электроэнергии без шума и вредных выбросов. ▪▪ Фотогальванические системы хорошо подходят для заселенных районов и могут незаметно устанавливаться на неиспользуемых частях крыш. ▪▪ Широкая область применения: от бытовых приборов, например, карманных калькуляторов на солнечных батареях, до производства электроэнергии мощностью в несколько мегаватт в частных домовладениях и на крупных предприятиях. ▪▪ Отсутствие подвижных частей, что увеличивает срок службы систем. SMA Solar Technology AG Общемировая установленная мощность по итогам 2013 года За счет внедрения новых установок общей мощностью примерно 37 ГВт совокупный объем энергии, произведенной в мире на конец 2013 года, превысил 136 ГВт. В Европе в 2013 году было добавлено около 10 ГВт установленной мощности. Китай оказался мировым лидером рынка с 11,3 ГВт, добавленными в энергосистему, а Япония заняла третье место с 6,9 ГВт. По итогам 2013 года совокупная установленная мощность в Европе составила около 80 ГВт, в Китае — 18,1 ГВт, в Японии — 13,9 ГВт и в США — примерно 12 ГВт. SOLARWATT AG Солнечный элемент – Солнечный модуль – Солнечный генератор При выборе фотогальванических модулей важно учитывать не только стоимость основного модуля (цена за пиковую мощность), но и расходы на всю систему, ее эффективность после установки и издержки на эксплуатацию и обслуживание в течение всего срока службы. В регионах, где много солнца, можно сделать выгодные капиталовложения. Однако совокупная стоимость всей фотогальванической системы может сильно отличаться в разных точках мира в зависимости от местного ценообразования и доступности. Фотогальванические системы, подключаемые к энергосетям, обеспечивают масштабирование в любых объемах и предлагают Bosch Solar Energy AG www.renewables-made-in-germany.com www.solarlog.com Fronius Deutschland GmbH SMA Solar Technology AG ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ PHOTOVOLTAICS Области применения Фотогальванические системы могут применяться как автономно, так и подключаться к энергосетям. Подключаемая к энергосети система состоит из нескольких фотогальванических модулей, инвертора для преобразования полученного постоянного напряжения в переменное, совместимое с электросетью, а также защитного и измерительного оборудования. Фотогальванические системы обеспечивают масштабирование в любых объемах и предлагают широкий диапазон мощностей: от небольших установок с пиковой мощностью 1 кВт до солнечных электростанций в несколько мегаватт пиковой мощности. Автономные системы особенно полезны для электроснабжения в регионах, где нет доступа к энергосетям или другого надежного источника электроэнергии. Преимущество фотогальванических генераторов заключается в возможности широкого масштабирования — будь то небольшая мощность, достаточная для питания домашних электроприборов, либо пиковая мощность в несколько сотен киловатт или даже мегаватт, либо мощность, позволяющая обеспечить электрификацию небольшой энергосети. В случае с небольшой энергосетью несколько фотогальванических установок объединяются в автономную энергосистему, которая позволяет снабжать электроэнергией группу предприятий, жилых домов или даже целый микрорайон. Для объединения фотогальванических установок с другими источниками электроэнергии, например, дизельными генераторами, обычно используются гибридные системы. Однако для независимого и бесперебойного электро- SMA Technologie AG Гибридная система снабжения посредством фотогальванических установок обязательно нужна система накопления энергии. Накопление энергии с помощью аккумуляторных батарей становится все более актуальным. Поэтому на рынке все чаще появляются системы с такой возможностью. Стандартные варианты размещения ▪▪ Установка на поверхности крыши. ▪▪ Установка в произвольном месте. ▪▪ Интеграция с конструкцией здания, например, как часть крыши или полупрозрачного фасада. В данном случае, фотогальванические системы могут использоваться в качестве конструктивного элемента здания, например, шумозащитного барьера, навеса на крыше или солнцезащитной системы. Bosch Solar Energy AG COLEXON Energy AG S.A.G. Solarstrom AG Крупномасштабные с подключением к энергосети Wagner & Co Solartechnik GmbH Fronius Deutschland GmbH Instalación fotovoltaica Inversor fotovoltaico Установленные модули SUNSET Energietechnik GmbH Inversores y conmutadores de CC Wagner & Co Solartechnik GmbH Фотогальванические модули в качестве защитного покрытия www.renewables-made-in-germany.com www.solarlog.com Solon AG, W. Murr Навес из фотогальванических модулей ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ PHOTOVOLTAICS Перспективы развития Bosch Solar Energy AG Bosch Solar Energy AG Bosch Solar Energy AG Bosch Solar Energy AG Со временем фотогальванические технологии найдут активное применение в различных сферах жизни. Тенденция к использованию солнечных батарей в качестве конструктивного элемента зданий, например, в виде полупрозрачных модулей застекленных фасадов, будет наблюдаться и дальше. Аккуратный внешний вид, экологичность производимой энергии и возможность эффективного затенения неразрывно связаны в этих системах. Гибкие солнечные батареи, предлагаемые в виде кристаллов или тонкопленочных элементов, открывают огромные возможности для различных вариантов применения. Среди факторов, определяющих дальнейшее успешное продвижение данной технологии на рынке, можно выделить ее востребованность в различных областях, а также дополнительное снижение расходов, например, за счет повышения КПД и снижения количества используемых материалов. Таким образом, в будущем приобретут большое значение следующие направления. Фотогальванические элементы с концентрацией солнечного света — посредством системы линз и зеркал на фотогальваническом элементе концентрируется световой поток высокой интенсивности. Такой метод обеспечивает повышение КПД до 43,6%. Эта технология открывает широкие возможности по снижению стоимости производства и, следовательно, по созданию в будущем дешевого источника электроэнергии. Органические фотогальванические элементы — состоят из углеводородных соединений, нанесенных на подложку аналогично аморфному кремнию. Преимущество таких элементов заключается в том, что, в отличие от неорганических элементов, при снижении освещенности и повышении температуры выходная мощность не уменьшается. Это позволяет повысить производительность солнечной батареи. Интеграция с энергосетью — растущая популярность фотогальванических установок, особенно в сельских районах, может потребовать расширения местных распределительных сетей, поскольку в таких районах сравнительно большое количество фотогальванических генераторов подключено к сети, а локально при этом используется относительно небольшая мощность. В настоящее время в немецком секторе фотогальванической энергетики разрабатываются современные инверторы, способные знаОрганический фотоэлемент Fraunhofer ISE Модуль органических фотоэлементов чительно повысить нагрузочную способность распределительной сети, что позволяет сократить расходы на расширение таких сетей. Обязательства производителей и утилизация — фотогальванические модули содержат такие материалы, как стекло, алюминий и различные полупроводники, которые могут быть извлечены и повторно использованы как в новых модулях, так и в других изделиях. Поскольку большая доля из числа установленных фотогальванических систем будет в течение 10-15 лет постепенно выводиться из эксплуатации, приобретает особую важность вопрос об обязательствах производителей и утилизации продукции. Промышленные методы утилизации предусмотрены как для тонкопленочных модулей, так и для кремниевых. Чтобы обеспечить выполнение обязательств применительно к фотогальваническим модулям в рамках всей производственно-эксплуатационной цепочки — от закупки сырья до утилизации продукции — европейские компании, работающие в секторе фотогальванической энергетики, внедрили систему возврата и утилизации «PV CYCLE». Перспективы Начиная с 2013 года, быстрорастущие рынки перемещаются из Европы в другие регионы мира. Огромным потенциалом для внедрения фотогальванических систем обладают, прежде всего, Китай и Индия. Поэтому в этих странах прогнозируется существенное расширение данного рынка на годы вперед. Дальнейшее продвижение фотогальванических систем также ожидается в Юго-Восточной Азии, Южной Америке, на Ближнем Востоке и в Северной Америке. Поскольку в Европе преобладает установка солнечных батарей на крышах, то возведение крупных солнечных электростанций можно ожидать в регионах, находящихся в северном и южном полушариях между 20-м и 40-м градусами широты, что позволит обеспечить надежное производство энергии в значительном объеме. Более того, возрастет важность использования систем, объединяющих различные технологии производства и накопления возобновляемой энергии, благодаря чему повысится надежность электроснабжения, которое не будет зависеть от растущих цен на ископаемое топливо и будет удовлетворять специфические нужды потребителей. Производство фотоэлемента Процесс утилизации фотогальванического устройства Fraunhofer ISE Sunicon AG Sunicon AG SolarWorld AG COLEXON Energy AG Wagner & Co Solartechnik GmbH SMA Technologie AG Bosch Solar Energy AG www.renewables-made-in-germany.com www.solarlog.com SolarWorld AG SOLAR THERMAL ГЕЛИОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Технологии Развитие крупных и небольших гелиотермальных энергосистем до сих пор идет разными путями. Гелиотермальная энергетика является одним из наиболее естественных и экологичных направлений производства тепла. Проверенные десятилетиями, гелиотермальные технологии могут применяться для нагрева воды и отопления помещений, для охлаждения или обезвоживания окружающего воздуха, а также для получения технологического тепла и осушки. Но, что важнее всего, они позволяют сократить энергозатраты при производстве тепла. KBB Kollektorbau GmbH BSW-Solar/Langrock ▪▪ Накопитель энергии может размещаться даже в под- вальном помещении, что облегчает интеграцию гелиотермальной установки с традиционными системами производства тепла. ▪▪ Блок управления позволяет контролировать систему и отслеживать ее состояние, а также степень готовности тепловой энергии и горячей воды. Термосифонные системы (конвекция) ▪▪ Термосифонные системы работают без электронасосов и регуляторов. ▪▪ Имеют очень простую конструкцию и устанавливаются в регионах, где не бывает мороза. ▪▪ Горячие жидкости легче холодных, поэтому для циркуляции через коллектор воды или другого теплоносителя используется влияние силы тяжести. ▪▪ Накопительный бак размещается над системой. Показатели эффективности в зависимости от разности температур для различных