Fresh Energy April by SBCD Expo

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010

содержание: издается ооо «SBCD Expo»

119992, Москва, ул. Льва Толстого, д. 5/1 Тел.: +7 (495) 788-88-91 Факс: +7 (495) 788-88-92 ef@sbcdexpo.ru Периодичность: 4 раза в год.

6 8 10 14

18 20 Издатель:

Э. Ли Ответственный редактОр:

24 28

Ирина Захарова

В номере солнечная энергетика Мобильные системы электропитания СоларИннТех – солнечная энергетика и светодиодное освещение Использование солнечной энергии на юге России Ветростойкая солнечная генерация Ветроэнергетика Ветроэлектрические установки НПО «ЭРГА» Экономическое обоснование использования системы «Сапсан-энергия» (в сравнении с тепловым генератором) Перспективы ветроэнергетики в горах Проект внедрения инновационных разработок ветроэнергетики в государственную политику энергосбережения на примере гостиничного комплекса

МаркетИнгОвая группа:

Андрей Максимов Юлия Фрай Ольга Остапенко Ирина Ключко

30 32 34

верстка:

Ирина Харевская

Отпечатано в типографии ООО «Тисо Принт» 127018, Москва, ул. Складочная, д. 3, корп. 6 Тел.: +7 (495) 504-13-56

42 44

Подписано в печать 12.04.2010. Тираж 999 экз. Мнение авторов статей не всегда отражает мнение редакции. Редакция не несет ответственности за текст статей и предоставленные авторами материалы, а также за содержание рекламных объявлений. Материалы, опубликованные в журнале Energy Fresh, не могут быть воспроизведены без согласия редакции.

2 | ENERGY FRESH

энергосбережение Солнечное теплоснабжение – миф или реальность? Тепловые насосы Buderus Logatherm WPS Современные энергоэффективные решения – микротурбинные электростанции Capstone Новые источники энергии и инновационные модели локального энергообеспечения. Шансы для российской экономики Энергосбережение: от проекта до воплощения Распределенная генерация энергии с использованием возобновляемых источников энергии

48 52 55 56

биотоплиВо Heizomat – родина тепла Перспективы российских биотехнологий Биогазовые перспективы России Биотопливо из непищевого сырья

60 62

пути разВития Форум ENERGY FRESH 2009. Итоги Семинар по возможностям оборудования Steca

№ 1 | апрель | 2010

В номере энергосбережение

энергосбережение

соВременные энергоэффектиВные решения микротурбинные электростанции CapStoNE

теплоВые насосы BuDERuS LoGatHERm WpS Компания «Будерус Отопительная Техника» расширяет ассортимент энергоэффективного оборудования и начинает поставку на российский рынок рассольно-водяных тепловых насосов Buderus Logatherm WPS. 32

солнечная энергетика

Ветростойкая солнечная генерация

мобильные системы электропитания

Опыт внедрения солнечной генерации за пределами России обусловил важное место в реализации проектов для треккеров – следящих за солнцем опорных конструкций для солнечных модулей, позволяющих повысить энерговыработку в случае использования кристаллических солнечных модулей.

Проектирование передвижных энергетических установок для эксплуатации в наших северных широтах представляет собой перспективную, но довольно сложную задачу. Основной проблемой здесь является конфликт между мобильностью (транспортабельностью) и вырабатываемой мощностью. Чем больше мощность энергоустановки, тем сложнее ее доставить (особенно топливо) до места назначения. Ветроэнергетика

перспектиВы Ветроэнергетики В горах Для ветроэнергетики важно знать, где ветер имеет достаточную силу. Издавна известно, что он усиливается на возвышенностях, однако только в последние годы развитие гидродинамики позволило приступить к объективным оценкам данного эффекта. В значительной мере это связано с успехами в исследовании явления обтекания гор.

4 | ENERGY FRESH

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010

биотоплиВо

биогазоВые перспектиВы россии

Агропромышленный комплекс России сегодня сталкивается с проблемой утилизации огромного количества отходов – чаще всего они просто вывозятся с территорий ферм и складируются. Это приводит к окислению почвы, отчуждению сельскохозяйственных земель, загрязнению грунтовых вод и выбросам в атмосферу метана – парникового газа. Если на государственном уровне ставится задача интенсивного развития сельского хозяйства, с высоким уровнем эффективности и глубины переработки, эту проблему необходимо решать.

HEizomat – родина тепла Щепа, полученная измельчением древесины на рубильных агрегатах, обладает одной уникальной особенностью: если ее поместить под навес, исключающий попадание атмосферных осадков, и обеспечить естественную вентиляцию, то в течение 8–9 недель она самостоятельно высохнет до значения воздушной влажности. После этого щепа сможет храниться годами на любом складе, не теряя своих лучших качеств.

солнечная энергетика

Ветроэнергетика

использоВание солнечной энергии на юге россии Электропотребление и теплопотребление бытового сектора и сферы услуг, составляющее более трети в энергобалансе региона, может быть обеспечено солнечной энергетикой без использования дефицитных на Юге земельных ресурсов – за счет размещения легких преобразователей солнечного излучения в электричество и тепло на крышах и стенах зданий.

энергосбережение

распределенная генерация энергии с использоВанием ВозобноВляемых источникоВ энергии

Ветроэлектрические устаноВки нпо «эрга» То, что будущее энергетики неразрывно связано с использованием возобновляемых источников энергии, сегодня понимает любой серьезный специалист. Например, в Германии, Дании, Испании до 20% электроэнергии дают ветроэлектрические установки (ВЭУ).

биотоплиВо

www.ENERGY-FRESH.Ru

перспектиВы российских биотехнологий Ведущие мировые экономики рассматривают биотехнологии в качестве ключевого направления своего будущего и интенсивно развивают эту индустрию. В 2010 году, по прогнозам экспертов, объем мирового рынка биотехнологической продукции достигнет 2 трлн долларов. Место России на этом рынке пока более чем скромное.

В номере | 5

солнечная энергетика

мобильные системы электропитания А. Е. Бечков, главный специалист представительства AcmePower в России

данной статье мы рассмотрим мобильные энергоустановки различных типов мощностью от 1 до 2 кВт, транспортировка которых не представляет серьезных проблем. Для начала попытаемся обосновать необходимость использования подобных компактных и маломощных энергетических установок и определить область их применения. Итак, представим небольшой коллектив из 4–8 человек, работающих или путешествующих в труднопроходимых районах Сибири и Крайнего Севера. Бытовые потребности в электроэнергии, в случае когда электричество нельзя заменить каким бы то ни было другим источником энергии, не нуждающимся в транспортировке, при использовании обычных осветительных

и коммуникационных устройств для небольших коллективов, как правило, составляют как раз величину до 1–2 кВт, из расчета 250 Вт на человека. На сегодняшний день существует три конкурирующих типа компактных маломощных энергоустановок: бензиновая электростанция, ветроэлектрическая установка и фотоэлектрическая система питания с использованием солнечных панелей. Естественно, что каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки. Наш сравнительный анализ мы начнем именно с недостатков. Главные минусы бензиновой электростанции – необходимость транспортировки топлива и высокая стоимость электроэнергии. Типичная электростанция мощностью 2 кВт [1], работающая на бензине, потребляет в час более 1 л бензина при нагрузке 75%. Следовательно, 10 л топлива хватит всего на 8,5 часов работы. К существенным недостаткам можно также отнести и высокий уровень шума такой электростанции. Электростанция на основе ветрогенератора лишена этих недостатков. Ее главные минусы – нестабильность скорости ветра и большие размеры ветродвигателя. При этом сложность транспортировки ничто по сравнению с тем, что рабочий диапазон скоростей ветра составляет 3–40 м/с [2], тогда как скорость ветра во многих

6 | ENERGY FRESH

регионах нашей страны ниже (к примеру, в Москве – всего 2,3 м/с). Поэтому ветрогенератор – это всетаки устройство, сильно привязанное к определенной местности, и мобильные системы с его использованием могут применяться только в особых условиях открытых пространств с достаточной силой ветра. Фотоэлектрические системы, как и ветроэлектрические, также не могут похвастаться постоянством в получении от природных условий определенного количества энергии, однако здесь в большей степени проявляется непостоянство другого рода – довольно предсказуемое и зависящее в основном от давно всем известных планетарных циклов, нежели от хаотичных изменений, связанных с облачностью. В табл. 1 [3] представлены среднестатистические величины инсоляции земной поверхности в зависимости от широты в самый короткий и самый длинный дни года. Отсюда видно, что проблемы при получении солнечной энергии начинаются в северных широтах в зимний период. Летом же ситуация полностью противоположна, и использование солнечных панелей в летнее полугодие предпочтительнее. Теперь о преимуществах каждой из систем.

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 Табл. 1. Поступление солнечной радиации на верхнюю границу атмосферы (Вт/м2 в сутки)

Широта, °с.ш.

21 июня

375

414

443

461

470

467

463

479

501

510

21 декабря

399

346

286

218

151

Среднегодовое значение

403

397

380

352

317

273

222

192

175

167

Для бензиновой электростанции это прежде всего стабильность работы при наличии топлива. Для ветро- и фотоэлектрических систем – низкая стоимость электроэнергии. И здесь фотоэлектрическая система выигрывает у ветряной, помимо большей универсальности и предсказуемости, еще и в удобстве транспортировки. Так, например, портативная гибкая солнечная панель мощностью 54 Вт из аморфного кремния AcmePower FPS-54W [4] весит всего 2,9 кг и при транспортировке сворачивается в компактный прямоугольник размером с небольшую мужскую сумку или кейс.

источники информации 1. Лучшие генераторы [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Портативный бензиновый генератор Eisemann Hight Protection H 2801 (2.0 кВт). – Режим доступа: http://www.best-generators.ru/equipment/items/479. html. 2. Мельников Электроветер [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Ветроэлектрические установки от 1 до 10 кВт. – Режим доступа: http://www.electroveter.ru/veu. 3. Онлайн энциклопедия «Кругосвет» [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Метеорология и климатология. – Режим доступа: http:// www.krugosvet.ru/enc/Earth_sciences/geografiya/METEOROLOGIYA_I_ KLIMATOLOGIYA.html. 4. AcmePower [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Портативная гибкая солнечная панель из аморфного кремния FPS-54W. – Режим доступа: http://acmepower.ru/?chart=catalogue&groupid=9&productid=517.

солнечная энергетика

солариннтех -

солнечная энергетика и светодиодное освещение Компания «СоларИннТех» предлагает Вашему вниманию инновационные разработки в области солнечной энергетики, светодиодного освещения и энергосбережения. Наша компания обеспечивает профессиональный подход к использованию инновационной, экологически чистой энергии солнца. Наша цель – продвижение продукции солнечной энергетики и светодиодного освещения в массовое пользование. Повышение энергоэффективности нашей страны – наше общее дело.

оларИннТех» является производителем продукции для эффективного использования энергии солнца: комплекты автономных солнечных энергосистем, солнечные модули, аккумуляторные батареи, контроллеры заряда и инверторные системы. Наша компания готова к решению самых важных задач в области энергоснабжения и энергосбережения на самом высоком уровне. Мы уверены, что, используя продукцию нашей компании, Вы откроете новые возможности для Вас и Вашего бизнеса. Автономная солнечная энергосистема «СИТ 540» предназначена для обеспечения электрической энергии постоянного и переменного тока в условиях автономного функционирования.

Характеристика системы Установленная мощность, кВт·ч

0,54

Емкость АКБ, А·ч

400

Суммарная генерация в год в условиях средней полосы, кВт·ч Состав оборудования

Контроллер MPPT 20 А

Инвертор 1500 Вт 24 В/220 В

АКБ Volta AGM 200 А·ч 12 В

Опорная конструкция с регулируемым углом наклона

Комплект для сборки опорной конструкции

Комплект кабелей для подключения системы

Комплект перемычек для АКБ

Блок-шкаф

На рис. 1 приведен пример работоспособности системы в условиях средней полосы РФ (Москва, Московская область).

8 | ENERGY FRESH

Кол-во

Солнечный модуль SolarInnTech FSM-180 24 В

Система успешно используется как для электроснабжения маломощных объектов и аппаратуры, так и для питания электробытовой техники мощностью до 1500 Вт.

АСЭ «СИТ 540»

до 800,8

Система базируется на опорной конструкции с регулируемым углом наклона, что позволяет существенно увеличить эффективность генерации путем изменения

угла наклона солнечных модулей в зависимости от времени года. В систему интегрирован контроллер с функцией MPPT (Maximum Power Point Tracking), что позволяет увеличить эффективность PV генерации на 10–30%.

www.solarinntech.ru chuykovre@gmail.com, ss.06@bk.ru Тел.: +7 (926) 672-40-07, +7 (905) 586-66-47

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010

120

кВт·ч

Генерация до 806 кВт·ч в год

100

0 Янв

Фев

Мар

Рис. 1. АСЭ «СИТ 540» 220 В

Апр

Май

Июн

Июл

Авг

Сен

Окт

Ноя

Дек

солнечная энергетика

использование солнечной энергии на юге россии

Возможности и перспективы

А. А. Чернявский, к.т.н., главный специалист , институт «Ростовтеплоэлектропроект»

Основное энергообеспечение потребителей Юга России – на территориях Южного и Северо-Кавказского Федеральных округов – осуществляет Объединенная энергосистема (ОЭС) Юга. В ее состав входят 12 региональных энергосистем: Астраханская, Волгоградская, Ростовская, Краснодарская, Ставропольская, Карачаево-Черкесская, КабардиноБалкарская, Северо-Осетинская, Чеченская, Дагестанская, Калмыцкая и Ингушская с суммарной установленной мощностью электростанций около 18 000 МВт.

