1.2 Классификация малой генерации

Выделяются следующие черты характерные для большинства малых энергетических установок:

• компактные размеры генераторных блоков;

• мобильность и зачастую модульность компонентов;

• высокая заводская готовность генераторных модулей, позволяющая вводить ее в эксплуатацию за период в пределах года;

• возможность применения установок, как в режиме автономной работы, так и в режиме параллельной работы с существующей электросетью.

• возможности установок выдерживать очень высокие сбросы нагрузки;

• низкий объем технического обслуживания и большой интервал межсервисного обслуживания;

• низкий уровень вредных выбросов.

В соответствии с критериями Международного Совета по большим электрическим системам высокого напряжения (Conseil International des Grands Réseaux Électriques) – к группе малой генерации относят станции, мощность которых не превышает 30 МВт, а агрегаты единичной мощности не более 10 МВт. Мощность таких источников выбирается исходя из ожидаемой мощности потребителя с учетом имеющихся ограничений (технологических, правовых, экологических и т. д.) и может варьироваться в широких пределах (от двух-трех до сотен киловатт). Как правило, такие станции бывают трех подклассов:

1. Микроэлектростанции – мощность не более 100 кВт;

2. Миниэлектростанции – мощность 100 кВт-1 МВт;

3. Малые электростанции – мощность не менее 1 МВт.

Объекты малой энергетики отличаются большим разнообразием, можно выделить следующие виды:

• микротурбинныеэлектростанции;

• газотурбинные игазопоршневые электростанции;

• топливные элементы;

• электроустановки, использующие энергию биомассы;

• ветряные электростанции;

• солнечные электростанции;

• малая гидроэнергетика;

• приливные и волновые электростанции;

• генерация, основывающаяся на геотермальных источниках.

Разработанные еще 60-х для электроснабжения на борту авиалайнеров микротурбинные электростанции в настоящее время способны обеспечивать значение КПД на уровне 25-30%, а в когенерационном режиме данный показатель достигает 60-70%. Данный тип электростанций может работать на широком спектре топлива – природный газ, метан, бензин, керосин.

Для эксплуатации этих установок, как правило, не требуется работа оператора, а контролировать ее работу и осуществлять связь с ней можно при помощи интернета, электронной или спутниковой связи. В процессе работы микротурбинной установки система управления и контроля осуществляет постоянный мониторинг всех основных рабочих узлов и параметров установки.

Газотурбинные и газопоршневые установки получили широкое распространение именно в малой энергетике, поскольку они отлично подходят для электро- и теплоснабжения предприятий, отдаленных населенных пунктов и прочих потребителей. Надежность таких типов электроустановок уже подтверждена их длительной эксплуатацией в Западной Сибири и на Дальнем Востоке.

Для работы газопоршневых электростанций требуется доступ к горючему газу любого типа, а подавляющее большинство газотурбинных установок изначально были рассчитаны на работу на природном газе. Но, поскольку природный газ является ценным технологическим сырьем для химической промышленности, где его использование часто более рентабельно, чем в энергетике – активно набирает обороты производство и внедрение газотурбинных установок, способных эффективно работать на твердом топливе (торф или древесина).

Еще одним подвидом малой генерации являются топливные элементы. В их основе лежит целое семейство технологий, основанных на катализаторном окислении водорода. Кроме работы на чистом водороде, изготовление которого весьма дорого, топливные элементы могут использовать и другие виды топлива с высоким содержанием водорода. Всего сейчас разработано не менее дюжины различных типов топливных элементов с КПД от 40% до 60%. Генерация электроэнергии осуществляется подобно генерации в обычной батарейке, а высокий КПД достигается благодаря прямому превращению энергии топлива в электроэнергию. В локальном масштабе данная технология работает практически без загрязнения окружающей среды, отходом является обычный водяной пар. В топливном элементе необходимые реагенты находятся на «входе», продукты реакции на «выходе», и реакция может протекать так долго, как поступают в нее реагенты и сохраняется работоспособность самого элемента [14].

Большое количество энергетических технологий, которые применяются в малой энергетике основываются на использовании возобновляемых источников энергии.

Наибольшее применение в практике государств Европейского Союза и США получила малая генерация основаная на переработке биомассы в электроэнергию и тепло. К достоинствам биомассы относится широкая доступность, относительно низкая стоимость и множественность путей переработки в конечный энергопродукт. Источниками ее получения служат следующие компоненты:

• разлагаемые отходы сельского хозяйства (солома, навоз, трава и др.);

• отходы лесного промысла (опилки, щепки, кора, сучья);

• продовольственные или непродовольственные сельскохозяйственные культуры и продукты их переработки (кукуруза, пшеница, ячмень, крахмал, рапс, животный жир, подсолнечник, вино, сорго и др.);

• некоторые быстрорастущие деревья и кустарники (ива, береза, тополь и др.);

• мусорные фракции [7].