типов коллекторов KBB Kollektorbau GmbH КПД коллектора в % Технология – различные типы солнечных коллекторов Самый простой тип коллектора — неполированный пластиковый поглотитель. В этом случае вода прокачивается через черные пластиковые маты и обычно используется для обогрева плавательных бассейнов. Данный метод позволяет получить температуру от 30°C до 50°C. Защитное стекло Солнечный поглотитель 100 80 Характеристики поглотителя 60 Характеристики плоского коллектора 40 Характеристики вакуумированной трубки 20 0 0 20 40 60 80 100 120 Обогрев плавательных бассейнов Нагрев воды Поддержка отопления помещений Технологическое тепло 140 160 Разность температур в °C Источник: DLR Преимущества для потребителей ▪▪ Снижение расхода ископаемого топлива. ▪▪ Значительная экономия на счетах за традиционное Корпус Теплоизоляция Задняя панель Примерно три четверти используемых в Германии коллекторов — это плоские коллекторы. В этой конструкции поглотитель солнечной энергии, преобразующий ее в тепло, устанавливается в герметичный и застекленный корпус для снижения тепловых потерь. Плоские коллекторы работают, как правило, на температурах от 60°C до 90°C. Разновидностью плоских коллекторов являются воздухонагревательные солнечные коллекторы, в которых нагревается воздух и которые обычно используются для обогрева зданий без промежуточного накопления тепла. Нагретый воздух также может применяться для просушки сельскохозяйственной продукции. Благодаря применению воздушно-водяного теплообменника подобные системы также могут быть полезны для нагрева воды в бытовых целях. Более высоких температур и даже большего КПД можно достичь за счет использования вакуумных трубчатых коллекторов, поскольку тепловые потери в этом случае снижаются из-за сильного отрицательного давления в стеклянных трубках. Такой коллектор содержит большое количество вакуумных стеклянных трубок. Благодаря возможности вращения отдельных трубок плоский поглотитель, помещенный в стеклянный приемник, может быть оптимально повернут к солнечному свету. Различные гелиотермальные системы Системы с принудительной циркуляцией ▪▪ Тепловая энергия, извлеченная в коллекторе, передается посредством теплоносителя накопителю энергии. ▪▪ Циркуляция теплоносителя осуществляется посредством насоса. отопление. ▪▪ Предсказуемые расходы на отопление. ▪▪ Снижение зависимости от импорта энергоносителей. ▪▪ Отсутствие выбросов углекислого газа. ▪▪ Проверенная и надежная технология. ▪▪ Совместимость с другими технологиями возобновляемой энергетики, например, геотермальными установками и тепловыми насосами. Актуальные факты В 2011 году в мире было установлено солнечных коллекторов общей площадью 68,7 млн. кв. м, что соответствует 48,1 ГВт тепловой мощности. Это соответствует увеличению на 14,3% за год. В мировом масштабе Китай продемонстрировал в 2011 году наибольший рост с 40,32 ГВт тепловой мощности. Показатели Европы составили 3,93 ГВт тепловой мощности. В этих двух регионах в 2011 году было установлено в совокупности около 92,1% солнечных коллекторов. Гелиотермальная энергетика также набирает популярность на Ближнем Востоке и в Северной Америке. Общая площадь коллекторов гелиотермальных систем достигла в 2012 году отметки в 9 млн. кв. м, что соответствует совокупной установленной термальной мощности 6,3 ГВт. Показатели европейского рынка гелиотермальной энергетики, выраженные относительной площадью установленных в 2012 году коллекторов Германия 34% Италия 10% Польша 9% Франция 7% Греция 7% Эстония 7% Австрия 6% DK DE CH AT Чешская Республика 4% Дания 3% Португалия 3% Бельгия 2% Великобритания 2% Другие страны 8% Источник: ESTIF 2013 www.renewables-made-in-germany.com www.kbb-solar.com UK BE PT Others ES GR IT FR PL SOLAR THERMAL ГЕЛИОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Области применения систем производства горячей воды и отопления помещений Области применения гелиотермальной энергии очень разнообразны: от обеспечения многоквартирных и частных домов горячей водопроводной водой до комбинированных систем, которые используются не только для горячего водоснабжения, но и для отопления зданий, а также для выработки технологического тепла и охлаждения. Применение гелиотермальной энергии в жилых кварталах, больницах, общежитиях, гостиницах, а также на промышленных предприятиях становится очень востребованным. В настоящее время при реконструкции арендуемого жилья, например, в многоэтажных зданиях, устанавливаются мощные высококачественные гелиотермальные системы, использование которых никак не отражается на счетах за энергию или аренду. Горячее водоснабжение частных домовладений ▪▪ Самый распространенный в мире вариант примене- ния гелиотермальной энергии. ▪▪ В Европе покрывает, как правило, 100% потребностей в горячей воде в теплое время года. ▪▪ В холодное время года вода нагревается в котельных за счет сжигания газа, дизеля, дров или с помощью теплового насоса, работа которого поддерживается в солнечные дни гелиотермальной системой. ▪▪ В течение года около 60% потребностей в горячем водоснабжении можно удовлетворить за счет гелиотермальной энергии. ▪▪ Используя геотермальные установки в постройках определенного типа, можно обеспечить от 50% до 100% совокупных потребностей в теплоснабжении. Крупные системы бытового горячего водоснабжения ▪▪ Например, системы для жилых районов, гостиниц и больниц. ▪▪ Общая площадь коллекторов лежит в диапазоне от десятков до сотен квадратных метров. ▪▪ Обладают повышенной эффективностью, так как предназначены для обеспечения горячего водоснабжения при низком уровне солнечного освещения Солнечная энергия для централизованного теплоснабжения ▪▪ Крупные гелиоустановки также позволяют подавать полученную от солнца энергию в сети централизованного теплоснабжения. ▪▪ В жилых строениях, подключенных к сети, тепло перед его подачей в систему горячего водоснабжения и отопления накапливается в буферных системах. ▪▪ Гелиоустановки для централизованного теплоснабжения, которые имеют возможность сезонного регулирования тепла, позволяют эффективнее использовать солнечную энергию. ▪▪ Солнечное тепло, полученное летом, используется для нагрева очень больших резервуаров воды. ▪▪ Зимой это солнечное тепло используется для обогрева зданий, подключенных к сети. Солнечная энергия для производства технологического тепла ▪▪ Наряду с использованием солнечной энергии для систем охлаждения в мире намечается тенденция к применению в промышленности, сельском хозяйстве и коммунальном секторе технологического тепла, полученного от гелиоустановок. ▪▪ Технологические средства, необходимые для получения высоких температур, остаются достаточно дорогостоящими. ▪▪ Обеспечение технологическим теплом в диапазоне температур 20–100°C может реализовываться относительно быстро и осуществляться по сравнительно низкой цене. ▪▪ В будущем возможно достижение температуры 250°C. 1 5 2 3 4 Гелиотермальные системы для горячего водоснабжения частных домовладений: 1) Коллектор; 2) накопитель солнечной энергии; 3) нагреватель; 4) блок управления гелиотермальной установкой; 5) потребители горячей воды (например, душевая комната). Комбинированные системы горячего водоснабжения и отопления помещений ▪▪ Гелиоустановки могут как обеспечить горячей водой, так и обогреть помещения. Это позволяет сэкономить значительную долю энергии, получаемую традиционными способами. ▪▪ В таких системах площадь рабочей поверхности солнечных коллекторов больше, что помогает обогревать здания осенью и весной. ▪▪ Как правило, в отдельных домовладениях устанавливаются системы с площадью коллекторов от 10 до 18 кв. м. ▪▪ Стандартно система обеспечивает 10–30% потребностей в энергоснабжении здания, что зависит от качества теплоизоляции дома и от объема расходуемого тепла. Wagner & Co Solartechnik GmbH Пример проекта В городе Айхштет (Германия) одна из 100 установленных по всему миру пилотных систем снабжает пивоваренный завод горячей водой, полученной из солнечной энергии. Чтобы повысить рентабельность пивоварни, производственные процессы были адаптированы к условиям, зависящим от интенсивности солнечного света. В систему входят коллекторы на вакуумных трубках общей рабочей площадью 900 кв. м и два блока накопления солнечной энергии площадью 60 кв. м. Перспективы В то время как выпуск небольших систем уже налажен, крупные системы все еще находятся на довольно низком уровне стандартизации и обычно разрабатываются и внедряются по индивидуальному проекту. Для применения гелиотермальных систем охлаждения и получения технологического тепла в различных областях, например, в промышленности, нужны дополнительные исследования. Wagner & Co Solartechnik GmbH Wagner & Co Solartechnik GmbH www.renewables-made-in-germany.com www.kbb-solar.com Bosch Thermotechnik GmbH SOLAR THERMAL ГЕЛИОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Технологии использования солнечной энергии для систем охлаждения Солнечные системы кондиционирования воздуха Тепло, собранное в коллекторе, используется для получения холодного воздуха. Ощутимое преимущество этой технологии заключается в том, что потребность в охлаждении возникает тогда, когда светит солнце. Это избавляет от необходимости надолго сохранять тепло или холод и снижает объем электроэнергии, требуемой для кондиционирования воздуха. Такие системы представляют собой надежную альтернативу, особенно в жарких странах, где мощность, потребляемая охладительными электрокомпрессорными установками, уже заставляет электросети работать с максимальной отдачей в периоды пиковой нагрузки. образом, что влага испаряется в окружающее пространство (осушительный ротор). ▪▪ Поступающий воздух сначала слегка нагревается в ходе просушки, а затем снова охлаждается до температуры окружающей среды за счет прохождения через второй ротор. ▪▪ Испарение воды из поступающего воздуха вызывает охлаждение до требуемого уровня. Охлаждение посредством открытого метода Гелиоколлектор Wagner & Co Solartechnik GmbH Увлажнитель воздуха Ротор осушителя Ротор теплообменника Источник: DLR Перспективы Два типа систем охлаждения с использованием солнечного тепла Закрытые системы Солнечное тепло используется для запуска процесса абсорбционного охлаждения. В «закрытом» процессе используемые жидкости не контактируют с окружающим воздухом. Открытые системы ▪▪ В «открытом» процессе используемая охлаждающая жидкость контактирует непосредственно с окружающим воздухом. ▪▪ В осушающем методе пары воды удаляются из поступающего воздуха посредством осушителя, например, силикагеля, который наносится на пористый вращающийся цилиндр и впитывает влагу. ▪▪ По мере вращения часть цилиндра постоянно нагревается теплым от солнца воздушным потоком таким Компании и