структуре электропотребления ОЭС Юга доминирующее положение занимает промышленное электропотребление, доля которого вместе с потреблением строительного комплекса составляет 36%. Доля сельскохозяйственного производства в общем электропотреблении – около 3%. Электропотребление транспортом составляет 7%, электропотребление в быту и сфере услуг – 35% от суммарного электропотребления по ОЭС Юга. Анализ функционирования ОЭС Юга выявил специфические проблемы этого энергетического объединения, рассмотренные ниже. Старение основных фондов – оборудования электростанций и электросетевых объектов. В настоящее время парковый ресурс выработали более 6 млн кВт турбинного оборудования ТЭС. На гидроэлектростанциях, построенных сорок и более лет назад, требуется замена гидротурбин и другого оборудования. Интенсивный рост электропотребления в последние годы в ряде энергосистем обострил проблемы в электроснабжении потребителей этих

10 | ENERGY FRESH

районов. Для повышения надежности электроснабжения наряду с развитием электрических сетей в ОЭС Юга в ближайшей перспективе планируется ввод второго блока мощностью 1000 МВт на Волгодонской АЭС, а также реконструкция Ставропольской, Новочеркасской, Невинномысской ГРЭС, Краснодарской и Сочинской ТЭЦ с увеличением их мощности и эффективности за счет использования современных парогазовых и газотурбинных технологий, котлов с циркулирующим кипящим слоем и пр. ОЭС Юга будет оставаться дефицитной даже после ввода энергоблока № 2 на Волгодонской АЭС и проведения всех запланированных реконструкций тепловых электростанций. Наибольший дефицит испытывает Краснодарская энергосистема. Глубоко дефицитны также КабардиноБалкарская, Карачаево-Черкесская и Северо-Осетинская энергосистемы. Чеченская, Ингушская и Калмыцкая энергосистемы не имеют собственных генерирующих источников и полностью покрывают свою потребность в электроэнергии из других энергосистем ОЭС.

Покрытие дефицита ОЭС Юга в целом осуществляется из ОЭС Средней Волги и ОЭС Центра. Однако планируемое интенсивное развитие экономики в России будет приводить к существенному уменьшению избытков мощности в соседних ОЭС. Поэтому покрытие дефицита в ОЭС Юга станет возможным только за счет дополнительного ввода собственных энергетических мощностей, создание которых на настоящий момент еще не запланировано. При развитии экономики по умеренному сценарию к 2020 году дефицит электроэнергии в ОЭС Юга составит 6,2 млрд кВт·ч, а к 2030 году – 44 млрд кВт·ч. При оптимистическом сценарии дефицит электроэнергии к 2020 году составит 59,3 млрд кВт·ч, к 2030 году – 114,1 млрд кВт·ч. Дефицит теплопотребления при оптимистическом сценарии составит к 2020 году 295,8 млн Гкал, к 2030 году – 403,5 млн Гкал. Обеспечить ликвидацию значительной доли этого дефицита целесообразно и уже сегодня технически возможно за счет интенсификации использования возобновляемых источников энергии. Для Юга России,

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 с обилием тепла и солнца, это можно сделать, в первую очередь, при помощи солнечной энергии. По оценкам Объединенного института высоких температур РАН (ОИВТ РАН) и института «Ростовтеплоэлектропроект» (РоТЭП), валовый потенциал солнечной энергии на территориях Южного и Северо-Кавказского Федеральных округов РФ составляет более 800 трлн кВт·ч/год, технический потенциал – 82,2 трлн кВт·ч/год, экономический – 7,4 трлн кВт·ч/год. За счет экономического потенциала – при строительстве солнечных станций только на бросовых землях – возможно обеспечить покрытие годовых потребностей в электроэнергии до 420 млрд кВт·ч и в тепловой энергии – 1150 млн Гкал. Поэтому можно утверждать, что принципиально весь

дефицит электрической и тепловой энергии может быть покрыт за счет солнечной энергии. С этой целью возможно сооружение целого ряда крупных солнечных электростанций (СЭС) мощностью 50–300 МВт в Ростовской, Астраханской и Волгоградской областях, в Ставропольском и Краснодарском краях, в Калмыкии, Дагестане и др. При этом могут быть использованы существующие отечественные разработки и преимущественно высокоэффективное отечественное гелиотехническое оборудование. Важно отметить, что электропотребление и теплопотребление бытового сектора и сферы услуг, составляющее, как было отмечено выше, более трети в энергобалансе региона, может быть обеспечено солнечной энергетикой без использования дефицитных на

Юге земельных ресурсов – за счет размещения легких преобразователей солнечного излучения в электричество и тепло на крышах и стенах зданий. Особенно эффективным может стать разумное сочетание солнечных систем с ветровыми, геотермальными, теплонасосными установками и т.п., наряду с применением известных идей для создания устройств аккумулирования больших объемов энергии (гидро-, воздухо-, водородоаккумулирование, применение молекулярных конденсаторов, сверхпроводящих индуктивных накопителей и др.). В настоящее время, как показал опыт внедрения, во многих случаях коммерчески рентабельным является создание систем солнечного горячего водоснабжения, а иногда и солнечного отопления. На рис. 1–4 приведены

Рис. 1. Солнечная станция сезонного горячего водоснабжения в Новороссийске

www.ENERGY-FRESH.Ru

солнечная энергетика | 11

солнечная энергетика примеры действующих солнечных станций теплоснабжения, сооруженных по проектам РоТЭП на Юге России. Особенно эффективным использование возобновляемых источников энергии будет в районах, не обеспеченных централизованным электро- и теплоснабжением, не имеющих возможности использовать природный газ и вынужденных завозить дорогостоящие жидкое топливо и уголь для обеспечения своих энергетических нужд. Такие районы охватывают на юге России территории в тысячи квадратных километров с населением несколько миллионов человек. Обеспечение этой категории населения собственными энергоресурсами за счет возобновляемых источников позволит значительно улучшить условия проживания, даст возможность организации новых рабочих мест для строительства и обслуживания создаваемых объектов

Рис. 2. Солнечная станция круглогодичного теплоснабжения в горах Карачаево-Черкесии (2100 м над уровнем моря)

Рис. 3. Солнечная станция круглогодичного горячего водоснабжения радиотелескопа РАТАН-600, ст. Зеленчукская, КЧР

12 | ENERGY FRESH

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 энергетики и приведет к улучшению социального климата в целом. Создание таких энергетических объектов позволит также сократить потребление быстро исчерпываемых топливных ресурсов, исключит вредные выбросы в атмосферу от сжигания топлива и позволит повысить экологическую эффективность энергетики в уникальных южных регионах России.

Рис. 4. Солнечная станция отопления и кондиционирования воздуха в электроколледже, Ростов-на-Дону (российско-германский проект)

Получение электрической энергии за счет солнца в настоящее время все еще является дорогостоящим. Расчеты показывают, что строительство солнечных фотоэлектрических станций даже в районах с хорошими актинометрическими условиями, как, например, в Кисловодске (рис. 5), не окупается без государственных дотаций. Окупаемость таких СЭС может иметь место только в удаленных районах, где себестоимость получения электроэнергии может составлять 15–20 руб./кВт·ч. Вместе с тем, работы, проводимые и в мире, и в России по получению дешевого кремния «солнечного качества» для изготовления фотоэлектрических преобразователей, позволяют надеяться, что уже в недалекой перспективе инвестиции в создание мощных СЭС могут существенно снизиться. Это приведет к обеспечению их более высокой рентабельности, чем тепловых и атомных электростанций, сооружение которых с каждым годом становится, наоборот, все более дорогим.

Рис. 5. Кисловодская солнечная электростанция (проект РоТЭП – компьютерное моделирование): а – общий вид СЭС; б – фотоэлектрические модули; в – водонагревательные модули; г – поле экспериментальных установок

www.ENERGY-FRESH.Ru

солнечная энергетика | 13

солнечная энергетика

Ветростойкая солнечная генерация Б. Бурченко, генеральный директор ООО «Солар Моторс»

В современном мире большинство успешных инвесторов зарабатывают на генерации электричества с использованием возобновляемых источников. Однако до недавнего времени возможности локального российского рынка солнечной генерации были ограничены, точнее говоря, этого рынка вообще не существовало.

14 | ENERGY FRESH

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 принятием Госдумой в ноябре 2009 г. закона об энергоэффективности, создающего правовые, экономические и организационные основы стимулирования энергосбережения в Российской Федерации, а также благодаря всесторонней поддержке со стороны правительства, которое согласно пойти на налоговые льготы для предприятий, внедряющих энергоэффективное оборудование, у рынка солнечной генерации в нашей стране появился новый шанс. Опыт внедрения солнечной генерации за пределами России обусловил важное место в реализации проектов для треккеров – следящих за солнцем опорных конструкций для солнечных модулей, позволяющих повысить энерговыработку в случае использования кристаллических солнечных модулей. Несмотря на огромный выбор типов и моделей треккеров, доступных системным интеграторам и девелоперам проектов солнечной генерации, лишь некоторые из них можно рекомендовать для использования в наших климатических условиях. Отличным примером, на который целесообразно обратить внимание девелоперу, является ветростойкий треккер SALIX PV производства компании SALIX SOLAR (Испания), входящей в группу ECOENER (Испания). Основными преимуществами треккера SALIX PV являются надежность и устойчивость к порывам ветра до 36 м/с. В таблицах приведены его основные характеристики.

www.ENERGY-FRESH.Ru

Технические данные

Полная площадь поверхности

до 160 м2

Полная мощность

до 27 кВт-пик, в зависимости от типа фотоэлектрического модуля

Диаметр корпуса/высота

1,20 x 5 м

Поворотный угол

до 280°

Угол наклона

от 5 до 70°

Контроль за вращением

электромеханический планетарный редуктор

Управление углом наклона

электромеханический линейный привод

Тип отслеживания

астрономический, PLC +1°

Опоры, провода, электроника

предустановлены в комплекте

Механические характеристики

Контроль за вращением

зубчатые колесо и валик 125/14

Управление наклоном

2 активатора

Вес

4900 кг

Тест на ветровую нагрузку

до 36 м/с

Опора

горячекатанная гальванизированная сталь

Конструкция опоры

стальной прокат S-355 J2H

Размер фундамента

железобетонная опора 4,5 x 4,5 x 1 м

Общие данные: ■

■

гарантия 3 года, распространяющаяся на фотоэлектрические модули (поставляются отдельно) и инверторы; высокая стабильность, прочность и надежность; минимальное сопротивление ветру (апертуры между фотоэлектрическими модулями); горизонтальная защита ночью и при сильном ветре; конструкция корпуса-башни обеспечивает самопроветривание для вентиляции инверторов;

■

обслуживание (осмотры, настройка – в зависимости от контракта на поставку); встроенный контроль.

Компания «Солар Моторс» оказывает коммерческое и техническое сопровождение проектов с применением треккеров SALIX PV на территории России и СНГ.

солнечная энергетика | 15

солнечная энергетика

www.solar-motors.ru boris.burchenko@solar-motors.ru Сборка солнечного треккера

Треккеры в работе

16 | ENERGY FRESH

№ 1 | апрель | 2010

Ветроэнергетика

Ветроэлектрические установки нпо «эрга» В. В. Пахалов, главный конструктор ООО «Эрга Инжиниринг»

То, что будущее энергетики неразрывно связано с использованием возобновляемых источников энергии, сегодня понимает любой серьезный специалист. Например, в Германии, Дании, Испании до 20% электроэнергии дают ветроэлектрические установки (ВЭУ).

онимая безусловную перспективность серийного выпуска ВЭУ, специалисты нашей фирмы провели анализ и определили главное направление их освоения. Вначале мы определились с двумя концептуальными характеристиками: горизонтальной или вертикальной должна быть ось вращения ветроколеса и нужен ли в составе его силового привода мультипликатор. В настоящее время в основном применяются ВЭУ с горизонтальной осью вращения (около 95%). Они известны давно, хорошо технически отработаны, имеют достаточно высокий КПД, однако довольно сложны конструктивно. Им присущи два принципиальных недостатка: необходимость специального механизма постоянного поиска направления ветра, а также возникающий в плоскости вращения лопастей низкочастотный шум, который отрицательно влияет на животный и растительный мир и является вредным для человека. Поэтому мы выбрали ВЭУ с вертикальной осью вращения – для них безразлично направление ветра, и они практически бесшумны. Если говорить о применении в составе силового привода ВЭУ серийно выпускаемого мультипликатора в комплекте с быстроходным серийным генератором, то мы пришли к выводу, что такой вариант не обеспечивает автономную работу ВЭУ. Дело в том, что мультипликатор требует при

18 | ENERGY FRESH

эксплуатации частого техобслуживания. Поэтому мы остановились на варианте, исключающем применение мультипликатора, и используем в составе силового привода тихоходный генератор собственной разработки.

ветрозащиты. При скорости ветра выше безопасной величины механизм переводит лопасти в положение «флюгер», а при снижении скорости лопасти занимают рабочее положение (рис. 1).