Еще одной особенно быстроразвивающейся технологией малой генерации, основанной на возобновляемом источнике энергии, является использование для выработки электричества кинетической энергии ветра. Практически неисчерпаемый потенциал кинетической энергии ветра, а также постоянное повышение технологичности монтажа установок и техобслуживания обуславливают преимущества такого способа выработки энергии.

Однако у использования данного источника имеется существенный недостаток, который связан с ограниченностью местностей, обладающих силой ветра необходимой силы и постоянства. С данным обстоятельством связана неравномерность выработки электроэнергии, предопределяющая собой сложность подключения ветроэлектрических установок к регулярным сетям снабжения, а также необходимость их дополнения накопительными батареями.

Не менее перспективной является использование солнечной энергии для производства электроэнергии и тепла. Гелиоэнергетика, так же, как и ветроэнергетика совершенно не требует траты средств и ресурсов для обеспечения процесса добычи энергии, при этом процесс генерации является полностью экологичным и автономным, поскольку сбор солнечного света и выработка электроэнергии проходит с минимальным задействованием человеческих ресурсов [10].

Однако следует учитывать, что уровень располагаемой солнечной радиации значительно колеблется в зависимости от географического расположения установок, сезона и погоды, а для размещения таких установок необходимы большие площади, причем в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень. Вдобавок к вышеуказанным особенностям стоит отметить, что строительство солнечных электростанций является очень дорогостоящим процессом [8, c. 45].

Ввиду того, что гидроресурсы для сооружения крупных гидроэлектростанций приближаются к исчерпанию, получает свое распространение малая гидроэнергетика. В некоторых странах вообще невозможно осуществлять сооружение крупных гидроэлектростанций, поскольку поверхность земли на их территории является преимущественно равнинной, а это чревато затоплением больших площадей. Поэтому внимание ныне сосредоточивается на малой гидроэнергетике, работающей от силы течения малых рек, каналов и т. п. Для этого используются плотины с небольшим подпором воды, подводное размещение гидроагрегатов по течению рек или «гирляндные» электростанции в виде лопастей, вращающихся на погруженных тросах [22].

К основным преимуществам малой гидроэнергетики относится:

• доступность локальной речной сети;

• отсутствие необходимости сооружения крупных водохранилищ, выводящих из эксплуатации продуктивные земли;

• малая стоимость технического обслуживания;

• экологическая нейтральность к миграции рыбы.

К недостаткам малой гидроэнергетики в первую очередь относится нестабильность основного ресурса, обусловленная тем, что малая река или канал могут периодически пересыхать или промерзать, тем самым блокируя работу системы. Стоит отметить, что затраты на сооружение даже малой ГЭС весьма высоки и высокие стартовые вложения могут нивелировать экономическую выгоду от ее использования.

Особый вид малойгидроэнергетики представляютприливные и волновые электроустановки. Первые используют энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращенияЗемли, они расположены на берегах морей, где гравитационные силыЛуныиСолнцадважды в сутки изменяют уровень воды.В свою очередь волновые электростанции основаны на использовании кинетической энергии волн.

Достоинства и недостатки приливной и волновой энергетики схожи. К плюсам использования можно отнести:

• возможность выполнения защитных функций, посредством гашения волн вблизи портовых акваторий и прочей береговой линии;

• низкая себестоимость получаемой электроэнергии;

• продолжительный срок эксплуатации.

К минусам данных типов энергетики относится:

• малая мощность вырабатываемой энергии;

• нестабильный характер работы, вызванный атмосферными явлениями в окружающей среде;

• возможность создания опасной обстановки для судоходства и промышленного лова рыбы;

• высокие затраты на строительство при продолжительном сроке окупаемости проекта.

Также активно растет использование геотермальной энергии, применяемой в основном для локального отопления и борьбы со наледью на дорогах и взлетно-посадочных полосах. В качестве положительных сторон такого вида энергетики можно выделить постоянство поступления, экологическую чистоту и независимость от погоды и климата.

К отрицательным сторонам относятся неравномерность поступления тепла и его низкие температуры. Из этих особенностей возникает необходимость дополнения улавливающих установок аккумулирующими устройствами. По этой причине технический прогресс направлен не только на освоение поверхностных выходов горячей воды и пара, но и на бурение специальных скважин к высокотемпературным участкам земной коры с прогонкой по ним воды. Важное значение приобретает также установка тепловых насосов, позволяющих забирать тепло из воды и почвы.

Таким образом классификация малой генерации является очень разнообразной, каждый вид обладает как положительными, так и отрицательными особенностями. Проекты внедрения тех или иных видов требуют качественной технико-экономической оценки для каждого вида малой генерации возможно подходящего под энергетические нужды в той или иной местности.