исследовательские учреждения продолжают разрабатывать системы охлаждения и выработки технологического тепла на основе солнечной энергии с целью сделать их более компактными, дешевыми и пригодными для различных областей применения. Промышленный выпуск небольших систем охлаждения мощностью в несколько киловатт для использования в частных домовладениях или на верхних этажах зданий находится в начальной стадии. Системы охлаждения с использованием солнечной энергии имеют особое значение для стран, где они очень востребованы. Эта перспективная технология обещает долгосрочное снижение энергопотребления, а также сокращение расходов на системы климат-контроля. Объединение гелиотермальной энергетики с другими технологиями получения тепла также приобретает огромное значение. Благодаря интеллектуальным системам управления энергией можно извлечь выгоду из взаимодополняющих факторов, что впоследствии позволит круглогодично обогревать или охлаждать здания/предприятия и будет играть важную роль в повышении востребованности производства тепла из возобновляемых источников энергии. Schüco www.renewables-made-in-germany.com www.kbb-solar.com SOLAR THERMAL ГЕЛИОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Гелиотермальные электростанции Краткий обзор технологии Гелиотермальные электростанции работают на солнечной энергии для производства электричества в промышленном масштабе. В странах, где много солнечных дней, применяются системы с концентрированной солнечной энергией для выработки тепла, которое затем используется для производства электроэнергии или для опреснения морской воды, либо промышленных процессов осушения. Основной принцип работы гелиотермальной электростанции заключается в размещении на очень большой площади фокусирующих отражателей, которые направляют солнечное излучение на приемник. По аналогии с традиционной электростанцией, полученную тепловую энергию затем можно посредством пароили газотурбин преобразовать в электричество, либо использовать для иных промышленных целей, например, опреснения воды, охлаждения или производства в обозримом будущем водорода. Благодаря такому принципу работы, электростанции с концентрацией солнечной энергии выгодно выделяются за счет относительно простого и экономичного метода накопления полученной тепловой энергии, что позволяет производить электричество в течение нескольких часов даже в темное время суток. Поэтому в будущем они могут внести основной вклад в плановое и ориентированное на определенные нужды производство электроэнергии в сочетании с большой долей других видов возобновляемой энергетики. Для ряда проектов создаются гибридные системы, которые объединяют традиционные электростанции, работающие на топливе, например, газе, с технологией концентрации солнечной энергии, что позволяет повысить эффективность и производительность обеих систем и увеличить базисную выходную мощность благодаря новой и экономичной составляющей. Система на двигателе Стирлинга Солнечная электростанция башенного типа Ресивер/двигатель Центральный ресивер Рефлектор Гелиостаты Свет Свет В электростанциях этого типа солнечное излучение фокусируется на центральном теплообменнике/поглотителе посредством сотен автоматически позиционируемых отражателей. Возможно достижение температуры свыше 1.000 °C. Это обеспечивает высокую эффективность, особенно при использовании газотурбин, что позволяет снизить стоимость производства электроэнергии. В так называемой системе на двигателе Стирлинга применяется параболический отражатель для фокусировки солнечного излучения на приемнике с подключенным двигателем. Двигатель преобразует тепловую энергию непосредственно в механическую или электрическую энергию. Эти системы позволяют достичь КПД свыше 30%. Экспериментальные системы уже проходят испытания, например, в компании Plataforma Solar Centre в г. Альмерия (Испания). Актуальные факты и перспективы В 2012 году к энергосетям было подключено по всему миру около 60 гелиотермальных электростанций. Это соответствует общей мощности порядка 3 ГВт. Еще 40 электростанций с запланированной мощностью около 5 ГВт находятся в различных стадиях строительства или активного проектирования. Четыре типа систем с фокусирующими отражателями Все системы должны «видеть» солнце для возможности концентрировать его прямое излучение. Несмотря на то что эти системы могут использоваться автономно, их также можно объединять друг с другом, что позволяет создать солнечную электростанцию и повысить установленную мощность в диапазоне от 10 кВт до нескольких МВт. Параболоцилиндрический коллектор Трубка поглотителя Рефлектор Свет Коллектор на линзах Френеля Рефлектор с небольшим радиусом изгиба Трубка поглотителя Рефлектор Свет Трубопровод гелиосистемы Солнечная установка электростанции состоит из множества параллельных рядов коллекторов, которые собраны из параболоцилиндрических отражателей. Отражатели фокусируют солнечный свет на трубках с поглотителем, которые смонтированы вдоль фокальной линии и вырабатывают тепло температурой до 400°C. В большинстве случаев для переноса тепловой энергии к теплообменнику, в котором вырабатывается водяной пар, служит циркулирующая в качестве теплоносителя термомасляная жидкость. Затем, как и в традиционных электростанциях, пар используется для вращения паротурбин и работы генератора. INTER CONTROL В коллекторах на линзах Френеля отражатели фокусируют солнечное излучение на закрепленной трубке с поглотителем, где происходит непосредственный нагрев и превращение в пар воды или масла. Поскольку базовый принцип работы таких коллекторов проще по сравнению с параболоцилиндрическими, его реализация требует меньших затрат на рефлекторы. Однако при этом годовая эффективность будет несколько ниже. Уверенное глобальное продвижение гелиотермальных электростанций осуществляется за счет проектов, которые активно внедряются в разных странах, и сопровождается существенным снижением себестоимости электроэнергии, произведенной недавно запущенными электростанциями. В течение последующих 5-10 лет гелиотермальные электростанции при их правильном размещении смогут с большой вероятностью составить конкуренцию электростанциям со средней нагрузочной способностью, которые зависят от изменения общих издержек на топливо (расходы на закупку и на борьбу с выбросами углекислого газа). Возможность накопления энергии на гелиотермальных электростанциях даст значительное преимущество при использовании смешанной схемы производства электричества, поскольку они обеспечивают промежуточное сохранение других типов возобновляемой энергии, выработка которых имеет непостоянный график. К дополнительной области применения этого метода получения энергии можно отнести опреснение морской воды. Его дальнейшее развитие также возможно за счет модернизации технологической системы приводов (специализированные приводы, схемы управления и датчики). Novatec Solar GmbH FLABEG Holding GmbH www.renewables-made-in-germany.com www.intercontrol.de БИОЭНЕРГЕТИКА Тепло и электричество из биомассы Твердая биомасса очень давно применяется по всему миру для получения энергии и до сих пор остается наиболее востребованным возобновляемым источником. Посредством фотосинтеза растения способны образовывать органические вещества и при этом накапливать энергию. К биомассе также относятся отходы сельского хозяйства и лесопромышленности, органические отходы, компост, водоросли, энергетические сельхозкультуры и другие биогенные субстраты. Биомасса подходит для производства твердых, жидких и газообразных видов топлива, которое может использоваться для выработки тепла и электричества или для работы транспортных средств. CO2 100 % CO2 100 % Гниение Сжигание Естественная циркуляция углекислого газа Wagner & Co Solartechnik GmbH Преимущества биоэнергетики Сжигание биомассы высвобождает лишь ту часть углекислого газа, которую растения накапливают на протяжении своего роста. С точки зрения углекислотного баланса не имеет значения, будет ли древесина лежать гниющей в лесу или будет использована для получения энергии. Преимущества: ▪▪ возможность накопления энергии; ▪▪ возможность использования разных субстратов; ▪▪ постоянная доступность производимого из биомассы электричества позволяет компенсировать нерегулярность его выработки из солнечной и ветровой энергии; ▪▪ биоэнергетика помогает утилизировать городские отходы и при этом обеспечивает столь нужной энергией; ▪▪ выращивание энергетических сельхозкультур открывает перед фермерами новое направление деятельности; ▪▪ биоэнергетика позволяет сохранить в сельскохозяйственных и лесопромышленных регионах рабочие места и создать новые; ▪▪ возможность децентрализации энергопроизводства, а также создание материально-энергетического цикла; ▪▪ производство электричества и тепла с помощью биоэнергетики позволяет снизить зависимость от импорта ископаемого топлива и повысить надежность энергоснабжения. Schmack Biogas AG Газообразная биомасса ▪▪ В Европе более половины объема получаемой из биогаза энергии приходится на Германию. В 2011 году объем общеевропейского производства биогаза составил около 10,1 млн. тонн нефтяного эквивалента. ▪▪ В Европе с 2010 по 2011 год уровень производства энергии из биогаза вырос на 18,2%, что в 2011 году составило около 35,9 ТВтч. Крупнейшими европейскими производителями получаемой из биогаза электроэнергии являются Германия, Великобритания, Италия, Франция и Нидерланды. ▪▪ Объем тепловой энергии, полученной в ЕС из биогаза в 2011 году, составил 201,6 килотонны нефтяного эквивалента. Твердая биомасса ▪▪ Использование твердой биомассы для производства энергии представляет исключительную важность в мировом масштабе. ▪▪ Значительная часть (86%) твердой биомассы производится и потребляется в странах, не входящих в ОЭСР (Организация экономического сотрудничества и развития). В развивающихся странах, преимущественно в Юго-Восточной Азии и Центральной Африке, твердая биомасса применяется в домашних хозяйствах для приготовления пищи и обогрева. ▪▪ В 2010 году востребованность твердой биомассы в качестве возобновляемого источника энергии оказалась самой высокой, что соответствует 9,5% от общемировых поставок первичной энергии или 70,3% возобновляемой энергии. Жидкое биотопливо ▪▪ Жидкое биотопливо производится из биомассы и обладает свойствами бензина, дизельного или иных видов топлива, полученных из нефти. ▪▪ Двумя основными видами жидкого биотоплива являются биоэтанол и биодизельное топливо, доля которых на рынке биоэнергетики составляет, соответственно, 80% и 20%. Вместе они покрывают около 3% мировой потребности в транспортном топливе и занимают под производство 2–3% доступной на Земле площади пахотных земель. Твердая биомасса ▪▪ Отходы