Каким мы видим конструктивное лицо ВЭУ «ЭРГА»? Рассмотрим технические характеристики их основных элементов: рабочих лопастей, силового привода, генератора, блока управления. Рабочие лопасти, воспринимающие энергию ветра, – наиболее сложные элементы ВЭУ. Их форма и геометрические размеры определяют как КПД установки, так и ее экологические характеристики (шум). И если для ВЭУ с горизонтальной осью вращения они отрабатывались десятилетиями и достигли высокой степени совершенства, то для ВЭУ с вертикальной осью оптимальные характеристики рабочих лопастей еще не определены, и необходимо выполнить серьезный объем НИР и ОКР. А пока идут исследовательские работы, мы используем при изготовлении лопастей симметричные профили NASA. Для успешного противостояния ураганному ветру без поломок и быстрому восстановлению рабочего положения при снижении скорости ветра до безопасной величины лопасти снабжаются несложным, надежным, работающим в автоматическом режиме и не требующим периодического обслуживания механизмом

Рис. 1. Принципиальная схема ветрозащиты ВЭУ «ЭРГА»

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 Для обеспечения эксплуатации ВЭУ в различных климатических условиях лопасти изготавливают из различных материалов с разным покрытием. Силовой привод, передающий крутящий момент на ротор генератора, представляет собой систему траверс, к наружным концам которых крепятся лопасти, а внутренние концы – к ротору генератора. Оригинальностью такого решения является то, что в приводе отсутствует силовой вал, а его функцию выполняет корпус ротора генератора. Это решение позволяет снизить нагрузку на подшипники и уменьшает изгибающий момент на фланец крепления изделия к мачте. Тихоходный генератор, превращающий механическую энергию от силового привода в электрическую, выполнен по упрощенной схеме. Ротор вращается снаружи и выполняет функцию силового вала, а статор с катушками находится внутри генератора и крепится к оси-опоре генератора.

Основные технические характеристики генератора: ■

■

система возбуждения ротора – на постоянных магнитах из редкоземельных материалов; катушки статора – без стальных сердечников для исключения «зубцового» эффекта, момента страгивания и потерь от перемагничивания; КПД генератора не менее 0,9.

Блок управления, обеспечивающий обработку вырабатываемой генератором электроэнергии и передачу ее потребителю, позволяет работать ВЭУ в единой сети с другими ВЭУ, солнечными батареями, дизель-генератором или в сети 220 В/380 В. Что у нас на сегодня уже сделано? Мы разработали четыре унифицированных модели ВЭУ «ЭРГА» мощностью 1 кВт, 3 кВт, 5 кВт, 10 кВт. В процессе проектирования появилось несколько удачных технических решений. К ним относятся: механизм ветрозащиты рабочих лопастей, кинематическая схема силового привода

без силового вала, упрощенный вариант многофазного генератора. По этим решениям готовятся заявки на получение Патентов РФ. Наше производство изготовило первые опытные образцы ВЭУ мощностью 1 кВт. Их рабочие лопасти изготовлены в четырех вариантах: из железа с покрытием автомобильной эмалью, из алюминия, из нержавеющей стали и пластика, а тихоходный генератор – однофазный по упрощенной схеме. Генераторы успешно прошли стендовые испытания. Два образца ВЭУ «ЭРГА» проходят натурные испытания, а один готовится к испытаниям в аэродинамической трубе ЦАГИ. Мы надеемся на успешное завершение испытаний и в 2010 году рассчитываем начать серийное производство ВЭУ «ЭРГА» мощностью 1 кВт.

Ветроэнергетика

экономическое обоснование использования системы «сапсан-энергия»

(в сравнении с тепловым генератором) Необходимость и востребованность альтернативных источников электроснабжения в России и странах СНГ становится все более актуальной. Компания ЗАО «Сапсан-энергия ветра» – подразделение хорошо известного в России строительного холдинга «Сапсан». С 1999 г. мы занимаемся продажей, установкой и эксплуатацией систем автономного и резервного электроснабжения с использованием различных источников автономного электроснабжения, а также производим ветрогенераторы «Сапсан».

а это время был накоплен большой опыт автономного электрообеспечения объектов, удаленных от центральных сетей электричества. Это позволило нам рассчитать и использовать оптимальные комплексы электрообеспечения различных объектов. Наш офис находится в 15 км от Москвы, на федеральной трассе «Москва–Санкт-Петербург». Он является единственным в России офисом, который полностью обеспечивается электричеством от ветрогенераторов. задача Представим, что наша задача – обеспечить электроснабжением объект, среднесуточное потребление которого составляет 8 кВт·ч (табл. 1). Для решения этой задачи возьмем тепловой генератор мощностью 4 кВт и сравним расходы на его обслуживание с вложениями на обслуживание системы «Сапсан-энергия».

20 | ENERGY FRESH

теплоВой генератор

котла, циркуляционные насосы, связь, холодильник). Ресурс

Комплектация Генератор мощностью 4 кВт – 50 000 руб. Эффективность Для обеспечения необходимого энергопотребления генератор находится в непрерывном рабочем режиме 24 часа в сутки. За это время он вырабатывает 96 кВт·ч (4 кВт x 24 часа). Реальная потребность в электроэнергии в сутки составляет примерно 8 кВт·ч (см. табл. 1). Получается, что 88 кВт·ч мы оплачиваем, но не используем, ведь несмотря на то, что нагрузка в течение суток постоянно меняется, есть приборы, которые должны быть постоянно подключены к электросети, так как их функции весьма значительны (например, автоматика

При учете, что стоимость расходов на починку генератора сопоставима со стоимостью его полной замены, ресурс работы любого бытового генератора не превышает 4000 моточасов, а в году 8760 часов, выходит, что за один год придется сменить 2 генератора, потратив на это 100 000 руб. Топливо и масло (ГСМ) Расход топлива в генераторе – примерно 2 л в час (0,5 л на 1 кВт мощности), соответственно, в год получается 17 520 л (8760 часов в году x 2 л в час), что в денежном эквиваленте составит: 19 руб. (средняя стоимость 1 л топлива) x 17 520 л = 332 880 руб. Наработка генератора до замены масла – 50 моточасов. В среднем одна замена масла оценивается в 150 руб., следовательно, в год выходит порядка

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 Табл. 1. Расчет среднесуточного потребления электроэнергии

Срок службы аккумуляторной станции – 10 лет (75 600 руб.).

Потребитель

Номинальная мощность, Вт

Время работы в сутки, ч.

Потребляемая мощность в сутки, кВт·ч

Холодильник

150

1,8

Телевизор Погружной насос Освещение энергосберегающими лампами, 10 шт. (одна лампа 12 Вт по силе света равна одной лампе накаливания 60 Вт) Электрочайник Компьютер Автоматика котла и циркуляционный насос

150

0,9

1 200

1,2

120

1,2

Используются герметичные, необслуживаемые свинцово-кислотные, аккумуляторные батареи. Периодичность замены генератора – 5 лет (20 000 руб.), так как среднегодовая выработка генератора в системе «Сапсан-энергия» составляет всего 900 моточасов, исходя из того, что с помощью генератора вырабатывается всего 10% от общего объема электроэнергии в год. Топливо и масло (ГСМ)

1 500

0,5

0,75

100

0,6

1,44 Итого: 7,89

175 замен масла, что в денежном выражении составляет 26 250 руб. Итого за год Расходы на покупку и эксплуатацию генератора для обеспечения постоянного энергоснабжения одного объекта со среднесуточным потреблением 8 кВт·ч составляют: 50 000 руб. (генератор) x 2 шт. + + 332 880 руб. (топливо) + 26 250 руб. (масло) = 459 130 руб. Итого за 10 лет [50 000 руб. (генератор) x 2 шт. + + 332 880 руб. (топливо) + 26 250 руб. (масло)] x 10 лет = 4 591 300 руб.

Расход топлива в генераторе системы примерно 1 л в час (0,5 л на 1 кВт мощности), соответственно, в год получается 900 л (900 моточасов в год x x 1 л в час), что в денежном эквиваленте составит: 19 руб. (средняя стоимость 1 л топлива) x 900 л = 17 100 руб.

электричество изначально накапливается в аккумуляторной станции), вся выработанная энергия идет на потребление практически без потерь. Генератор в системе служит вспомогательным агрегатом (в длительную штилевую погоду при разрядке аккумуляторов за 10 часов заряжает аккумуляторную станцию).

Наработка генератора до замены масла – 50 моточасов. В среднем одна замена масла оценивается в 150 руб., соответственно, в год выходит 18 замен масла (900 моточасов в год / 50 моточасов до замены), что в денежном выражении составляет 2700 руб. в год.

В системе применяется генератор мощностью всего 2 кВт!

Итого за год

Из опыта: 90% электроэнергии в системе вырабатывается ветряком, а 10% – генератором. Ресурс

Вложения в покупку и эксплуатацию системы «Сапсан-энергия» для обеспечения постоянного энергоснабжения одного объекта со среднесуточным потреблением 8 кВт·ч составляют: 436 800 руб. (стоимость комплекта) + + 17 100 руб. (топливо) + 2700 руб. (масло) = 456 600 руб.

Генератор – 4 591 300 руб.

Срок службы ветряка – до 20 лет (118 000 руб.).

система «сапсан-энергия»

Табл. 2. Система «Сапсан-Энергия», комплектация

Наименование

Стоимость, руб.

Ветрогенератор «Сапсан 1000»

Комплектация Комплектация представлена в табл. 2. Эффективность Исходя из того, что принцип работы системы накопительный (вырабатываемое

www.ENERGY-FRESH.Ru

118 000

Ветряное выпрямительно-зарядное устройство

14 500

Мачта высотой 12 м

71 500

Аккумуляторная станция (4 АКБ 200 А·ч)

75 600

Генераторное зарядное устройство мощностью 2 кВт

27 200

Инвертор мощностью 3,5 кВт (мощность выхода) Генератор мощностью 2 кВт

110 000 20 000 Итого: 436 800

Ветроэнергетика | 21

Ветроэнергетика Итого за 10 лет 436 800 руб. (стоимость комплекта) + + 20 000 руб. (замена генератора) + + [17 100 руб. (топливо) + 2700 руб. (масло)] x 10 лет = 654 800 руб. Система «Сапсан-энергия» – 654 800 руб. Приведенные выше расчеты – практические результаты работы системы «Сапсан-энергия» в различных регионах нашей страны. Наш выставочный комплекс является наглядным примером эффективности системы автономного электроснабжения, в чем Вы можете убедиться, лично посетив наш комплекс.

Сравнительная таблица экономической эффективности за период 10 лет

Параметры

Генератор

Время работы генератора (в среднем), ч. Количество генераторов, шт. Расход топлива, л

Система «Сапсан-Энергия»

87 600

9 000

175 200

9000

Общая стоимость оборудования (включая расходы на замену оборудования и ГСМ), руб. 4 591 300

654 800

141552, Московская обл., Солнечногорский район, 36 км Ленинградского шоссе Режим работы: понедельник–суббота, с 10 до 18 часов Тел.: +7 (495) 995-45-18, Факс: +7 (495) 995-46-82

22 | ENERGY FRESH

№ 1 | апрель | 2010

Ветроэнергетика

перспективы ветроэнергетики в горах В. Н. Кожевников, в.н.с. кафедры физики атмосферы физического факультета МГУ

Для ветроэнергетики важно знать, где ветер имеет достаточную силу. Издавна известно, что он усиливается на возвышенностях, однако только в последние годы развитие гидродинамики позволило приступить к объективным оценкам данного эффекта. В значительной мере это связано с успехами в исследовании явления обтекания гор.

России такие исследования были начаты в тридцатые годы Н. Е. Кочиным и продолжены в сороковые А. А. Дородницыным. Далее число публикаций на эту тему начало стремительно увеличиваться. Сейчас наибольшую известность среди них приобрели результаты, полученные Дж. Лира в Германии, П. Кенеем во Франции и Р. С. Скорером в Англии. В нашей стране заметные результаты по данной проблеме были получены в коллективах, принадлежащих трем школам: И. А. Кибеля, А. М. Обухова и А. Ф. Дюбюка. Общее число публикаций по теме в мире давно перевалило за тысячу. Главные физические аспекты явления обтекания гор состоят в следующем [1]: 1. В атмосфере температура с высотой типично изменяется с градиентом γ, отличным от сухоадиабатического градиентаγγa. Благодаря этому атмосфера по отношению к вертикальным смещениям частиц воздуха в адиабатическом приближении является упругой средой. Мерой этой упругости является частота Брента–Вяйсяля N, определяемая следующим соотношением: N2 = g(γa – γ)/Tс ,

24 | ENERGY FRESH

(1)

Z, км 6,0

6,0

5,0

+0,5

4,0

3,0 +0,5

2,0

1,0

X, км

Рис. 1. Обтекание гор Крыма с юго-востока при Lc = 7,7 км

где Tс – характерная температура, g – ускорение силы тяжести. 2. Горы в явлении обтекания играют роль вынужд-ающей силы. 3. Указанная упругость атмосферы определяет волновой характер возмущений при обтекании гор. Данные волны принято называть внутренними гравитационными волнами. Также их называют орографическими ВГВ или волнами плавучести.

4. Такие характеристики невозмущенного натекающего потока атмосферы перед горами, как скорость U и частота N, совместно определяют, с одной стороны, интенсивность энергетического взаимодействия между горами и атмосферой, а с другой – характерный масштаб явления. Согласно Лира, данный масштаб дается формулой: Lc = 2π U/N

(2)

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010

Z, км

На рисунках представлены некоторые из результатов конкретных модельных расчетов (подробные пояснения можно найти в [1]). В частности, далее приводятся траектории движения воздуха над горами при потоке атмосферы слева направо. На рис. 1, 2 представлены картины обтекания гор Крыма с двух направлений. Точками даны изолинии некоторых наиболее заметных вертикальных смещений траекторий. Рассматривается пространство до 6 км по вертикали и 40 км по горизонтали.