деревообработки ▪▪ Отходы лесопромышленности ▪▪ Энергетические культуры (переработанные лесоматериалы) Газообразная биомасса ▪▪ Биогаз ▪▪ Канализационный газ ▪▪ Свалочный газ ▪▪ Синтетический биогаз Жидкая биомасса ▪▪ Растительное масло ▪▪ Биодизельное топливо ▪▪ Биоэтанол ▪▪ Синтетическое биотопливо www.renewables-made-in-germany.com www.envitec-biogas.com www.lipp-system.de БИОЭНЕРГЕТИКА Использование твердой биомассы в котельных установках и для газификации древесного топлива Тепловая энергия Электроэнергия Технологии и области применения К твердой биомассе относятся все виды высушенного растительного сырья, например, щепа или части растений. Древесина является первичным энергоносителем, особенно в виде поленьев, стружки и топливных гранул. Энергия, получаемая при сжигании твердой биомассы в современных отопительных системах, используется очень эффективно. Транспорт ▪▪ Рынок предлагает широкий ассортимент решений: от небольших котельных установок для непосредственного отопления частных и многоквартирных домов до работающих на биомассе котельных систем для эффективного центрального теплоснабжения. Функциональная схема системы отопления на топливных гранулах BMU/Bernd Müller Топливные гранулы Теплоэлектростанция, работающая на биомассе, в городе Пфаффенхофен (Германия): система подачи биомассы в котельную (передняя стенка котла). Области применения твердой биомассы: ▪▪ выработка электроэнергии на теплоэлектростанциях. Вторичная тепловая энергия, получаемая в ходе выработки электричества, затем может использоваться, например, в сетях локального или центрального отопления либо поступать на промышленные предприятия в виде пара или тепла; ▪▪ получение холода для использования на предприятиях, холодильных складах или в системах кондиционирования зданий; ▪▪ газификация древесины: в зависимости от свойств сжигаемого материала и производительности установки, возможно применение газогенератора с неподвижным или псевдоожиженным слоем материала либо газогенератора с перемещающимся потоком. Полученный из древесины газ затем используется для выработки электроэнергии посредством систем внутреннего сгорания или газотурбинных установок с высоким КПД преобразования тепла в электричество. Использование вторичной тепловой энергии для совмещенной выработки тепла и электричества позволяет существенно повысить общую эффективность; ▪▪ использование в качестве топлива для печей и котельных с ручным, полуавтоматическим или автоматическим управлением и электронно-регулируемой топочной системой, что обеспечивает низкий уровень выбросов в процессе сжигания и очень высокий КПД вплоть до 90%. Щепа Твердая древесина HDG Bavaria GmbH Накопители Автоматическая подача гранул Paradigma Ritter Energie- und Umwelttechnik GmbH & Co. KG Перспективы Твердая биомасса: в Европе применение твердой биомассы в качестве энергоносителя неуклонно активизируется, поскольку это является главным элементом в достижении к 2020 году целей европейской энергетической политики. В 2013 году был запущен проект BIOEUPARKS с целью придать развитию этого сектора дополнительный импульс. Главная задача данного проекта — разработка в течение 36 месяцев методологии создания, управления и развития в европейских заповедниках небольших тепловых или теплофикационных установок (до 1 МВт) и коротких цепочек поставок биомассы (до 50 км). Впоследствии роль твердой биомассы в энергоснабжении должна быть повышена за счет улучшения работы транспортно-логистических служб, применения эффективных и малотоксичных технологий, а также поиска новых источников биомассы, например, в виде материала, полученного в ходе плановой вырубки порослевых насаждений или при ландшафтном благоустройстве. Кроме того, проводятся новые исследования, особенно в сфере утилизации биомассы. Преобразование биомассы в жидкое топливо дает отличную возможность сократить выбросы парниковых газов. Данный процесс состоит из термической газификации биомассы, затем очистки и сжижения полученного газа. Еще одним активно осваиваемым направлением является развитие и внедрение производства биодизельного топлива из водорослей с высоком содержанием масла. С учетом необходимости общественного одобрения процессы производства и сбыта биотоплива должны быть проверены на соответствие ряду экологических требований. www.renewables-made-in-germany.com www.envitec-biogas.com www.lipp-system.de Загрузка древесных гранул Котельная на древесных гранулах БИОЭНЕРГЕТИКА Биогаз — источник электроэнергии и тепла Технологии и области применения Биогаз, полученный посредством анаэробной переработки биомассы, используется по всему миру в целях энергоснабжения самыми разными способами: для выработки энергии с использованием вторичного тепла при сжигании в теплофикационных установках, для подачи в газораспределительную сеть биометана, выделенного из биогаза, а также в качестве топлива для транспортных средств, работающих на природном газе, или в качестве бытового газа. Биогаз может быть извлечен из следующих источников: ▪▪ органические отходы с мусорных свалок (свалочный газ); ▪▪ городские сточные воды (канализационный газ); ▪▪ органические отходы, поступающие из промышленного и коммерческого секторов, а также бытовые отходы; ▪▪ отходы сельского хозяйства, а также специально выращиваемые энергетические культуры. Процесс безвоздушной ферментации органических субстанций осуществляется с участием различных анаэробных бактерий. Их состав зависит от источника органического материала и конкретных условий данного процесса (температура и уровень кислотности). Происходящие при ферментации микробиологические процессы имеют решающее значение для производительности биогазовых энергетических установок. Промышленные установки позволяют также обрабатывать сточные воды и отходы пищевого производства, например, органические остатки или содержимое уловителей жира. ▪▪ Постоянное применение биогаза на теплоэлектростанциях позволяет получить очень высокий КПД. ▪▪ Вырабатываемое электричество может направляться в централизованную сеть, использоваться автономно в промышленном или коммерческом секторе либо может помочь в энергоснабжении сельских поселков, не подключенных к электросети. ▪▪ Возможно применение вторичного тепла для выработки дополнительной энергии в последующих звеньях технологической цепочки, а также для работы систем обогрева, осушки или охлаждения. ▪▪ Еще один вариант использования — подача биогаза в газораспределительную сеть после его преобразова- ния в биометан до качественного уровня природного газа с содержанием метана не менее 98%. ▪▪ Биометан применим там, где тепловая энергия очень востребована, и позволяет добиться высоких показателей эффективности за счет одновременной выработки тепла и электричества. ▪▪ Благодаря разделению процессов производства и потребления биогаза его также можно применять в качестве топлива для транспортных средств, работающих на природном газе. ▪▪ С учетом активного энергопотребления, газораспределительные сети могут сыграть главную роль в долгосрочном хранении возобновляемой энергии. Поступление возобновляемого водорода (преобразование избыточной энергии в газ) в газораспределительную сеть способствует накоплению ветровой энергии и биогаза, преобразованного в биометан, который не уступает по качеству природному газу. Таким образом, газораспределительная сеть позволяет устранить регулярные перерывы в поставке электроэнергии, получаемой от солнечных и ветровых электростанций. Актуальные факты ▪▪ Из всего объема произведенного в ЕС биогаза около 56,7% было получено из сельскохозяйственных отходов, 31,3% — из отходов мусорных свалок и 12% — из сточных вод. ▪▪ В Европе с 2010 по 2011 год уровень производства энергии из биогаза вырос на 18,2%, что в 2011 году составило около 35,9 ТВтч. ▪▪ Крупнейшими европейскими производителями получаемой из биогаза электроэнергии являются Германия, Великобритания, Италия, Франция и Нидерланды. Объем тепловой энергии, полученной в ЕС из биогаза в 2011 году, составил 201,6 килотонны нефтяного эквивалента. Перспективы Использование биогаза может внести существенный вклад в надежное и экономичное энергоснабжение во всех регионах мира. Применение еще неосвоенных источников органических отходов в качестве исходного материала имеет огромный потенциал. Schmack Biogas AG SEVA Energie AG SEVA Energie AG BioConstruct GmbH Биореакторы теплофикационная установка EnviTec Biogas AG двигатель в теплофи- устройство управления кационной установке трубопровод с биометаном Сбыт и реализация Биогазовая энергоустановка Газораспределительная сеть Растительные энергоносители/ Отходы Электричество и тепло (теплофикация) Тепловая энергия Повторное использование продуктов переработки в качестве удобрения Производство биомассы Топливо Производство биогаза Транспортировка Обогащение Закачка Области применения LIPP GmbH Дезодорация мониторинг процесса в лаборатории биореакторы www.renewables-made-in-germany.com Energie aus besseren Ideen. www.envitec-biogas.com www.lipp-system.de www.farmatic.com обзор в биореакторе ГИДРОЭНЕРГЕТИКА Использование энергии воды NaturEnergie AG ANDRITZ HYDRO Гидроэлектроэнергия — актуальные факты В настоящее время гидроэнергия является наиболее распространенным в мире источником для производства электричества, но в большинстве стран ОЭСР возможности ее использования ограничены. На долю гидроэлектроэнергии приходится около 6,4% мирового потребления первичной энергии и 15% объема выработанного электричества. ▪▪ В 2012 году общемировая установленная мощность увеличилась на 4,2% или 1,01 ГВт. Это примерно в 2,5 раза больше, чем совокупная мощность, полученная от всех прочих возобновляемых источников энергии. ▪▪ Общая мощность новых установок, заказанных в 2012 году, составила примерно 30 ГВт, в том числе 2 ГВт дополнительной мощности гидроаккумулирующих электростанций. ▪▪ В 2012 году за счет гидроэнергии было выработано 3671 ТВтч электричества. Другие страны 49% Общемиро-вая мощность: ~ 970 ГВт (2012) Другие страны 25% Китай 49% Китай 22% Бразилия 8% Дополни-тельная общая мощность: ~ 26 ГВт (2012) США 8% Канада 5% Бразилия 6% Индия 6% Канада 8% Вьетнам 8% Россия 5% Источник: REN21. 