+1,5 6,0

6,0

+1 +0,5

5,0 5,0 4,0

3,0

2,0

+0,5

1,0

X, км

Рис. 2. Обтекание гор Крыма с северо-запада при Lc = 7,7 км H, км 7,0 6,5 6,0

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

Степень такого увеличения сложным образом зависит не только от высоты и формы гор, но и, как было сказано выше, от характеристик натекающего потока атмосферы. На основе анализа девяти примеров моделирования обтекания гор различной формы при различных значениях Lc установлено, что интенсивность ВГВ пропорциональна следующей величине:

1,0

-53,6

-26,8

26,8

53,6

80,4

L, км

Рис. 3. Обтекание гор Крыма с северо-запада при Lc = 5,9 км и облака Ac lent

Пространственные масштабы возмущений над горами (их амплитуда и форма) определяются множеством факторов, среди которых в первую очередь следует отметить высоту и форму гор, масштаб Лира и его изменения по вертикали.

Исследования рассматриваемой проблемы позволили выяснить не только сформулированные общие закономерности, но и начать отвечать на

www.ENERGY-FRESH.Ru

На рис. 3 аналогичная картина возмущений совмещена с результатами измерений положения в пространстве волновых облаков Ac lent. На рис. 4–6 в той же форме показаны примеры моделирования процессов обтекания гораздо более протяженных и сложных горных рельефов. Как легко увидеть, во всех случаях траектории движения заметно сгущаются над горами, особенно у подветренных склонов их главных вершин. Это свидетельствует об увеличении здесь величины горизонтальной компоненты скорости в несколько раз по сравнению с ее значением U в натекающем потоке.

конкретные вопросы ветроэнергетики – в каких горах и в каких конкретно местах горного рельефа следует ожидать наибольшего увеличения скорости ветра. Обзор результатов исследований показывает, что, видимо, пока наиболее конкретную информацию о ветре в горах дают стационарные нелинейные двумерные модели обтекания гор, которые учитывают вертикальную неограниченность атмосферы и реальные особенности формы гор [1–3].

A2 = (hm /Lc) (∆h/2)2,

(3)

где hm – максимальная высота обтекаемых гор, ∆h – относительная высота наиболее значимой из ее вершин. Величину A можно назвать эффективной высотой гор. На рис. 7 представлена обобщающая зависимость интенсивности возмущений от квадрата величины A. Конкретно здесь интенсивность ВГВ определялась по величине максимальной вертикальной скорости в роторных зонах над горами. Тем не менее ясно, что аналогичная зависимость должна иметь место и для максимальной скорости ветра у поверхности земли.

Ветроэнергетика | 25

Ветроэнергетика возмущений над всей горной областью, на втором – более подробно в окрестности главного хребта.

Z, км 10,0 9,0 8,0 5,0

7,0

5,0

6,0

5,0 5,0 5,0

5,0

5,25

4,0 3,0 2,0 1,0 0

10 20 30

100

110 120

130

140

Рис. 4. Обтекание гор Кузнецкий Алатау при Lc = 7,8 км

150

160 X, км

Последняя область более детально показана на рис. 9. Здесь величина скорости на двух участках поверхности земли превышает 72 м/с, то есть превосходит скорость исходного натекающего потока более чем в 5 раз. Данный эффект несомненно должен учитываться при планировании размещения ветроэнергетических установок.

Z, км 9,0 8,0 7,0 6,0 5,5

5,0 4,0 3,0 2,0 1,0

При проведении расчетов предполагалось, что скорость натекающего потока равна 13,9 м/с, а вертикальный градиент падения температуры в нем составлял 6 град/км. Главные вершины гор выделены буквами a–g. Анализ картины возмущений, представленной на рис. 8, показывает следующее. Скорость ветра у земли непрерывно растет по мере перемещения по потоку и повышения общей высоты гор. Ниже по потоку от вершины c скорость везде порядка 30 м/с и выше, ниже по потоку от вершины e она везде выше 40 м/с, далее скорость еще более возрастает и достигает максимальных значений в окрестности вершины g.

100

120

140

160

180

200

220

240

260 X, км

Рис. 5. Обтекание гор Джугджур при Lc = 7,8 км

В заключение рассмотрим еще один пример моделирования обтекания гор, в котором возмущения атмосферы у поверхности земли были рассчитаны весьма детально [2, 3]. Здесь исследовалось обтекание гор Южный Загрос в Иране. Полученные результаты приведены на рис. 8, 9, где вместе с траекториями движения воздуха также представлены изолинии горизонтальной компоненты скорости в области высот до 3 км. На рис. 8 показана картина

26 | ENERGY FRESH

Результат расчета, представленный на рис. 8, демонстрирует еще одно важное качество использованной теоретической модели. Она позволяет находить те конкретные районы на поверхности земли, где скорость может быть не столь высока, но зато рельеф более удобен для проведения практических работ. В частности такими, согласно рисунку, являются плато между вершинами e и f, f и g, а также за вершиной g. Проанализированные выше свойства явления обтекания гор не могут ответить на все вопросы, стоящие перед ветроэнергетиками. Вместе с тем, полученные результаты позволяют сделать следующие выводы: 1. Методы гидродинамики являются достаточно эффективными для проведения оценок усиления ветра в горах. 2. Использование ветроэнергетики в горных районах, несомненно, перспективно (см. рис. 8, 9).

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 Z, км 9,0 8,0

w, м/c

7,0

6,0

4,5

5,0

4,0 3,0

5 4

2,0

3 2

1,0

120

100

140

160

180

км

Ветроэнергетика, Lc = 7,8 км, U = 13,94 м/c

+30

3,0

+40

2,0 +20

+70

1,5

+30

1,0 b

0,5

Изолинии U: 20 (10) 70 м/с Ю. Загрос, Иран

100

120

140

160

Рис. 8. Возмущения траекторий (зеленый цвет) и горизонтальной скорости (разные цвета) над горами

км

1,8 1,7 -72,5

-70

1,5

1,4

-74

1,3

-72,5

1,2

Изолинии U: 50(2,5)72,5 74 м/c 134

136

138

140

142

144

Рис. 9. Возмущения траекторий (пунктир) и горизонтальной скорости (разные цвета) у главной вершины

www.ENERGY-FRESH.Ru

9 10

источники информации

1,9

1,6

км

Ветроэнергетика, Lc = 7,8 км, U = 13,94 м/c

3. Необходимо продолжать исследования данной проблемы по всем направлениям. Главными из них на сегодняшний день представляются два: первое – следует продолжать совершенствование теоретических моделей; второе – необходимо проводить специальные исследования по определению тех географических районов, где взаимодействие потоков атмосферы с горами достаточно часто сопровождается нужным усилением силы ветра.

2,5

X, км

A2 10 4, м2

Рис. 7. Зависимость интенсивности возмущений от эффективной высоты гор

Рис. 6. Обтекание гор Каратау при Lc = 7,8 км

1,1

км

Кожевников В. Н. Возмущения атмосферы при обтекании гор. – М.: Научный Мир, 1999. – 160 с.: ил. Кожевников В. Н., Мемариан М. Х. Орографические возмущения и проблема безопасности полетов над горами Ирана. Проблемы анализа риска. – Том 3. – № 4. – 2006. – С. 546–361. Кожевников В. Н., Моисеенко К. Б., Волков Б. И., Мемариан М. Х. Орографические возмущения и некоторые экологические аспекты. Физические проблемы экологии (Экологическая физика): Сб. научных трудов/Под ред. В. И.Трухина, Ю. А. Пирогова, К. В. Показеева. – № 15. – М.: МАКС Пресс, 2008. – С. 165–174.

Ветроэнергетика | 27

Ветроэнергетика

проект внедрения инновационных разработок ветроэнергетики в государственную политику энергосбережения на примере гостиничного комплекса М. В. Герьятович, начальник отдела альтернативной энергетики, научный сотрудник кафедры НВИЭ МЭИ(ТУ)

В условиях кризиса Правительство РФ выбирает наиболее оптимальный путь развития нашего государства – на основе инновационных и энергосберегающих технологий. В рамках инвестиционных программ в Московском энергетическом институте разработана принципиально новая модель ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения, на базе которой выполнен проект гостиничного комплекса с оснащенными ею ветроактивными зданиями, в которых объединены и просчитаны оптимальные архитектурные, строительные и инженерные решения.

дания способны получать всю требующуюся для их эксплуатации энергию за счет расположенной над ними ветроэнергетической установки. В ближайшем будущем ожидается большой спрос на ветроактивные постройки, так как приоритетным направлением становится массовое достижение максимально возможной энергоэффективности и экологической чистоты. Кроме того, одними из основных причин для внедрения таких зданий являются высокая стоимость электроэнергии, получаемой традиционным способом, а также нехватка земельных площадей. Что касается недостатков ветроактивных построек – динамических нагрузок, шума и электромагнитных полей, вызываемых ветроэнергетическими установками, – в данном проекте они были нейтрализованы. Уже сейчас в России имеется определенный экспериментальный задел в ветроэнергетике, а в Великобритании и Голландии активно нарабатывается опыт внедрения ветроактивных зданий.

28 | ENERGY FRESH

Ветроэнергетическая устаноВка и способ аккумулироВания энергии Выбор типа и мощности ветроэнергетической установки ветроактивного здания, а также определение расстояния от уровня земли до ее низа осуществлялся на основании расчетов по данным картографических и натурных обследований места строительства указанного гостиничного комплекса. Величина отапливаемого объема ветроактивного здания регламентируется мощностью и размерами вертикально-осевой ветроэнергетической установки. Ее габариты в плане не превышают соответствующих размеров отапливаемой части здания. При этом мы стремились к увеличению размеров ветроэнергетической установки – для получения большего количества энергии – и к уменьшению размеров здания – для снижения расхода энергии на его эксплуатацию. Оптимальное сочетание этих параметров заложено в основу нашего проекта.

Ветроэнергетические установки с вертикальной осью вращения, дополненные концентратором, имеют достаточную прочность и широкий диапазон рабочих скоростей ветра (2,5–30 м/с), а также доступны для технического обслуживания без увеличения себестоимости по сравнению с другими аналогичными по мощности устройствами. Накопление выработанной электроэнергии происходит в аккумуляторе тепла. Потери энергии в результате такого хранения составляют примерно 1 °С в сутки. Избыточная электроэнергия хранится в долговременном аккумуляторе в виде сжатого воздуха или водорода. В этом случае ее потери могут составлять примерно 0,02–1% в сутки, в зависимости от давления. ВетроактиВные здания гостиничного комплекса Согласно проекту, гостиничный комплекс «Дюжина у Жемчужины» будет размещен на возвышенности, не закрываемой растительностью. Здания имеют равноценные по значимости

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 зданиях во время отопительного сезона должна работать принудительная приточно-вытяжная теплообменная вентиляция. Кровли ветроактивных зданий скатные, так как они являются неотъемлемыми элементами концентратора ветрового потока ветроэнергетической установки. Важный конструктивно-планировочный элемент определенных типов ветроактивных зданий – лестничный узел и лестнично-лифтовой узел, являющиеся не только ядрами архитектурной композиции, но и конструктивными доминантами, включающими опоры ветроэнергетической установки.

Рис. 1. Схема расположения домов. Центр можно использовать для какого-либо общественного здания или спортивной площадки

и сбалансированные архитектурные, строительные и инженерные решения. Причем их объемно-планировочные построения осуществлены с обязательным учетом определенных экономических, экологических и энергетических ограничений. Для оптимального функционирования всех инженерных систем ветроактивных зданий они будут автоматизированы. Геометрия данных объектов эффективна с энергетической точки зрения, что определяется отношением площади их наружной оболочки к отапливаемому объему жилой площади, которое приближено к минимально возможному. Были предусмотрены остекленные неотапливаемые наружные балконы, являющиеся тепловыми буферными зонами. Количество надземных этажей в ветроактивных зданиях – 12. При этом было учтено минимально допустимое по ветроэнергетическим соображениям расстояние от уровня земли до низа ветроэнергетической установки – 40 м. Высота этажа жилых и общественных зданий рассматриваемого типа должна составлять 3,33 м с учетом перекрытий. Конструктивными системами ветроактивных зданий обеспечивается максимально возможная степень

www.ENERGY-FRESH.Ru

свободы планировочных решений, которые могут трансформироваться по мере необходимости в процессе эксплуатации здания. С этой точки зрения предпочтительными являются каркасные и каркасно-стеновые (с наружными несущими стенами) конструктивные системы с плоскими перекрытиями. Наиболее эффективные каркасы для исследуемых зданий – рамные в монолитном и сборно-монолитном исполнении. Самостоятельные опоры ветроэнергетических установок, снабженные амортизаторами, отделены от несущих конструкций помещений, предназначенных для постоянного пребывания людей. Наружные ограждающие конструкции ветроактивных зданий будут спроектированы исходя из заданного удельного расхода энергии на отопление, горячее водоснабжение, электроснабжение, вентиляцию, кондиционирование воздуха и иные цели.

В проекте запланировано строительство 12 гостиниц на берегу озера Байкал, некоторые из которых будут принадлежать мировым державам. Данный политический ход окажет влияние на развитие сотрудничества наших государств, а также туризма в Байкальском регионе. Место строительства – город Байкальск. Площадь отапливаемых помещений одной двенадцатиэтажной гостиницы – 15 072 м2, отапливаемый объем – 50 240 м3, номинальная мощность ветроэнергетической установки – 500 кВт. Суммарная мощность всех ветроустановок – 6 МВт, общая полезная площадь комплекса – 180 864 м2. Таким образом, предлагаемые инновационные технологии определяют энергоэффективный, экологически чистый путь развития. Строительство гостиничного комплекса на основе исследуемых ветроустановок и ветроактивных зданий может послужить хорошим фундаментом для развития альтернативных источников энергии в России и за рубежом. Также данный проект станет хорошим началом для формирования большого и организованного туризма в Сибири.

Сопротивление теплопередаче наружных ограждений ветроактивных зданий следует принимать не менее следующих величин: 5 м2 x 1 °С/Вт – для наружных стен, 6,5 м2 x 1 °С/Вт – для крыш и чердачных перекрытий, 2,8 м2 x 1 °С/Вт – для окон. В этих

Ветроэнергетика | 29

энергосбережение

солнечное теплоснабжение – миф или реальность? С. В. Бабаханов, генеральный директор ООО «Умный дом»

Невообразимым вихрем к нам ворвались новые и совершенно простые технологии получения ГВС и отопления с использованием солнца и рассеянного света. Большое внимание в средствах массовой информации уделяется программам по энергосбережению, проводятся круглые столы и конференции. И несмотря на большой теоретический и информационный поток, сегодня в России успешно работают «пионеры» солнечной теплоэнергетики, реализующие эффективные проекты по теплоснабжению.

ечь идет о группе компаний «Умный Дом» – производителе и интеграторе солнечных водонагревательных систем. В последние годы компания «Умный Дом» реализовала ряд проектов по горячему водоснабжению производственных и социальных объектов в Приморском крае, Краснодарском крае, Нижнем Новгороде, Московской и Калужской областях. Заказчики быстро оценили преимущества подобного способа получения тепловой энергии, так как он позволяет значительно экономить средства. Конечно, по общим затратам гелиосистемы относятся к инвестиционным проектам, поскольку на порядок дороже традиционных источников получения горячей воды. Солнечный коллектор

Теплообменник

Однако экономическая выгода от установки вакуумных солнечных коллекторов (ВСК) очевидна. Владельцы гелиосистем не платят за энергоресурсы – пока солнце светит бесплатно, – а за газ и электроэнергию цены на тарифы очень ощутимые. Кроме того, у газовых котлов и электробойлеров необходимо регулярно менять горелки и электрические тэны, то есть платить за детали и работу по их замене. Гелиосистема же не требует эксплуатационных затрат, поскольку все ее узлы просты в исполнении и, соответственно, надежны. Срок эксплуатации системы – более 25 лет, а срок окупаемости при нынешних тарифах – не более 5 лет. Экономическую выгоду подсчитать нетрудно.

Бак-аккумулятор

Горячая вода к потребителю

Догревательдублер Холодная вода

Рис. 1. Схема круглогодичной солнечной водонагревательной установки

30 | ENERGY FRESH

Тенденция последних трех лет – повышение мощности установок при снижении их цены. Сегодня стоимость вакуумных солнечных систем вполне сопоставима со стоимостью традиционных систем отопления. Внедрение передовых вакуумных технологий будет способствовать реализации политики ресурсосбережения. В среднем по году (в зависимости от климатических условий и широты местности) поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе практически в любом (независимо от широты) месте около 1000 Вт/м2. В условиях средней полосы России солнечное излучение «приносит» на поверхность земли энергию, эквивалентную примерно 100–150 кг у.т./м2 в год. Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно «собрать» этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию) при наименьших затратах на установку. Простейшим и наиболее дешевым способом использования солнечной

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 благоприятно в том плане, что летом ТЭЦ работают с низким коэффициентом использования производственных мощностей. Можно будет еще более эффективно использовать солнечную энергию, если приспособить стиральные и посудомоечные машины использовать воду, нагретую солнцем. Преимущества эксплуатации солнечных установок: ■

■

Факторы, которые мешают широкому распространению солнечных коллекторов в России:

Рис. 2. Солнечный водонагревательный комплекс

энергии является нагрев бытовой воды в так называемых плоских солнечных коллекторах. Круглогодичная солнечная водонагревательная установка СВУ (рис. 1) состоит из солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора. Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (антифриз). Он нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, вмонтированный в бак-аккумулятор. В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента ее использования, поэтому он должен иметь хорошую теплоизоляцию. В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя. В бак-аккумулятор может устанавливаться электрический или какой-либо другой автоматический нагреватель-дублер. В случае понижения температуры в баке-аккумуляторе ниже установленной (продолжительная пасмурная погода или малое количество часов солнечного сияния зимой) нагреватель-дублер автоматически включается и догревает воду до заданной температуры. Математическое моделирование простейшей солнечной водонагревательной установки, проведенное в Институте высоких температур Российской

www.ENERGY-FRESH.Ru

существенное уменьшение затрат на отопление и горячую воду; уменьшение эксплуатационных затрат; увеличение срока службы вспомогательной отопительной системы;

академии наук с использованием современных программных средств и данных типичного метеогода, показало, что использование солнечных водонагревателей в реальных климатических условиях России является целесообразным. Для установки с отношением площади солнечного коллектора к объему бака-аккумулятора 2 м2/100 л вероятность ежедневного нагрева воды до температуры не менее 37 °С составляет 50–90%, до температуры не менее 45°С – 30–70%, до температуры не менее 55 °С – 20–60%. Максимальные значения вероятности относятся к летним месяцам. Используя систему солнечного отопления (рис. 2), можно получить до 50–60% горячей воды, необходимой в течение года для отопления и бытовых нужд. В летнее время солнце полностью обеспечит дом горячей водой. Это обстоятельство особенно

■

психологический фактор – подсознательно солнечная энергия не считается постоянно доступной из-за погодных условий, хотя технически эта проблема решается очень просто – установкой теплоаккумулятора (теплоизолированная емкость с водой); инерционность мышления – по привычке ставятся отопительные системы старого образца; первоначальные затраты выше, чем у классических отопительных систем; менталитет – незачем экономить, если еще можно воровать электричество.

В ближайшие 3–5 лет произойдет стремительное наполнение этого рынка. Дальнейший рост цен на энергоносители и борьба с расхитителями в России заставят использовать новые эффективные системы отопления. Системы отопления и горячего водоснабжения на солнечной энергии – экономичные, комфортные и экологически чистые. Основное преимущество их использования – это существенная экономия Ваших средств. Использование солнечных систем отопления и ГВС обеспечит Вам полную независимость от теплосетей, электросетей, инфляции и нестабильности в бизнесе.

энергосбережение | 31

энергосбережение

тепловые насосы Buderus Logatherm WpS Компания «Будерус Отопительная Техника» расширяет ассортимент энергоэффективного оборудования и начинает поставку на российский рынок рассольно-водяных тепловых насосов Buderus Logatherm WPS.

инейка тепловых насосов серии Logatherm WPS, использующих геотермальную энергию для отопления и нагрева воды, представлена пятью типоразмерами номинальной тепловой мощности: 22, 33, 43, 52 и 60 кВт. В качестве хладагента используется фреон 407.

32 | ENERGY FRESH

Два компрессора обеспечивают возможность раздельной работы отопления и ГВС с температурой подачи горячей воды до 65 °С. Комбинация с внешним водонагревателем и солнечным коллектором позволяет получить комплексную тепловую систему, которая практически полностью работает

на возобновляемых источниках энергии, затрачивая при этом минимум электроэнергии. Высокий коэффициент преобразования (СОР) до 5 единиц позволяет получить до 80% тепловой энергии совершенно бесплатно – затратив всего 1 кВт электрической энергии, получаем 5 кВт тепловой!

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 Тепловые насосы Buderus Logatherm WPS имеют наглядный текстовый дисплей и интуитивно понятное меню на русском языке, низкий уровень шума, который достигается за счет теплои шумопоглощающей изоляции компрессоров, эластичных опор, а также шумопоглощающей теплоизоляции внутренних элементов теплового насоса. Электронный ограничитель пускового тока снижает пиковые нагрузки на электросеть при старте, то есть осуществляется так называемый

«мягкий старт». Легкий доступ к важнейшим компонентам системы через фронтальную панель обеспечивает удобное сервисное и техническое обслуживание. Получить необходимое тепло можно, смонтировав горизонтальный коллектор, расположенный в грунте ниже уровня промерзания земли, или же с помощью вертикального зонда, расположенного в скважинах глубиной до 100 м. Тепловые насосы Buderus Logatherm WPS являются ярким

Тепловой насос Logatherm

примером инновационного оборудования, обеспечивающего экономное и эффективное теплоснабжение одно-, двух- и многоквартирных домов. Кроме того, они не наносят вред окружающей среде, так как не сжигают топливо и не производят вредных выбросов СО2 в атмосферу. Технические характеристики тепловых насосов Buderus Logatherm WPS представлены в приведенной ниже таблице.

Единицы

WPS 22

WPS 33

WPS 43

WPS 52

WPS 60

Теплопроизводительность B0/W35*

кВт

21,0

33,8

42,5

52,5

61,5

Теплопроизводительность B0/W45

кВт

19,9

31,6

40,5

48,5

58,6

Теплопроизводительность

кВт

21,6

34,2

43,3

53,0

62,3

СОР B0/W35*

–

4,4

4,2

4,1

4,0

СОР B0/W45

–

3,5

3,2

3,3

СОР

–

4,8

4,4

4,3

Режим рассол/вода *

Рассол Мин./макс. давление

бар

0,5/4

Рабочая температура на входе

°С

–5 … +20

Макс. хладопроизводительность B0/W35

кВт

Макс. хладопроизводительность B10/W35

кВт

Подключение к электросети Подключение к электросети

–

Номинальная потребляемая мощность Компрессор B0/W35

кВт

4,7

7,7

10,3

12,3

14,6

Макс. потребляемая мощность Компрессор

кВт

8,9

14,1

16,6

19,9

23,2

116

Уровень звукового давления***

дБ (А)

Допустимые температуры окружающей среды

°С

Размеры (Ш x Г x В)

мм

Вес (без упаковки)

кг

Макс. ток с ограничителем пускового тока

400 В 3 N ~ 50 Гц

Прочее

0 … 45 700 x 750 x 1 620 330

351

950 x 750 x 1 620 495

527

557

Примечание к табл.: * С внутренним насосом согласно DIN EN 14511; ** Согласно EN 255 с внутренними потерями давления; *** Расстояние 1 м согласно DIN EN ISO 11203.

ООО «Будерус Отопительная Техника» 115201, Москва, ул. Котляковская, д. 3 Тел.: +7 (495) 510-33-10, www.buderus.ru

www.ENERGY-FRESH.Ru

энергосбережение | 33

энергосбережение

современные энергоэффективные решения –

микротурбинные электростанции Capstone О. Парфенова, директор по маркетингу «БПЦ Энергетические Системы»

Долгое время в России централизованная энергетика не имела достаточного финансирования, и, как следствие, применяемое оборудование и технологии морально и физически устарели. Механизм реформирования энергетической отрасли был запущен совсем недавно. Для устранения существующих проблем потребуются огромные инвестиции и не менее 5 лет для получения первых ощутимых результатов.

энергоснабжение на основании концепции распределенной энергетики, которая уже давно и эффективно используется во многих странах мира. В соответствии с этой концепцией производители электроэнергии и тепла максимально приближены к потребителю и сбалансированы с ним по нагрузке. Новейшие технические разработки и более чем 100 патентов позволяют выделить микротурбины Capstone в отдельный класс энергетических установок.

Энергоцентр горнолыжного курорта «Игора» на базе 38 микротурбин Capstone C65 (Ленинградская область)

сложившейся ситуации первостепенную роль играет выработка нового подхода к энергообеспечению потребителей, способного поддержать отрасль в период реформ и впоследствии стать качественным дополнением энергетической инфраструктуры страны. Малая энергетика и автономная генерация вполне могли бы стать такой опорой. Трансфер ведущих мировых достижений в области теплоэнергоснабжения и приход на

34 | ENERGY FRESH

российский рынок нового поколения генерирующего оборудования, такого как микротурбины Capstone, дали мощный импульс к развитию малой энергетики в России, ранее сдерживаемому слабой отечественной материально-технической базой. Современные источники выработки энергии – микротурбины Capstone – компактные, надежные и экономичные, позволяют осуществлять

Как и любая знаковая инновация, микротурбины, придя на мировой рынок, столкнулись с консерватизмом потребителей и скепсисом конкурентов. Но уже через несколько лет стали очевидны их преимущества, и энергоустановки Capstone получили широкое распространение во всем мире. Микротурбины Capstone сродни персональному компьютеру, их система управления максимально проста для пользователя и подчинена главному принципу – «включи и работай». Пройдет еще несколько лет, и микротурбины, как в свое время компьютерные технологии, станут незаменимым атрибутом глобальной экономической инфраструктуры, снабжая качественной энергией всевозможные объекты: муниципальные образования,

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010

■

Микротурбинный двигатель Capstone C65

торговые и развлекательные центры, школы и больницы, стадионы и аквапарки, предприятия транспорта и связи, частные жилые дома, промышленные предприятия самых различных отраслей экономики.