2012. Renewables 2012 Global Status report Возможность накапливать на некоторых гидроэлектростанциях энергию и, если нужно, оперативно поставлять электричество позволяет существенно повысить стабильность работы энергосети. Гидроэлектростанции обеспечивают снижение зависимости от энергетического импорта и сопутствующих рисков, а также могут служить основой экономического развития регионов, не имеющих доступ к централизованному энергоснабжению. Технологии и области применения Гидроэлектростанции делятся на три основные типа: русловые, плотинные и гидроаккумулирующие. Русловые гидроэлектростанции ▪▪ Наиболее распространенный в мире тип. ▪▪ Используется энергия речного потока. ▪▪ КПД может достигать 94%. ▪▪ Обеспечение работы на основную нагрузку. ▪▪ Производительность установки зависит от скорости течения и уровня воды. ▪▪ На ряде русловых электростанций предусмотрена возможность резервного накопления воды в периоды малого энергопотребления и использование этой воды при повышенной нагрузке. Плотинные гидроэлектростанции ▪▪ Вода накапливается в естественных или искусственных водоемах, а затем через турбинный водовод поступает в нижележащий энергоблок. ▪▪ Поскольку плотинные гидроэлектростанции работают независимо от естественного водного течения, они идеально подходят для обеспечения стабильности производства и потребления электроэнергии как на региональном, так и на национальном уровне. Гидроаккумулирующие электростанции ▪▪ Используются два накопителя воды с максимально возможным перепадом высоты между ними. ▪▪ При низком электропотреблении и избытке мощности, например, ночью, вода перекачивается из нижнего накопителя в верхний. ▪▪ Вода сохраняется в верхнем накопителе до тех пор, пока не потребуется для выработки электроэнергии. ▪▪ Генератор приводится в действие активными турбинами. Деривационные электростанции ▪▪ Это особый тип русловых гидроэлектростанций. ▪▪ Водный поток перегораживается плотиной и перенаправляется к турбинам посредством отдельного водоотвода. ▪▪ Стандартные русловые гидроэлектростанции работают при незначительном перепаде высоты между верхним и нижним уровнями воды. ▪▪ Деривационные электростанции используются при значительном перепаде, создаваемым плотиной. Типы турбин Тип используемых турбин определяется скоростью водного потока и давлением столба воды, то есть ее напором. Радиально-осевая турбина ▪▪ Один из первых типов традиционных турбин. Используется ▪▪ преимущественно на малых гидроэлектростанциях. ▪▪ Применяется при низком напоре и умеренной скорости потока. Винтовой насос ▪▪ Работает по принципу архимедова винта. ▪▪ Применяется при низком напоре и малой пропускной способности. Поворотно-лопастная и капсульная турбины ▪▪ Распространенные типы турбин для крупных русловых электростанций с низким напором (от 6 до 15 метров) и значительным объемом потока. ▪▪ Подходят при колебаниях объема потока. Ковшовая турбина ▪▪ Также известна как турбина Пельтона. ▪▪ Применяется при значительном напоре (от 100 до 1000 метров) и/или небольших объемах воды. Турбина поперечного потока ▪▪ Используетсяпрималомнапореинебольшихобъемахводы. ▪▪ Как правило, имеет низкую производительность. Voith Siemens Hydro Power Generation Voith Siemens Hydro Power Generation NaturEnergie AG www.renewables-made-in-germany.com ГИДРОЭНЕРГЕТИКА Малые гидроэлектростанции Технологии и области применения Малые гидроэлектростанции, к которым также относятся компактные установки и микросистемы, могут вырабатывать электроэнергию от бегущей воды и подключаться к энергосети или работать автономно, например, для электрификации сельских районов. Возведение малых гидроэлектростанций значительно меньше вредит окружающей среде по сравнению с крупными электростанциями. Однако в международной практике нет четкого определения малых гидроэлектростанций. Ниже представлена общепринятая классификация малых гидроэлектростанций: ▪▪ микро: 1–100 кВт; ▪▪ мини: 100–1000 кВт; ▪▪ малые: 1000–10 000 кВт. Турбины, используемые для малых гидроэлектростанций В электростанциях данного типа применяются, главным образом, радиально-осевые турбины в спиральном корпусе. Они используются при низком напоре и умеренной скорости потока. Также могут применяться следующие типы турбин: ▪▪ прямоточные турбины (для низкого напора и малой скорости потока; как правило, малопроизводительны); ▪▪ ковшовые турбины (для высокого напора и малой скорости потока); ▪▪ винтовые насосы (для низкого напора и малой пропускной способности). Турбины последнего типа благодаря архимедову винту работают в обратном направлении и по сравнению с низконапорными турбинами других типов могут показывать высокие показатели эффективности даже при работе не на полную мощность. Винтовые насосы не требуют больших затрат на строительство и не мешают движению идущей вниз по реке рыбы. Их можно рассматривать в качестве хорошего варианта замены небольших турбин или водяных колес при модернизации. Морская гидроэнергетика Для выработки электричества можно использовать кинетическую энергию волн и силу приливного течения. Одно из преимуществ использования энергии морских течений — обеспечение постоянного энергоснабжения и балансировки совокупного энергетического выхода от возобновляемых источников. Несмотря на то что техническая реализация приливных электростанций уже отработана, другие морские технологии, например, так называемые волновые электростанции, еще остаются в стадии развития. Немецкие компании играют главную роль в проектировании и внедрении технологических средств для морской энергетики таких, как турбины и энергоблоки. Например, ими была построена первая в Шотландии волновая электростанция с постоянным подключением к общедоступной энергосети, а также первая в Испании промышленная волновая установка, запущенная в 2011 году. Экономическая эффективность гидроэлектростанций ▪▪ Гидроэлектростанции выгодны для многих регионов. ▪▪ Сильные стороны гидроэнергетики: обеспечение работы на основную нагрузку, возможность накопления энергии, стабильность сетевого энергоснабжения и децентрализация. ▪▪ В районах с ограниченным доступом к энергосетям гидроэлектростанции могут в качестве основы автономной системы способствовать региональному экономическому росту. Воздействие на окружающую среду ▪▪ Строительство крупных гидроэлектростанций ведет к изменению ландшафта. ▪▪ Планирование гидроэлектростанций должно осуществляться с соблюдением законодательства в области сохранения водных ресурсов и защиты окружающей среды. ▪▪ Необходимо обеспечить свободное перемещение рыбы и прочих водных обитателей посредством рыбопропускных сооружений. ▪▪ В то же время малые гидроэлектростанции в меньшей степени воздействуют на окружающую среду. Перспективы Voith Siemens Hydro Power Generation OSSBERGER GmbH + Co Русловая микроэлектростанция Русловая гидроэлектростанция www.solarpraxis.de/M.Römer OSSBERGER GmbH + Co Ковшовая турбина Гидроэнергетика продолжит играть важную роль в электроснабжении по всему миру. Модернизация и оптимизация работы имеющихся электростанций с учетом экологического фактора позволяет адаптировать крупные проекты к требованиям по защите окружающей среды. Для электрификации удаленных районов также активно используются малые гидроэлектростанции, работающие в гибридных системах совместно с другими технологиями возобновляемой энергетики. Освоение энергии морских течений все еще находится на ранней стадии развития и остается вдвое дороже по сравнению с технологиями для морских ветровых электростанций. Однако в будущем морская гидроэнергетика, вероятно, сможет внести более весомый вклад в развитие глобального энергообеспечения. Несмотря на то, что приливные электростанции уже достигли технически зрелого возраста, другим технологиям, например, в области освоения энергии морских волн, еще только предстоит стать коммерчески выгодными. Среди важных задач гидроэнергетики следует выделить интеграцию с энергосетями, соблюдение строгих требований к механическим компонентам, борьба с коррозией и обеспечение технического обслуживания. Прямоточная турбина F. Kerle/Universität Stuttgart ANDRITZ HYDRO ANDRITZ HYDRO OSSBERGER GmbH + Co Рыбопропускное сооружение www.renewables-made-in-germany.com ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Тепловая энергия из недр Земли В таких странах, как Германия, Италия, Индонезия, Филиппины, Мексика, США и Исландия использование геотермальной энергии входит в концепцию развития производства тепла и электричества на многие годы вперед. Геотермальные электростанции обеспечивают круглосуточное снабжение возобновляемой электроэнергией с требуемым уровнем мощности независимо от времени года, погоды или иных климатических условий. Кроме таких «горячих точек», как Гавайские острова, очень выгодные районы с точки зрения выработки тепла и электроэнергии находятся в Новой Зеландии, в Южной Америке вдоль горной цепи Анд и в некоторых районах Ближнего Востока. Земная кора (примерно 30 км) ~ 3°C/100 м Мантия > 1200° C ▪▪ Разделяется на три типа: гидротермальная и петротермальная энергетика (геотермальные сухие породы), а также глубинное геотермальное зондирование. Глубинная геотермальная энергия: варианты использования и практической реализации. Гидротермальная энергетика • Прямое использование горячей воды из глубинного несущего пласта (400 м). • Объем водоносного пласта должен быть очень большим, чтобы обеспечить длительное использование. • Эффективность выработки тепло-и электроэнергии зависит от интенсивности подачи и температуры термальной воды. • Температура воды должна быть выше 100°C. • Пар приводит в действие паротурбины, а также может поставляться потребителям тепла, например, в жилой сектор или промышленное производство. • Охлажденная термальная вода затем возвращается под землю посредством второй скважины для обратной закачки. Ядро ~ 5000° C Среди прочих регионов значительными возможностями для развития геотермальной энергетики обладают районы вдоль Тихоокеанского вулканического пояса и острова Средне-Атлантического хребта. Большой потенциал для электрификации сельских районов заложен и на Африканском континенте. Однако в настоящее время большая доля геотермальной энергии используется в мировом масштабе сразу для теплоснабжения, поскольку капиталовложения в этом случае меньше, чем при освоении глубинной геотермальной энергии, что позволяет широко внедрять такой способ обеспечения теплом, особенно частных и многоквартирных домов. На каждые 100 метров вглубь от земной поверхности увеличение температуры составляет в среднем 3°C. На основе современных данных предполагается, что температура земного ядра колеблется от 5.000 до 6.000°C. По человеческим меркам, хранимое Землей тепло неисчерпаемо. Петротермальная энергетика • Использование глубинных залежей теплоносителей, не содержащих воду или содержащих ее малое количество. • Теплоносителями могут служить горячие и сухие пласты породы на глубине от трех до шести километров с температурой выше 150°C. • Их разработка осуществляется посредством бурения двух или более скважин. • Процессы гидравлической и химической стимуляции (усовершенствованные геотермальные системы) создают в породе трещины и щели. С помощью нагнетающей скважины вода под высоким давлением вкачивается в