■

Рыночные механизмы в российской энергетике подталкивают потребителей к разумному инвестированию, повышению надежности и отдачи от каждого вложенного рубля, стремлению к экономии, прежде всего – в долгосрочной перспективе. Учитывая непревзойденные потребительские свойства и низкие эксплуатационные расходы, совокупные затраты на внедрение микротурбин сравнимы, а в ряде случаев даже ниже традиционных решений на основе газопоршневых, газотурбинных двигателей или дизельных генераторов. ключеВые сВойстВа микротурбин CapStoNE ■

■

площадке в легковозводимом погодном укрытии, в отдельном сооружении, в основном здании объекта, на крыше/кровле здания; периодическое сервисное обслуживание не чаще 1 раза в год (каждые 8000 часов); удобная система дистанционного мониторинга и контроля параметров работы микротурбины через GSM-модем; эластичность к нагрузкам, способность работать в диапазоне нагрузки от 0 до 100% без остановок и снижения ресурса; потребление широкого спектра топлива, в том числе с нестабильными характеристиками состава и содержанием сероводорода до 7%. Виды потребляемого топлива: природный газ высокого или низкого давления, биогаз (мусорный газ, газ получающийся при очистке сточных вод, анаэробный газ), попутный нефтяной газ, факельный газ, жидкие виды топлива (керосин, дизельное топливо, биодизельное топливо), сжиженный газ (метан, пропан-бутановые смеси), низкокалорийные газы, шахтный метан, метан угольных пластов, коксовые газы, сингаз (синтез-газ); непрерывность работы в автономном режиме или параллельно

■

с централизованной сетью; ресурс до капитального ремонта – до 60 000 часов; высокий КПД в режиме когенерации и тригенерации – до 92%; компактные размеры, надежная опорная поверхность; интегрированная система синхронизации и защиты энергомодуля; одни из лучших в мире экологических показателей, уровень выбросов парниковых газов не превышает 9 ppm.

модельный ряд В настоящее время микротурбины Capstone представлены следующим модельным рядом – рис. 1–4. микротурбинные системы серии с1000 – ноВейшая разработка CapStoNE tuRBiNE CoRpoRatioN Микротурбинные системы серии С1000 были специально спроектированы для размещения оборудования в едином компактном пространстве. Их основой стал микротурбинный двигатель С200. Основное преимущество заключается в уникальном решении всех коммуникаций энергоблока, за счет которого осуществляется внутреннее резервирование, позволяющее выводить/вводить отдельные

простая конструкция, обеспечивающая быстроту и легкость монтажа, подключения к топливным и электрическим коммуникациям, возможность сервисного обслуживания и капитального ремонта на месте эксплуатации в течение 1 дня; всего одна движущаяся часть – вал ротора и отсутствие трущихся деталей, обеспечивающие высокую надежность; уникальные воздушные подшипники, исключающие необходимость использования моторного масла, охлаждающей жидкости и лубрикантов; низкий уровень шума (до 60 dBA) и вибраций, дающие широкие возможности для выбора места размещения: на открытой

www.ENERGY-FRESH.Ru

энергосбережение | 35

энергосбережение двигатели в эксплуатацию, не прерывая работу всей энергосистемы. Это обеспечивает удобство и независимость обслуживания каждого модуля С200, входящего в состав системы.

Рис. 1. Capstone С30, электрическая мощность 30 кВт

Рис. 2. Capstone С65, электрическая мощность 65 кВт

В результате достигается высокая степень надежности всего энергоблока, что позволяет избежать перебоев или полного прекращения подачи электроэнергии при остановке одного или нескольких двигателей. В зависимости от потребностей заказчика они могут комплектоваться энергоблоками С200 в количестве от 1 до 5. Выходную электрическую мощность любой из установок семейства С1000 можно оперативно увеличить до максимального значения в 1 МВт при сохранении исходных габаритных размеров. Блочно-модульная конструкция позволяет устанавливать энергосистемы С1000 друг на друга, что дает возможность оптимально разместить их на ограниченной площади. бпц энергетические системы Интегрированная инжиниринговая компания «БПЦ Энергетические Системы», являясь эксклюзивным представителем оборудования Capstone на территории России, стран СНГ и Прибалтики с 2002 г., накопила значительный опыт в области построения и эксплуатации распределенных энергетических систем.

Рис. 3. Capstone С200, электрическая мощность 200 кВт

Рис. 4. Микротурбинные системы серии С1000. Модификации: С600 – электрическая мощность 600 кВт С800 – электрическая мощность 800 кВт С1000 – электрическая мощность 1000 кВт

36 | ENERGY FRESH

В качестве EPC-компании «БПЦ Энергетические Системы» проектирует, строит «под ключ» и эксплуатирует энергоцентры в диапазоне мощностей от 30–100 кВт до 10–20 и 50–100 МВт. В качестве IPPкомпании, совместно с региональными партнерами и финансовыми инвесторами, строит территориально распределенную сеть независимых энергоцентров, объединенных в ТРГК – Территориальную Распределенную Генерирующую Компанию.

энергоснабжения общей электрической мощностью более 200 МВт. В числе заказчиков компании как крупнейшие российские корпорации – «ГАЗПРОМ», «РОСНЕФТЬ», «ЛУКОЙЛ», «ТНК-ВР», «НОВАТЭК», «Итера», «Ростелеком», – так и десятки средних и мелких потребителей различного профиля и отраслей экономики. Применение инновационных технологий, строгое соблюдение всех параметров проектов и кратчайшие сроки их реализации позволили «БПЦ Энергетические Системы» занять лидирующие позиции на рынке систем автономного энергоснабжения. Накопленный запас финансовой прочности дает возможность в существующих экономических условиях предоставлять заказчикам льготный режим финансирования проектов посредством собственной лизинговой компании. В рамках клиентоориентированной стратегии развития компания «БПЦ Энергетические Системы» построила в городе Тутаеве Ярославской области завод по производству микротурбин и комплектных энергоцентов по технологиям и на основании лицензионных соглашений с компанией Capstone. Благодаря надежности и экономичности МТУ Capstone, развитой системе сервисного обслуживания в России, количество проектов энергообеспечения на базе микротурбин ежегодно растет. Все большее число потребителей, сравнив совокупность характеристик различных технологических решений, останавливают свой выбор именно на микротурбинах Capstone (табл. 1). Присоединяйтесь! Мы надеемся, что наш опыт и передовые технологии Capstone помогут в решении и Ваших энергетических задач!

На сегодняшний день, благодаря успехам «БПЦ Энергетические Системы», в России эксплуатируется более 400 микротурбинных установок Capstone. Компания реализовала более 250 проектов автономного

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 Табл. 1. Сравнение микротурбинных установок (МТУ) Capstone c газотурбинными установками (ГТУ) и газопоршневыми установками (ГПУ)

МТУ Capstone

ГТУ

ГПУ

Электрический КПД

–

КПД в режиме когенерации

–

Надежность энергоснабжения и резервирование

–

Эластичность к нагрузкам, способность работать в диапазоне нагрузок от 0 до 100%

–

Ресурс до капитального ремонта

–

Длительность межсервисных интервалов

–

Себестоимость 1 кВт·ч энергии

–

Расход топлива

–

Расходы на эксплуатацию и обслуживание

–

Широкий опыт эксплуатации в России

Экологические показатели

–

энергосбережение

новые источники энергии и инновационные модели локального энергообеспечения Г . Беник, президент ENERGIETEAM AG

шансы для российской экономики

Современные тенденции индустриального развития России и вступление в ВТО ставят перед российской энергетикой двойственную задачу: с одной стороны, необходимо обеспечить неуклонный рост экономического развития страны, а с другой – поддержать конкурентоспособность российских товаров на мировом рынке. Поэтому вопросы энергоэффективности и экономии энергетических ресурсов в процессе интеграции РФ в современную мировую систему экономики на паритетных условиях с остальными участниками приобретают первостепенное значение.

емаловажное влияние на развитие российской экономики оказывают последствия глобального финансового кризиса. Постоянный рост цен на энергоносители и недостаточная платежеспособность рядового населения вынуждают государство

38 | ENERGY FRESH

субсидировать плату за электричество и тепло. Решение этих проблем нашло свое отражение в последнем законе РФ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской

Федерации» № 261-Ф3 от 23.11.2009, где определено значение энергоаудитных обследований предприятий и муниципальных образований, а также энергетического паспорта объекта. Согласно указу президента РФ № 889 от 04.06.2008, среди целей, поставленных

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 на ближайшее время, можно выделить: принятие мер по техническому регулированию, направленных на повышение энергетической и экологической эффективности таких отраслей экономики, как электроэнергетика, строительство, жилищно-коммунальное хозяйство и транспорт, а также снижение энергоемкости ВВП к 2020 году не менее чем на 40% по сравнению с 2007 годом. Достижение этих целей в первую очередь возможно путем системного применения энергоэффективных технологий, в особенности – в энергетике. При постоянно растущих объемах муниципального строительства в России использование новых источников энергии и современных строительных материалов внесет достойный вклад в уменьшение расхода энергоресурсов в масштабах всей страны. Интеграция ВИЭ в существующие архитектурные решения и дизайн новых объектов позволит придать зданию статус локальной электростанции, которая в состоянии обеспечить электроэнергией не только само здание, но и поставлять избытки выработанной

энергии в централизованную энергосистему. Подобные решения уже нашли практическое применение в Германии: группа компаний ENERGIETEAM реализовала проект комплексного использования новых источников энергии в сфере строительства – был построен первый в Германии Технологический Центр возобновляемой энергетики в городе Лихтенау (ТЦЛ), где были применены самые последние достижения энергоэффективного строительства. Кроме того, в Германии реализованы концепции поселений с автономным энергообеспечением, водоснабжением и теплоснабжением на базе новых источников энергии и подземных накопителей тепла. Подобные решения можно применить во многих регионах РФ, где повсеместное энергоснабжение невозможно в силу высоких затрат на создание инфраструктуры сетей, трудностей подключения к центральной энергосистеме и т.д. Многие населенные пункты и регионы до сих пор не имеют централизованного

энергоснабжения, что негативно сказывается на их экономическом развитии. В сельской местности, где все еще проживает большая часть населения, предпочтительно использование локальных систем энергообеспечения на базе новых источников энергии, в особенности ВИЭ, что позволит максимально использовать региональный потенциал для обеспечения гарантированного энергообеспечения. Одним из примеров организации локальной системы энергообеспечения является применение газовых блочных комбинированных электростанций, позволяющих максимально использовать природный ресурс энергоносителя, а также избегать неоправданных выбросов эмиссий СО2 и избытков неиспользуемого тепла, не нанося вреда окружающей среде. Дополнительного эффекта можно достичь путем комбинирования блочных электростанций с возобновляемыми источниками энергии (ветер, солнце, гидроэнергия и геотермия), что способствует экономии природного газа и других энергоносителей.

В крышу здания интегрирована фотоэлектрическая установка номинальной мощностью 135 кВт. Система ТЦЛ выполнена на базе теплового насоса номинальной мощностью 80 кВт. Общая площадь офисных помещений ТЦЛ составляет 3000 м2.

www.ENERGY-FRESH.Ru

энергосбережение | 39

энергосбережение Учитывая особенности территории России – ее протяженность и наличие нескольких климатических поясов, – первостепенное значение имеет стабилизация параметров централизованных энергосистем. Использование ВИЭ позволяет создавать условия для более рационального использования имеющейся инфраструктуры энергосетей, улучшая качественные показатели

их параметров (уменьшение потерь, стабилизация частоты и напряжения в сетях) за счет совмещения в одном региональном пункте производства и потребления электроэнергии, разгружая при этом подводящие сети. Внедрение всех вышеперечисленных технологий немыслимо без квалифицированного персонала, обладающего современными знаниями. Таким

образом могут быть созданы новые рабочие места, новые производства и отрасли индустрии. Бережное использование энергоресурсов оказывает положительное влияние на окружающую среду. Сокращение выбросов СО2 в муниципальном секторе позволяет внести достойный вклад в достижение целей, поставленных Киотским протоколом.

ENERGIETEAM – группа международных инженерно-консалтинговых компаний, специализирующихся в области возобновляемой энергетики: строительство солнечных и ветровых парков, малых гидроэлектростанций, блочных ТЭЦ. Одним из направлений деятельности ENERGIETEAM является энергоэффективное строительство с использованием возобновляемых источников энергии, энергоаудит и энергетическая реновация зданий. С момента основания ENERGIETEAM построено объектов возобновляемой энергетики установленной мощностью 1520 МВт. Общий объем инвестирования составил 1,61 млрд евро. Группа компаний ENERGIETEAM предлагает заказчику комплексные инженерно-технические решения в качестве генерального подрядчика от проект-идеи до ее практической реализации, включая эксплуатацию и сервисное обслуживание. ENERGIETEAM гарантирует успешную реализацию Вашего энергетического проекта.

энергосбережение

энергосбережение: от проекта до воплощения М. Рукосуев, директор по развитию ОАО «ЭСКМО» А. Спирин, начальник отдела маркетинга и развития ОАО «ЭСКМО»

ОАО «Энергосбытовая компания Московской области» (ОАО «ЭСКМО») уже не первый год работает на рынке электроэнергии. Одной из наших основных стратегических целей является максимальное удовлетворение потребностей (интересов) клиентов, что предполагает постоянное динамичное развитие компании, в том числе освоение новых сегментов рынка и направлений деятельности.

ак, в 2008 году ОАО «ЭСКМО» вышло за пределы Московской области, заключив договоры с предприятиями ОАО «Трансмашхолдинг», расположенными в Тверской области. В настоящий момент ведутся переговоры с рядом крупных промышленных предприятий России. С 2010 года мы начали развитие актуального сейчас направления – энергосбережение и повышение энергоэффективности промышленных предприятий. Надо сказать, что, несмотря на продвижение данной темы, в том числе на самом высшем уровне – в Послании Президента Федеральному собранию, – активного развития рынка энергосбережения в настоящий момент не происходит. Причин тому несколько. Во-первых, в России на сегодняшний день нет компаний, обладающих богатым опытом реализации проектов энергосбережения «под ключ», а внедрение отдельных технологий не так эффективно и зачастую экономически нецелесообразно. Результатом деятельности компаний, проводящих энергетические обследования (энергоаудиты) предприятий, как правило, является набор рекомендаций по повышению

42 | ENERGY FRESH

эффективности использования энергетических ресурсов. Участие в реализации предложенных проектов по энергосбережению такие компании не принимают, а следовательно, предприятия не получают никаких гарантий их эффективности.