породу, где она нагревается перед подъемом посредством отводящей скважины. • Горячая вода служит для нагрева веществ с низкой точкой кипения, чтобы выработать пар для работы турбин. • С помощью теплообменников тепло может быть направлено в централизованные теплосети. Глубинный теплообмен • Глубинный теплообмен в скважине относится к замкнутым процессам выработки энергии. • Реализуется посредством одной скважины на глубине от 400 метров до нескольких километров. • В скважине на глубине до 4 километров размещаются двухтрубные теплообменники. • Вода циркулирует через теплообменники по замкнутому контуру. • Тепло, полученное водой на глубине, извлекается на поверхности и подается в контур теплового насоса. • При высоких температурах извлеченную энергию можно использовать, например, в качестве технологического тепла для промышленных целей, а при низких температурах — для сельскохозяйственных нужд. Как правило, производство электроэнергии с помощью данного процесса экономически невыгодно. Петротермальная энергетическая установка, основанная на цикле Рэнкина с применением органического теплоносителя Генератор Турбина ~ Испаритель M Конденсатор Технологии и области применения В зависимости от глубины бурения, геотермальную энергию разделяют на глубинную (от 400 метров до нескольких километров) и поверхностную. Глубинная геотермальная энергия ▪▪ Может служить для производства электричества либо снабжать энергией крупные теплосети для промышленных целей или отопления зданий. ▪▪ Постоянно доступна и не подвержена сезонным или суточным колебаниям. H. Anger‘s Söhne Bohr- und Brunnenbaugesellschaft mbH International Geothermal Association ca. 0.5–1 km Отводящая скважина Гидравлическая стимуляция 10 –10 m 1 2 GFZ Potsdam www.renewables-made-in-germany.com www.frank-gmbh.de 3–5 km Источник: GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum Stadtwerke Bad Urach/H. Tenzer www.geothermie.de Нагнетающая скважина GFZ Potsdam ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Поверхностная геотермальная энергия Поверхностная геотермальная энергия извлекается на глубине до 400 метров. Это идеальный источник энергии для охлаждения и отопления зданий, так как в толще земли температура сохраняется несравнимо лучше, чем в воздухе или воде. Температура в самых верхних слоях земной поверхности — на глубине около 15 метров, а также в зависимости от геологических условий на глубине до 40 метров — подвержена сезонным колебаниям и влиянию солнечного излучения. Значение температуры на этих глубинах в целом чуть выше среднегодового значения на земной поверхности. Начиная с 40 метров и ниже, температура увеличивается по геотермическому градиенту примерно на 3°C на каждые 100 метров и на глубине 400 метров достигает значения 20–25°C. Области применения Постоянство температуры под землей позволяет использовать получаемую из глубины тепловую энергию для охлаждения зданий без применения теплового насоса. Если извлекаемой подземной энергии не достаточно для поддержания требуемого уровня охлаждения, то может быть задействован тепловой насос. Правильно настроенный тепловой насос позволяет оптимизировать микроклимат внутри зданий, а также снизить расходы на отопление и охлаждение. Автоматические обогреватели на топливных гранулах и гелиотермальные установки для отопления или кондиционирования воздуха, а также фотогальванические модули для выработки электричества из солнечного света могут успешно дополнять друг друга при решении задач жизнеобеспечения зданий, что позволяет значительно сократить годовой расход энергии. Bosch Thermotechnik GmbH Технологии Использование поверхностной геотермальной энергии возможно посредством тепловых насосов в сочетании с энергетическими сваями, геотермальными коллекторами, внутрискважинными теплообменниками или другими подземными конструкциями из бетона. Тепловые насосы работают на электричестве, реже на газе. Наиболее распространены компрессионные тепловые насосы. Они используют тепло, полученное при парообразовании рабочей жидкости. В компрессионном тепловом насосе циркулирует нагнетаемый компрессором хладагент, который поочередно принимает жидкое и газообразное состояние. Другой тип тепловых насосов — сорбционный. Они приводятся в действие с помощью тепловой энергии. Для этого может быть использован газ, нефтепродукты, вторичное тепло или солнечная энергия. Для данного типа насосов характерен высокий КПД в отношении к использованию первичной энергии. Различают два физических/химических процесса — абсорбцию и адсорбцию. Абсорбция — поглощение жидкости или газа другой жидкостью. Адсорбция — концентрация жидкости на поверхности твердого вещества в зависимости от давления и температуры. Для извлечения геотермальной энергии используются, как правило, внутрискважинные теплообменники, коллекторы или энергетические сваи. Внутрискважинные теплообменники обычно выполняются в виде вертикальных скважин, в которые помещаются пластмассовые трубки (из полиэтилена высокой плотности). Внутри трубок циркулирует жидкий теплоноситель, который поглощает тепловую энергию из окружающего грунта и передает ее тепловому насосу. Благодаря такой технологии можно обеспечить теплом и охлаждением объекты любых размеров: от небольшого жилого дома до целых жилых или офисных комплексов. Теплообменники устанавливаются на глубине от 50 до 160 метров, требуют мало места и работают при постоянной температуре. Геотермальные коллекторы укладываются горизонтально на глубине 80-160 см и подвержены влиянию погодных условий на поверхности. Для извлечения грунтового тепла используют циркулирующий через коллекторы теплоноситель. Энергетические сваи Bosch Thermotechnik GmbH представляют собой установленные на глубине бетонные сваи, перегородки или другие подземные бетонные конструкции, оснащенные пластмассовыми трубками, через которые протекает вода в качестве теплоносителя, поглощающего геотермальную энергию. Геотермальное тепло передается внутри бетонных свай холодной воде. Нагретая вода проходит через тепловой насос и используется для обогрева здания. Летом такая система может работать на охлаждение. Применение подземных вод: требуемое тепло извлекается из подземных вод и подается в систему отопления. В зависимости от региона, глубины скважины и времени года, температура подземных вод может колебаться от 7 до 14°C. На глубине 20-30 метров она постоянна и составляет около 10°C. Поэтому даже суровой зимой подземные воды могут обеспечить энергией, достаточной для обогрева дома. Перспективы В 2012 году из геотермальных источников по всему миру было получено 223 ТВтч возобновляемой энергии, две трети из которых предназначались для обогрева и одна треть для выработки электроэнергии. Мировой спрос на геотермальную энергию для экологичного и низкоуглеродистого производства электричества очень велик. Согласно информационному отчету «Global Status Report» (REN21), ожидается, что к 2030 году общемировая установленная мощность возрастет в 14 или 15 раз. Однако по сравнению с достаточно развитым рынком солнечной и ветровой энергии сектор геотермальной энергетики во многих регионах только формируется. К основным целям освоения глубинной геотермальной энергии относятся минимизация ошибок в ходе геологоразведки и обеспечение рациональной разработки природных ресурсов с целью снижения в будущем инвестиционных рисков и достижения за счет этого более активного выхода на рынок. www.renewables-made-in-germany.com www.geothermie.de www.frank-gmbh.de АВТОНОМНАЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ PHOTOVOLTAICS ЭНЕРГЕТИКА Важность возобновляемой энергии для мирового развития Phocos AG Energiebau Solarstromsysteme GmbH Обеспечение энергией является основополагающим фактором экономического и общественного развития. Энергия лежит в основе работы промышленности и создания рабочих мест. Она нужна для производства продуктов питания, приготовления еды, обогрева домов и школ, работы больниц и для очистки питьевой воды. Энергия также обеспечивает работу транспорта и средств глобальной коммуникации. Особая важность тесной связи между вопросами энергопотребления и Целями развития тысячелетия отражена в Декларации тысячелетия, принятой ООН. Регионы, испытывающие энергетический голод SMA Solar Technology AG обеспечивать бытовых и коммерческих потребителей электричеством, которое можно использовать сразу для питания электрооборудования или накапливать при необходимости. Теплотехника, применяемая для освоения возобновляемых источников энергии, облегчает получение горячей воды, тепла, холодного или сухого воздуха. В зависимости от применяемой технологии, возобновляемую энергию можно также использовать для приготовления пищи или для работы транспортных средств. В представленной ниже таблице перечислены области применения электричества, тепла и холодного воздуха, которые вырабатываются из возобновляемых источников. По оценкам, представленным в отчете «World Energy Outlook 2013», в 2011 году 1,258 млрд. людей или почти 20% населения Земли не имели доступ к электричеству. В развивающихся странах средний уровень электрификации сельских районов составил 68%. В то время как в Латинской Америке и Азии с 2002 года значительно увеличились темпы электрификации, большинство стран Центральной Африки сильно отстает и не успевает развивать энергетику вслед за ростом численности населения. Кроме того, во многих странах энергосети нестабильны и неэффективны, а резервные системы работают на дорогостоящих генераторах, которые зависят от импортного дизельного топлива. Количество людей (млн. чел.), нуждающихся в электроэнергии, 2009–2030 Группы потребителей Электроэнергия Обогрев/Охлаждение Бытовой сектор Домашние солнечные энергосистемы для электрификации сельских районов: питание мобильных телефонов, компьютеров, бытовых электроприборов, освещение, кондиционирование помещений. Горячее водоснабжение, отопление помещений. Сельскохозяйственный сектор Для работы водяных насосов, мельниц и т. д., а также для опреснения морской воды. Сушка сельхозпродукции. Коммерческий сектор и сфера услуг Для оборудования, компьютеров, контрольно-измерительных станций, развлекательных объектов и хостелов. Технологическое тепло, кондиционирование зданий. Коммунальные услуги и социальное обслуживание Для освещения, работы холодильных установок и медицинских приборов. Технологическое тепло, кондиционирование зданий. Инфраструктурные объекты Для стационарных и мобильных телефонных сетей, компактных энергосетей, уличного освещения и подсветки дорожных указателей, морских бортовых электросистем. Промышленность Системы электрификации и резервного энергоснабжения в густо и умеренно заселенных районах с нестабильными энергосетями. Китай 8 Индия Африка ниже Сахары 4 2 27 12 381 281 Развивающиеся страны Азии 59 465 40 212 328 108 120 Латинская Америка 23 544 8 Население мира без доступа к электричеству 1,441 1,213 214 Показанные на данной карте границы, названия и обозначения не являются официально одобренными или признанными Международным энергетическим агентством (МЭА). Примечание: без соблюдения масштаба. 