правило, сильно недооценен со стороны значительного числа руководителей промышленных предприятий (рис. 1). Совокупность названных факторов сводит перспективу быстрого старта национального проекта снижения энергоемкости ВВП на нет.

Во-вторых, проведение мероприятий по повышению энергоэффективности требует достаточно серьезных затрат, при этом в существующих «кризисных» условиях предприятия зачастую не имеют возможности финансирования программ энергосбережения за счет собственных средств. Привлечение заемных средств также затруднительно, да и их стоимость сейчас достаточно высока.

ОАО «ЭСКМО» оперативно отреагировало на возникшую на рынке нишу и, заключив ряд стратегических союзов с ведущими экспертными, подрядными и информационно-технологическими компаниями, одним из первых разработало новый продукт, предусматривающий комплексное управление энергетическими издержками на промышленном предприятии:

В-третьих, сам по себе потенциал повышения энергоэффективности, как

■

управление стоимостью энергетических ресурсов, приобретаемых

На сколько процентов возможно снизить потребление перечисленных энергоресурсов при сохранении текущего объема продукции? Оценка потенциала энергосбережения опрошенными предприятиями

Холод Сжатый воздух Тепловая энергия Вода

Дополнительный потенциал на основе зарубежной практики

Электроэнергия Газ 0

10%

20%

30%

Рис. 1. Диаграмма, составленная по итогам опроса, проведенного рабочей группой Всемирного Банка

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010

■

и реализуемых промышленным предприятием; энергосбережение, предполагающее натуральную экономию (кВт, Гкал и т.д.); альтернативное энергоснабжение, предусматривающее возможность изменения энергопоставщиков для промышленного предприятия, строительства собственных источников генерации и т.д.

Продукт ОАО «ЭСКМО», без всякого сомнения, является новым на рынке. Наше ноу-хау построено на следующих принципах: ■ ■

комплексный подход; организация финансирования проекта.

Комплексный подход. Реализуемые проекты предполагают внедрение технологий, обеспечивающих экономию натуральных показателей электроэнергии, тепла, пара, воздуха и других ресурсов. Используется возможность внедрения собственных генерирующих объектов на площадке промышленного предприятия. Внедрение современных

систем учета обеспечивает получение точных данных о потреблении, а автоматизированные системы энерготрейдинга дают возможность точного планирования потребления ресурсов. Помимо выявления потенциала экономии ресурсов наши эксперты проводят анализ технологических процессов на предмет их совершенствования. Результатом таких изысканий могут стать предложения по совершенствованию производственного цикла и реализация соответствующего проекта. Кроме того, ОАО «ЭСКМО», как энергосбытовая компания, обеспечивает оптимизацию цен на электроэнергию посредством приобретения электроэнергии для предприятий на оптовом рынке электроэнергии (мощности) или выстраивания различных ценовых стратегий на розничном рынке. Организация финансирования проекта. В случае невозможности самостоятельного финансирования программы энергосбережения предприятием ОАО «ЭСКМО» использует собственные либо самостоятельно привлеченные

заемные средства. В таком случае финансирование программы энергосбережения проводится на основании энергосервисного контракта, а погашение привлеченных средств осуществляется за счет реальной экономии, возникающей в результате внедрения энергосберегающих технологий. Философию нашего бизнеса можно выразить следующей формулой: «Доходность нашей компании возникает только в тех случаях, когда промышленное предприятие получает реальную экономию или дополнительный доход от нашей деятельности». Мы ориентируемся на долгосрочное успешное сотрудничество с каждым нашим клиентом.

энергосбережение

распределенная генерация энергии с использованием возобновляемых источников энергии М. В. Каргиев, генеральный директор ЗАО «Ваш Солнечный Дом»

Увеличивающееся потребление энергии во всем мире, а также необходимость электрификации удаленных объектов и населенных пунктов делает актуальным применение технологий распределенной генерации энергии, которые подразумевают производство энергии в максимальной близости от потребителя. остоянно увеличивающаяся нагрузка на сети централизованного электроснабжения приводит к их перегрузке, частым авариям, экономическим потерям, возникающим вследствие ухудшения качества электроэнергии, а также к перерывам в электроснабжении. Особенно остро эта проблема стоит при электрификации новых домов и поселков. Темпы развития энергосетей в большинстве регионов России отстают от темпов загородного строительства. При этом экономический кризис уменьшил остроту данной проблемы, но не решил ее. Одним из методов решения проблемы перегруженности сетей является распределенная генерация энергии. В концепцию распределенной генерации отлично вписываются возобновляемые источники энергии (ВИЭ), которые в последние десятилетия показали свою способность предоставить эффективные методы решения обозначенных выше проблем. Кроме того, генераторы на базе ВИЭ являются экологически чистыми источниками энергии, а следовательно, одновременно решается задача перехода на энергоисточники, которые не наносят вред окружающей среде.

44 | ENERGY FRESH

В данной статье показаны варианты эффективного применения ВИЭ на примере фотоэлектрических солнечных батарей. Стоит отметить, что применение других технологий возобновляемой энергетики с использованием тех же принципов также вполне возможно. Для эффективного применения солнечных батарей (СБ) необходимо оптимизировать генерацию энергии от СБ (отслеживание точки максимальной мощности СБ, оптимизация режимов заряда АБ и т.п.), а также, в большинстве случаев, преобразовать генерируемый СБ постоянный ток в используемый потребителями переменный ток. В настоящее время типичным решением задачи электроснабжения потребителей является прокладка линий электропередачи от ближайшей трансформаторной станции. Местная энергосеть обязуется снабжать потребителя энергией переменного тока с заданными, относительно стабильными параметрами. Российские реалии показывают, что очень часто за пределами городов надежность электроснабжения и качество электроэнергии оставляют желать лучшего. Более того, генерация электроэнергии производится в основном на больших электростанциях, расположенных около крупных потребителей энергии

(например, городов или предприятий), и затем передается по высоковольтным и низковольтным линиям электропередач до конечных потребителей, находящихся в удаленных и сельских районах. Концепция распределенной генерации подразумевает установку относительно маломощных генераторов электроэнергии в непосредственной близости от потребителя. При этом возможно использование существующих низковольтных линий электропередачи. Генерация энергии в непосредственной близости от потребителя позволит разгрузить существующие линии электропередач (ЛЭП), снизить в них потери. В настоящее время нормируются потери в электрических сетях низкого напряжения в пределах 10–14% [1]. Таким образом, производство электроэнергии в непосредственной близости от удаленного потребителя позволит сэкономить как минимум 10% энергетических ресурсов. Если при генерации электроэнергии дополнительно производится и потребляется тепловая энергия, это будет являться еще одним «бонусом» данной технологии. Более того, появляется возможность эффективно использовать локальные энергетические ресурсы – особенно это относится

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 к возобновляемым источникам энергии, таким как солнечная, ветровая, энергия биомассы и гидроэнергия. Распределенный характер этих источников энергии удачно совпадает с концепцией распределенной генерации. В зависимости от конкретных условий, солнечная электростанция может быть присоединена к централизованным сетям – такой вариант целесообразен при мощности электростанции на ВИЭ от нескольких десятков киловатт до нескольких мегаватт. Если же источник энергии небольшой, то его лучше установить в непосредственной близости от потребителя. В случае удаленного расположения потребителей экономически эффективным будет автономное электроснабжение каждого дома или создание локальной сети электроснабжения, которая будет получать энергию от распределенных местных источников электроэнергии. Соответственно, солнечные фотоэлектрические электростанции могут быть классифицированы следующим образом [2]: 1.

Соединенные с сетью фотоэлектрические станции: – без аккумуляторов; – с аккумуляторами. 2. Автономные системы электроснабжения с солнечными батареями: – солнечные батареи с аккумуляторами; – гибридные электростанции. Модульная идеология создания электрогенерирующих мощностей с использованием ВИЭ представлена на рис. 1 [2].

Соединенные с сетью фотоэлектрические станции (ФЭС) без аккумуляторов применяются в основном в странах, которые имеют действующие механизмы поддержки солнечной энергетики (например, Европа, Япония, США и др.). Одним из основных механизмов поддержки в этих странах являются специальные повышенные тарифы на генерируемую ФЭС и поставляемую в сеть электроэнергию. Добавление аккумуляторов увеличивает надежность системы в случае аварий в сетях централизованного электроснабжения. Также аккумуляторы являются необходимым элементом в маломощных автономных ФЭС. В настоящее время в автономных энергосистемах в основном используются свинцово-кислотные аккумуляторы. По сравнению с другими электрохимическими аккумуляторами они имеют самую низкую стоимость аккумулирования электроэнергии. Однако даже их стоимость является довольно высокой (более 100 евро/кВт), поэтому электрохимические аккумуляторы используются только в маломощных автономных системах электроснабжения. При электрификации нескольких объектов и малых поселков, как правило, совместно с ФЭС применяются другие источники энергии: ветроустановки, гидроэлектростанции, дизельные электрогенераторы и т.д. В случае гибридной электростанции требования к емкости аккумуляторной батареи могут быть существенно ниже, так как в периоды недостаточного прихода солнечной энергии появляется возможность электроснабжения

потребителей от альтернативных и резервных источников. В настоящее время в качестве резервных источников применяются в основном дизельгенераторы, в будущем возможно использование для этих целей топливных элементов. На сегодняшний день в России применение ФЭС экономически оправдано только при электрификации удаленных автономных объектов. К сожалению, до настоящего времени не введены в действие механизмы, которые стимулируют генерацию электроэнергии от ВИЭ для поставки ее сеть. Меры, предусмотренные в Дополнении к Закону об электроэнергетике № 250-Ф3 от 04.11.2007, до сих пор не действуют, потому что Министерством энергетики РФ не разработаны подзаконные акты и нормативы. Поэтому экономически выгодно применять ФЭС только там, куда ЛЭП еще не подведены. Ниже рассмотрены варианты создания автономных систем, не подсоединенных к сетям централизованного электроснабжения. конфигурироВание солнечных фотоэлектрических систем электроснабжения Фотоэлектрические системы можно условно разделить на три основных типа: ■

■

Рис. 1. Модульная идеология создания гибридной системы электроснабжения (по данным SMA Technologie AG)

www.ENERGY-FRESH.Ru

автономные ФЭС малой мощности – обычно используются для обеспечения потребителей в загородных домах; распределенная группа ФЭС, элементы которых соединяются на стороне постоянного тока; распределенная группа ФЭС, элементы которых соединяются на стороне переменного тока.

Примером системы первого типа является автономная фотоэлектрическая система для питания нагрузки в дачном доме – телевизор, лампы, насосы и т.п. (рис. 2). В такой системе могут быть потребители как постоянного тока, которые питаются напрямую от инвертора, так и переменного тока, которые питаются через инвертор. Мощность таких систем обычно не превышает 1 кВт, а напряжение составляет 12 или 24 В.

энергосбережение | 45

энергосбережение

Рис. 2. Маломощная автономная фотоэлектрическая система (иллюстрация Steca Solar AG)

В электростанциях второго типа обычно имеется дополнительный источник переменного тока, поэтому появляется необходимость в зарядном устройстве для аккумуляторных батарей, которое может заряжать их от этого источника (например, дизель-генератор). Основная нагрузка питается от 220 В переменного тока. Мощность систем – обычно от 1 до 10 кВт, а аккумуляторы имеют напряжение 48 или 24 В. В такой системе могут использоваться различные источники возобновляемой энергии (например, несколько СБ на разных крышах, СБ и ветроустановка и т.п.) – рис. 3. Однако вследствие

использования низкого напряжения постоянного тока расстояние между ними должно быть минимальным. Также предъявляются повышенные требования к сечению проводов, по которым протекают большие токи. Поэтому, если общая мощность электростанции превышает 8–10 кВт, а различные генерирующие мощности системы находятся на удалении друг от друга, более выгодно соединять элементы систем на стороне переменного тока 220 В/380 В. Такое решение обладает значительно большей гибкостью в отношении конфигурирования и наращивания мощности

системы электроснабжения. Использование модульной идеологии позволяет легко интегрировать в систему различные источники энергии на любом этапе, причем как возобновляемые, так и невозобновляемые. Вследствие того, что все источники энергии в системе генерируют электроэнергию со стандартными параметрами, они имеют возможность параллельной работы как между собой, так и, при необходимости, параллельно с сетью централизованного электроснабжения (рис. 4). Более того, различные локальные сети могут быть в дальнейшем соединены между собой (например, локальные сети двух автономных поселков). Следует отметить, что для создания такой системы требуются специальные инверторы с зарядными устройствами, которые могут синхронизироваться между собой, заряжать аккумуляторы как со стороны входа, так и со стороны выхода, а также оптимизировать параллельную работу в зависимости от величины нагрузки и наличия генерирующих мощностей. Такой тип системы обычно применяется там, где есть проблемы с подключением к централизованной сети. Как известно, около 80% территории России не охвачено сетью централизованного электроснабжения, поэтому рассматриваемый тип системы представляет огромный интерес для нашей страны. Даже если в каком-то конкретном регионе недостаточно, например, солнечной энергии, эта идеология и оборудование могут использоваться с другими источниками энергии. Обычно мощность таких систем составляет до 100 кВт, система может быть как однофазной, так и трехфазной. Унификация элементов и упрощение процесса проектирования позволяют снизить удельные показатели по стоимости системы.