161 1,227 1,052 2009 2030 Сельские районы Городские районы Источник: «Energy Poverty – How to make modern energy access universal?» (Энергетический голод — как обеспечить всеобщий доступ к современным энерготехнологиям?) © ОЭСР/МЭА, 2010 *«Сценарий новых стратегий» учитывает широкий спектр уже заявленных политических обязательств. Области применения Благодаря электроэнергии сельские районы получают возможность использовать различное оборудование. Фотогальванические и гелиотермальные энергоблоки, гидроэлектростанции, ветровые и работающие на биодизеле или биогазе энергоустановки позволяют на месте Выбор технологии Во многих случаях использование возобновляемых источников энергии экономически выгодно. Также возможно подключение некоторых типов энергосистем к электросети при ее расширении. Однако для успешной реализации подобных проектов важно правильно подобрать соответствующую технологию. Отбор технологий должен осуществляться на основе всесторонней оценки текущих и будущих энергетических потребностей и доступных энергоресурсов, а также с учетом расходов на установку, запуск, эксплуатацию и обслуживание. Energiebau Solarstromsysteme GmbH Steca Elektronik GmbH Fraunhofer ISE Phaesun GmbH www.renewables-made-in-germany.com ENERGYSYSTEMS www.sma-solar.com www.smart-energy.ag Технологическое тепло Phocos AG АВТОНОМНАЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ PHOTOVOLTAICS ЭНЕРГЕТИКА Технологические решения для энергои водоснабжения ANDRITZ HYDRO Johannes Hübner – Fabrik elektrischer Maschinen GmbH Energiebau Solarstromsysteme GmbH Фотогальванические системы Фотогальванические системы вырабатывают электричество непосредственно из солнечного света. Такие системы могут работать почти в любой точке мира и очень часто представляют собой наиболее экономичный вариант получения электроэнергии. Эти системы могут быть разных размеров: от компактных переносных светильников и систем «солнечный дом» до крупных установок для энергоснабжения предприятий, больниц и других учреждений. Более крупные локальные энергосети способны обеспечить электричеством несколько зданий, сельский поселок или даже небольшой город. В большинстве автономных фотогальванических систем электроэнергия накапливается в аккумуляторных батареях и расходуется по мере необходимости. В мощных энергосистемах, где основная нагрузка лежит на традиционных генераторных установках, можно обойтись без батарей. Как правило, компактные системы (менее 100 ватт пиковой мощности) вырабатывают постоянный электрический ток. ческое тепло промышленным предприятиям. Солнечные коллекторы собирают и накапливают солнечное тепло в теплоизолированном водяном баке для последующего использования. Конструкция ряда установок позволяет расходовать тепло сразу. Применяются коллекторы различных типов: плоские, на вакуумных трубках и реже с параболическими отражателями. Также можно встретить солнечные кухни. В системах с концентрацией солнечной энергии солнечное тепло служит для выработки электричества, которое можно накапливать или направлять в локальную энергосеть. GIZ/Michael Netzhammer Fraunhofer ISE Солнечные кухни Шеффлера производят пар для паровой кухни, Индия. Биоэнергетика Ветровая энергетика Для автономного энергоснабжения в самых разных ситуациях могут использоваться ветрогенераторы малой и средней мощности с диаметром ротора до 20 метров и номинальной мощностью до 100 кВт. Энергетический выход ветрогенераторов прямо зависит от ветровых условий на площадке. Поэтому нужно иметь точные сведения о годовой розе ветров в данном месте. Их следует учитывать при подборе силовых характеристик ветрогенераторов, что позволяет оценить ожидаемый энергетический выход для различных сезонных условий. Гидроэнергетика Компактные и малые гидроустановки позволяют получать электричество от энергии текущей воды. Для одних установок требуется высокий напор воды (высота водяного столба как минимум от 10 до 20 метров), другие могут работать при медленном речном потоке. К компактным гидроустановкам обычно относят системы мощностью до 5 кВт. Компактные системы часто применяются для зарядки аккумуляторных батарей. Однако большая часть электроэнергии, производимой компактными и малыми гидроустановками сразу же расходуется. Гелиотермальная энергетика Гелиотермальные технологии позволяют использовать солнечную энергию для теплоснабжения. С их помощью можно обеспечить горячей водой гостиницы, больницы и бытовых потребителей, а также направить технологи- Биоэнергия извлекается из отходов животноводства или растений, которые в процессе фотосинтеза активно используют и накапливают солнечную энергию. Для получения твердых, жидких или газообразных видов топлива, из которого производится тепловая или электрическая энергия, могут служить древесина, органические отходы, компост и прочие субстанции растительного и животного происхождения. Твердая биомасса может сжигаться в современных отопительных системах или использоваться для выработки электричества в теплофикационных установках с очень высоким КПД. Биогаз, который производится путем ферментации органических субстанций без воздействия кислорода (анаэробная переработка), может служить для приготовления пищи или использоваться в теплофикационных установках. Жидкое биотопливо подходит для работы транспортных средств и получения электроэнергии. Некоторые виды жидкого топлива могут служить для приготовления пищи. Например, ятрофное масло применяется в качестве заменителя дизельного топлива, но может также служить для выработки электрической энергии. Основные преимущества возобновляемых источников энергии для автономного использования: ▪▪ отработанные технологии; ▪▪ простое внедрение; ▪▪ удобная эксплуатация; ▪▪ минимальное техническое обслуживание; ▪▪ простая интеграция с системами предварительной оплаты; ▪▪ широкий диапазон мощностей; ▪▪ возможность совместной работы с имеющимися системами. www.renewables-made-in-germany.com ENERGYSYSTEMS www.sma-solar.com www.smart-energy.ag АВТОНОМНАЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ PHOTOVOLTAICS ЭНЕРГЕТИКА Практическая реализация энергои водоснабжения одоснабжение в сельских районах Фотогальванические и ветровые установки позволяют обеспечить удаленные от энергосетей районы питьевой водой, а также водой для сельскохозяйственных и животноводческих нужд. Работающие от солнечной или ветровой энергии насосы поднимают поверхностную или грунтовую воду даже с большой глубины. Питание центробежного или мембранного насоса осуществляется непосредственно от генератора. При этом водяной бак играет роль накопителя: вода в нем сохраняется и может расходоваться в любое время. Также могут применяться гибридные системы, объединяющие ветровые и солнечные установки в сочетании с аккумуляторной батареей и/или дизельным двигателем. Выработанное за день электричество накапливается в батарее и впоследствии доступно для использования ночью или в периоды неблагоприятных погодных условий. Зарядный контроллер отслеживает уровень заряда батареи и обеспечивает защиту от перезаряда и полного разряда. Для отопления, нагрева питьевой воды, например, в гостиницах или больницах, охлаждения или обезвоживания воздуха, осушки в промышленных целях, а также для обеспечения технологическим теплом и опреснения морской воды может использоваться гелиотермальная энергия. Солнечные коллекторы могут использоваться даже в регионах, где мало солнечного света или короткий день. Полученное тепло либо накапливается в резервуарах (теплоизолированный бак с питьевой водой), либо сразу же расходуется. SMA Solar Technology AG SMA Solar Technology AG SMA Solar Technology AG Автономный инвертер Автономный инвертер с зарядным контроллером фотогальванической установки и блок аккумуляторов Электроснабжение в сельских районах Системы «солнечный дом» обеспечивают частные домовладения энергией, например, для освещения и вентиляции, для питания радио- и телеприемников, холодильников, телефонов, компьютеров и прочих бытовых приборов. Они содержат солнечный модуль, аккумуляторную батарею и зарядный контроллер и вырабатывают постоянный электрический ток. При этом рекомендуется использовать энергоэффективную нагрузку, например, энергосберегающие или светодиодные лампы либо экономичные холодильники постоянного тока. При необходимости подключить приборы, работающие на переменном токе, можно воспользоваться инвертером. Системы «солнечный дом» представляют собой компактные и полностью встраиваемые устройства. Мощность и производительность подбираются в соответствии с конкретными потребностями. Промышленные гибридные электросистемы объединяют несколько источников энергии и являются автономными. Они применяются для энергоснабжения промышленных предприятий и потребителей, не подключенных к сетям, и способны удовлетворить высокие энергетические запросы и обеспечить надежную поставку электричества. Возможность подключения всех электрогенераторов и потребителей в режиме постоянного тока позволяет при проектировании или расширении системы гибко применять модульный подход посредством стандартных компонентов. Работа всех подключенных силовых генераторов и потребителей в режиме переменного тока дает возможность создать или расширить систему за счет типовых компонентов на гибкой и модульной основе. Наиболее распространенные конфигурации — «фотогальваническая установка – дизельный генератор» и «ветрогенератор – дизельный генератор» (вместо стандартного дизельного топлива можно использовать биодизельное). В такие системы можно также интегрировать гидроэлектрические установки. Крупные гибридные системы, в состав которых входят стандартные дизель-генераторы, могут быть более экономичными, чем системы, работающие исключительно на дизельных установках. Экономия может оказаться особенно заметной с учетом растущих цен на ископаемое топливо. Мобильный вариант гибридных систем известен как «энергетический контейнер» или «силовой контейнер». В этих системах ветрогенератор, солнечный модуль, аккумуляторная батарея и дизель-генератор размещаются в стандартном грузовом контейнере. Поэтому такие гибридные системы можно быстро подготовить к работе в самых разных условиях. www.sma-solar.com www.smart-energy.ag Аккумуляторы Phaesun GmbH Дизель-генератор Солнечный генератор www.renewables-made-in-germany.com ENERGYSYSTEMS juwi Аккумуляторный инвертер Солнечный водяной насос Phaesun GmbH Аккумуляторы Фотогальванический инвертер SMA Technologie AG ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА ДЛЯ PHOTOVOLTAICS ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗДАНИЙ Способы получения энергии Вопросы экологичного и эффективного расходования энергоносителей приобретают исключительную важность. Так как большая доля конечного энергопотребления в масштабах страны идет на получение тепла и электричества, то активное освоение возобновляемых источников и альтернативных способов выработки энергии имеет особое значение при эксплуатации зданий. Немецкие производители компонентов и поставщики услуг обладают большим опытом в области возобновляемой энергетики и технологий эффективного обслуживания зданий. Автоматические нагреватели на топливных гранулах и гелиотермальные установки для отопления или кондиционирования воздуха, а также тепловые насосы, использующие поверхностную геотермальную энергию для выработки тепла, и фотогальванические модули для получения электричества из солнечного света могут успешно дополнять друг друга при решении задач жизнеобеспечения зданий, что позволяет значительно сократить годовой расход энергии. мой энергии, то она может эффективнее использоваться для внутреннего потребления. Это дает возможность получить источник электропитания, независимый от сетей и растущих цен на энергию, полученную из традиционных энергоносителей. Энергосеть Фотогальванический инвертер Дополнительные энергопотребители Двунаправленный счетчик Стойка управления Viessmann Werke GmbH & Co. KG Бытовые энергопотребители Интеллектуальные энергосистемы Блок аккумуляторов (48 В) SMART ENERGYSYSTEMS INTERNATIONAL AG Энергоэффективное применение теплофикационных установок Фотогальванические системы В настоящее время фотогальванические установки позволяют обеспечить независимое, гибкое и эффективное энергоснабжение многих зданий. В будущем области применения таких систем могут быть расширены за счет развития технологии фотоэлектрических элементов на органических полупроводниках (OPV), в основе которой лежит технология органических светодиодов (OLED). Органические солнечные фотоэлементы обладают исключительно малой толщиной и гибкостью, что позволяет устанавливать их на окнах и фасадах больших зданий или использовать в зарядных устройствах для мобильных телефонов. Фотогальванические системы могут быть органично встроены в конструкцию здания и сделать его вид более привлекательным. Они также могут дать дополнительные преимущества: например, фотогальванические планки, смонтированные на освещаемых солнцем деревянных жалюзи, позволяют не только защитить помещение от солнца и жары, но и вырабатывать электричество. Кроме того, фотогальванические системы можно установить на фасаде или на крыше, где такая система также будет играть роль термоизоляции здания. Теплофикационные установки, которые работают на возобновляемых энергоносителях, например биогазе или биодизельном топливе, позволяют одновременно производить тепло и электричество. В таких установках двигатель приводит в действие генератор для выработки электричества, а полученное при этом вторичное тепло используется для отопления и нагрева воды. Компактные и небольшие децентрализованные теплофикационные установки называются когенерационными или установками совмещенного цикла. Компактные микроустановки пригодны для домашнего применения. Они входят в самый нижний диапазон мощностей теплофикационных установок (0,8 - 10 электрических кВт) и иногда называются электрогенераторными нагревателями. Такие системы применяются для теплоэлектроснабжения в частном секторе и хорошо подходят для отдельно стоящих домов, малоэтажных зданий или небольших объектов коммерческой недвижимости. Установки проектируются таким образом, чтобы обеспечить работу на основную электрическую и тепловую нагрузку, предусмотренную в отдельно стоящем доме. SMART ENERGYSYSTEMS INTERNATIONAL AG Интеллектуальные энергосистемы: фотогальваническая система с пиковой мощностью 555 кВт на крыше университета в г. Ален (Германия). Viessmann Werke GmbH & Co. KG В настоящее время значительная доля фотоэлектрической энергии, вырабатываемой в частных домовладениях, направляется в энергосети. Однако, если фотогальванический энергоблок оснащен интеллектуальным устройством управления и/или накопления производи- Кроме того, могут применяться ветрогенераторы малой мощности, например, для электроснабжения коммерческих или сельскохозяйственных построек, а также коттеджей или многоквартирных домов. В этих случаях, компактные ветрогенераторы устанавливаются рядом с постройками или над ними. www.renewables-made-in-germany.com ENERGYSYSTEMS www.smart-energy.ag ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА ДЛЯ PHOTOVOLTAICS ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗДАНИЙ Отопление и охлаждение Viessmann Werke GmbH & Co. KG Viessmann Werke GmbH & Co. KG Как для собственных, так и для арендуемых домовладений финансовые затраты на оплату отопления и кондиционирования становятся все более обременительными. В Германии с 1995 по 2012 год цены на теплоэнергию выросли в среднем на 161%. Использование тепла и холода, получаемых из возобновляемой энергии позволяет: ▪▪ снизить расходы и сберечь природу; ▪▪ ограничить сжигание ископаемого топлива для сокращения объема выбросов парниковых газов, особенно углекислого газа; ▪▪ обеспечить независимость от растущих цен. Поэтому использование возобновляемой энергии для систем отопления и охлаждения демонстрирует заботу и ответственность перед будущими поколениями и в тоже время вносит вклад в глобальную защиту окружающей среды. Применение гелиотермальной энергии для горячего водоснабжения, охлаждения и отопления Коллекторы гелиотермальных установок поглощают солнечное излучение и преобразуют его в тепло. Солнечное тепло обычно используется для нагрева воды в ванных комнатах или кухнях либо для отопления помещений. Одним из новшеств в области солнечной энергетики является система, позволяющая вырабатывать из солнечного света одновременно тепло и холод. В современных системах охлаждения тепловая энергия солнечного света сразу преобразуется в холод для кондиционирования воздуха. Преимущество методов получения холода из солнечного света по сравнению с традиционными системами кондиционирования заключается в гораздо меньшем энергопотреблении. Такая возможность представляет особый интерес для стран, расположенных в южных широтах, где до 80% энергии расходуется на воздушное кондиционирование зданий. Основой данной технологии служат параболические отражатели, которые фокусируют солнечный свет. Эта система работает по такому же принципу, что и холодильная установка. Тепло, собранное в коллекторе, используется для получения холодного воздуха. Ощутимое преимущество этой технологии заключается в том, что потребность в охлаждении возникает тогда, когда светит солнце. Это избавляет от необходимости надолго сохранять тепло или холод. Энергопотребности холодильных установок можно в значительной мере удовлетворить за счет солнечной энергии. Если охлаждение не требуется, группа коллекторов может обеспечить отопление здания или нагрев технологической воды. Немецкие компании выступают в роли новаторов в развитии современных технологий солнечной энергетики, используемых по всему миру. Поверхностная геотермальная энергия для получения тепла и холода В нагревательных системах также могут использоваться тепловые насосы для извлечения тепла из грунта или наружного воздуха. Тепловой насос извлекает тепло при низкой температуре из внешнего источника тепла, например, грунта, подземных вод или наружного воздуха и направляет это тепло в нагревательную систему. В таких установках тепловой насос дополнительно повышает температуру, чтобы тепло можно было использовать для отопления. При этом для работы насоса требуется электроэнергия, которая может быть получена KBB Kollektorbau GmbH прямо из энергосети или от фотогальванической установки. Летом тепловые насосы могут служить для охлаждения, работая на обратном принципе. Использование биомассы для получения тепла Тепловую энергию можно также извлекать путем сжигания топливных гранул, древесной стружки, поленьев или биогаза. За последние годы сильно возросло применение древесных топливных гранул. Древесные гранулы (прессованные древесные щепки) — это идеальный материал для получения тепла и альтернатива ископаемому топливу. Существует большое разнообразие топочных систем, использующих древесину для выработки тепла, в зависимости от типа древесного топлива и области применения системы. В настоящее время используется три типа нагревательных установок на древесных гранулах, которые различаются, прежде всего, по своей производительности. Автономные топочные установки на гранулах (от 2 до 10 кВт) хорошо подходят для отопления отдельных жилых строений. За счет использования водяного бака такие автономные топочные установки можно объединить с имеющимися нагревательными системами, например, в дополнение к солнечной системе отопления. Загрузка древесных гранул осуществляется в современных печах автоматически. Для обогрева помещений и обеспечения горячей технологической водой могут использоваться крупные системы центрального отопления с тепловой мощностью до 70 кВт, работающие на топливных гранулах. Устанавливаемые обычно в отдельной котельной, такие системы оснащены либо вместительной емкостью для хранения гранул, либо устройством подачи гранул в печь из отдельного накопительного агрегата. Кроме того, отопление может осуществляться посредством совмещенных котельных установок, работающих как на древесных гранулах, так и на поленьях. Viessmann Werke GmbH & Co. KG Перспективы С учетом растущих потребностей в электро- и энергоснабжении зданий, уровень автоматизации и управления будет повышаться. Средства измерения, контроля и регулировки, а также информационно-коммуникационная инфраструктура здания станут единым технологическим комплексом. Функциональность таких комплексов будет играть решающую роль конкурентного фактора. Использование особенностей зданий для сохранения электроэнергии, тепла и холодного воздуха, оптимизация свойств крыши и стен (изоляция и защита от холода/тепла), внедрение новых технологий накопления энергии, включая возможности электротранспорта, а также применение совмещенных процессов, например, теплофикации, приобретут особую важность. Немецкие компании занимаются активными исследованиями в этой области и уже предлагают в рамках всей производственно-эксплуатационной цепочки ряд решений мирового уровня. www.renewables-made-in-germany.com ENERGYSYSTEMS www.smart-energy.ag Wagner & Co Solartechnik GmbH