Рис. 3. Система электроснабжения с соединением источников на стороне постоянного тока (по данным SMA Technologie AG)

46 | ENERGY FRESH

Еще одним важным моментом является возможность постепенного наращивания мощности и улучшения параметров системы электроснабжения. Ниже приведены возможные этапы развития системы [2]:

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 пасмурных дней подряд, а на 0,5–1 день или даже на несколько часов. заключение При электрификации удаленных домов или локальных сетей электроснабжения использование возобновляемых источников энергии экономически эффективно и без применения какихлибо специальных мер поддержки. ВИЭ хорошо вписываются в концепцию распределенной генерации. Основной тенденцией развития идеологии построения локальных сетей с распределенной генерацией является их создание из модульных компонентов. Это позволяет в дальнейшем легко наращивать мощность системы и увеличивать размер локальной сети. Модульная идеология требует применения специального оборудования, которое может синхронизироваться на стороне переменного тока. Модульное построение системы электроснабжения с использованием солнечных батарей опробовано на ряде объектов, спроектированных и установленных компанией «Ваш Солнечный Дом», и подтвердило свою эффективность и простоту масштабирования системы.

Рис. 4. Система электроснабжения с соединением источников на стороне переменного тока (по данным SMA Technologie AG)

1. 2.

Начало. Электричества нет вообще. Установка малой автономной фотоэлектрической системы. 3. Добавление модулей и увеличение мощности автономной системы. 4. Добавление резервного дизельгенератора в систему, увеличение емкости АБ. 5. Возможное добавление ветроэлектрической станции с синхронизацией по переменному току. 6. Интеграция автономной системы в местную локальную сеть поселка или создание такой сети из отдельных автономных систем электроснабжения соседних домов. 7. Соединение сетей соседних поселков в единую локальную сеть. Дальнейшее расширение локальной сети. Начиная с этапа 6 появляется необходимость в специальном центре контроля и управления локальной сетью, которое будет регулировать перераспределение

www.ENERGY-FRESH.Ru

потоков энергии между различными потребителями и генераторами электроэнергии.

источники информации 1.

С экономической точки зрения, локальные сети с использованием солнечных батарей, безусловно, более выгодны, чем сети, где в качестве источников энергии применяются только дизельные генераторы. Даже относительно большие фотоэлектрические станции могут использовать дизель-генераторы для частичного замещения аккумулирующих мощностей. Эффективность работы дизель-генераторов в этом случае повышается за счет более полной их загрузки. При недостатке энергии от солнечных батарей, дизель-генераторы могут периодически подзаряжать аккумуляторы. В этом случае емкость аккумуляторов нужно рассчитывать не на определенное количество

Воротницкий В. Э. Нормирование и снижение потерь электроэнергии в электрических сетях: результаты, проблемы, пути решения// Информационно-аналитический журнал «ЭнергоЭксперт» [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Режим доступа: http:// www.energyexpert.ru. Werner Kleinkauf, Gunther Cramer, Mohamed Ibrahim. PV System Technology. State of the Art Developments and Trends in Remote Electrification. SMA Catalogue, 2007–2008.

энергосбережение | 47

биотоплиВо

Heizomat – родина тепла А. Симонов, старший менеджер фирмы Heizomat

Существует много различных теорий относительно того, когда наши предки впервые стали использовать огонь. По одному мнению, это произошло почти 1,5 миллиона лет назад, по другому – около 250 тысяч лет, однако с уверенностью можно сказать одно: первобытный огонь был получен в результате сжигания древесины.

спользование и сохранение огня на протяжении многих тысяч лет было ритуальным, и от его наличия зависела жизнь как отдельных людей, так и порой целых племен. Как бы то ни было, единственным топливом для возникновения и поддержания пламени оставалась древесина. Цивилизация развивалась по своему плану, предначертанному природой человечества, и со временем были открыты такие источники энергии, как нефть, а затем и природный газ. Ни для кого не секрет, что получение высокого КПД от сжигания любого топлива зависит от умения руководить процессом горения. А что значит руководить процессом при сжигании газа? Установил горелку, поджег и – ву а ля. А древесина... Она может быть твердой и мягкой, плотной и рыхлой, влажной и сухой – и это далеко не все факторы, влияющие на горение. Вследствие этих особенностей древесина как топливо отошла на второй план. Конец ХХ и начало ХХI века ознаменовались заметными изменениями климата на планете, и человек вспомнил, что при сжигании одного литра жидкого топлива в атмосферу выделяется 2,6 кг СО2. Да, именно этой опасной двуокиси углерода. Для отопления одного коттеджа площадью 200–250 м2 необходим котел 25 кВт. Даже самый экономичный котел такой мощности от лучших европейских

48 | ENERGY FRESH

производителей за год сожжет 5500 л жидкого топлива и выбросит двуокиси углерода ни много ни мало, а целых 14 тонн! А поселок в сто коттеджей? А ТЭЦ мощностью 100 МВт?.. При сжигании любого ископаемого топлива высвобождается такое количество СО2 , какое это топливо накопило за весь период своего образования. Это аксиома. Ну а что же древесина? Древесина при сжигании выделяет столько вредных веществ, сколько взяла из атмосферы за период своего роста. Так что результат 0 : 0. Ничья. А еще у ископаемых источников энергии есть одна интересная особенность. Они когда-нибудь закончатся. Кто-то говорит, что через тридцать лет, кто-то – через сто. Но то, что кончатся, – это неоспоримо. Древесина же не кончится никогда. Разве только солнце подведет, но вот тогда бы и пригодились наши кладовые в глубине, а пока солнце светит и греет, неразумно сжигать стратегические запасы, имея под ногами неисчерпаемый, возобновляемый источник энергии. На сегодняшний день уже стало ясно, что при сжигании древесины в ручном режиме (поленья) резко возрастает экономическая составляющая, поэтому к сжиганию предлагается древесина,

приведенная к сыпучему состоянию (щепа, топливные гранулы, брикеты), что позволяет автоматизировать процесс. Сама по себе древесина, независимо от того, в каком состоянии она находится, имеет определенную теплотворность, которая не слишком зависит от ее породы. Главный фактор теплотворности – влажность. Вода не горит! Если при воздушной влажности древесины 25–30% теплотворность равна 3,8–4,0 кВт/кг, то при 50–55% этот показатель уже вдвое меньше. Таким образом, для получения одинакового количества тепловой энергии во втором случае придется сжечь в два раза больше топлива. В этой статье я не буду касаться характеристик топливных гранул (пеллет) или материала в другой форме, а расскажу о древесной щепе. Щепа, полученная измельчением древесины на рубильных агрегатах, обладает одной уникальной особенностью: если ее поместить под навес, исключающий попадание атмосферных осадков, и обеспечить естественную вентиляцию, то в течение 8–9 недель она самостоятельно высохнет до значения воздушной влажности.

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 3000 кВт и более 700 единиц вспомогательной техники (измельчительные агрегаты древесины, системы доставки и др.). С 2005 года восточным отделом завода ведется внедрение продукции на рынок Восточной Европы и стран СНГ.

После этого щепа сможет храниться годами на любом складе, не теряя своих лучших качеств. Мне иногда приходится сталкиваться с теоретическими статьями в Интернете о самовозгорании и загнивании щепы и о многих других неприятностях, связанных с ее использованием. В ответ могу сказать только одно. Фирма Heizomat занимается сжиганием щепы уже 28 лет. На наших складах постоянно лежит 60–70 тыс. м3 щепы стратегического запаса. Лежит годами, изредка пополняясь по мере продажи. И если у кого-то возникнет желание доказать нам, что щепу хранить без особых условий невозможно, – милости просим к нам в гости. Так что, как было сказано выше, древесина содержит в себе определенное количество энергии независимо от того, в каком она состоянии, – главное уметь эту энергию у нее взять. Управлять горением древесины – процесс достаточно сложный, хотя в измельченном виде она и приобретает некоторую однородность. Главное – поддерживать в топке достаточную температуру, необходимую для полного сжигания, но не граничащую с температурой плавления древесной золы. Двадцативосьмилетний опыт постройки котельных установок на отходах древесины фирмой Heizomat позволяет надеяться, что

www.ENERGY-FRESH.Ru

мы научились управлять процессом горения в той или иной степени. Одним из главных органов системы управления в автоматическом котельном комплексе является процессор, управляющий всеми агрегатами и механизмами на основе данных, поступающих от различных датчиков, встроенных в тело котла. Порционное поступление топлива в топку, изменение потока воздуха первичного (нижнего) или вторичного (верхнего) поддувов, поддержание определенных величин разрежения в топке, соблюдение определенного режима автоматического золоудаления – все это делает котельные установки Heizomat полностью комфортными для потребителей. Универсальная дублированная система безопасности, органы сигнализации и возможность управления котельной с помощью GPS или мобильного телефона создают беспрецедентное удобство в эксплуатации котельного комплекса.

Абсолютная надежность, неприхотливость, полная автоматизация и простота в обслуживании – вот главные критерии, которыми руководствуется фирма Heizomat при постройке своей техники. Один из важных факторов, характеризующих любой продукт, – соотношение «цена–качество». И тут мы можем поспорить с любым мировым производителем подобного оборудования. В нашем прайс-листе всегда указывается цена «под ключ», то есть стоимость полного комплекса – до последнего винтика, тогда как многие фирмы-изготовители привлекают клиентов псевдо-низкими ценами, на которые при поставке накручиваются немыслимые цифры. Ну а качество... Если у кого-то возникнут сомнения в немецком качестве, пусть бросит в меня камень. Давайте рассмотрим обычную котельную установку любого производителя, работающую на отходах древесины. Для автоматического режима применяется стандартная схема: ■ ■ ■ ■ ■

бункер для топлива (оперативный или основной); система доставки топлива из бункера в топку; котел для сжигания; система золоудаления; органы управления и сигнализации.

Вот те самые киты, на которых основано современное сжигание древесных отходов.

приглашаю Вас к знакомстВу Фирма Heizomat была основана в 1982 году инженером Робертом Блоос (Robert Bloos) и за 28 лет выросла в большое индустриальное предприятие. На сегодняшний день мы ежегодно изготавливаем и поставляем в 30 стран мира около 1100–1200 котельных установок мощностью от 15 до

биотоплиВо | 49

биотоплиВо

котельная устаноВка фирмы HEizomat Бункер. Применение маленького оперативного бункера нецелесообразно из соображений экономики. Имея бункер малого объема, Вы будете вынуждены пополнять его каждые ... или строить автоматическую систему пополнения, что обязательно удорожит Вашу установку. Мы предоставляем определить размер бункера самому клиенту. Доставка бункер-котел. Многоколенчатая подпружиненная фрезаворошитель с приводом от редуктора, создающего усилие до 5000 Н·м, открытый и закрытый каналы со встроенными шнеками из нержавеющей стали, шлюзовый дозатор, дублированная противопожарная система, при необходимости подключение цепно-скребковых транспортеров,

50 | ENERGY FRESH

возможность изменения направления и угла наклона доставки – все это обеспечивает бесперебойную и надежную доставку материала из любого желаемого вами помещения. Котел для сжигания. Трех- или пятиходовой жаротрубный котел, изготовленный из жаропрочной котловой толстостенной стали с теплообменниками горизонтального типа и системой их самоочистки посредством встроенных приводных шнековых вирбуляторов. Самоочищение теплообменников, цепно-скребковое удаление золы, наличие серии температурных датчиков и газоанализатора «ламбда-зонд» обеспечивает многолетнюю бесперебойную работу котла без какого-либо вмешательства человека. Обмуровка топки состоит из отдельных блоков шамотного огнеупорного бетона с калиброванными дюзами для верхнего и нижнего поддувов. Соединение

пример Котел мощностью 100 кВт потребляет в среднем в год около 220–230 м3 щепы. Значит, построив бункер 5 x 5 м и высотой 3 м, Вы получите 75 м3, что позволит Вам пополнять его раз в 2,5 месяца. Вы можете заказать бункер у нас или построить его самостоятельно. Вкопанные по углам и обшитые досками столбы уже являются бункером. Остается прикрыть их какой-либо крышей от осадков, и все.

блоков обмуровки по принципу «лего» позволяет осуществлять их замену без разборки всей конструкции. Наружная облицовка котла из «сэндвичей» с наполнителем из базальтовой ваты обеспечивает хорошую теплоизоляцию.

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 Гарантированный КПД котла при использовании рекомендованного топлива составляет 92–93%. Зольность при сжигании щепы с влажностью 25–30% составляет менее 1%. Золоудаление. Осуществляется с помощью скребково-цепного устройства, состоящего из цепи, изготовленной из нержавеющей стали с низким коэффициентом линейного расширения, и свободно размещенных поперечных скребков. Дискретное движение золоудаляющих механизмов обеспечивает попадание в золосборник золы с температурой не более 40 °С. Органы управления и сигнализации. Управление процессом горения осуществляется по специальной заданной программе процессором, адаптированным для условий работы в котельной. Начиная с первого шага по запуску котла – автоматического поджига – и заканчивая достижением максимальной мощности на шестой ступени нагрузки, все управление осуществляется автоматически. Наличие монитора на пульте управления позволяет наглядно убедиться в состоянии котла на текущий период и произвести анализ прошедших недель работы. немного экономики При планировании переоборудования отопительной системы предприятия или отопления частного дома в первую очередь возникает денежный вопрос: «Сколько я должен заплатить и когда вся эта система окупится и начнет приносить прибыль?» Мы не будем с Вами обсуждать конкурентоспособность

www.ENERGY-FRESH.Ru

древесины с природным газом в России – это было бы глупо. Стоимость газа внутри Российской Федерации не оставляет никаких шансов любым его конкурентам. И если к Вашему дому подведена магистраль с «голубым» топливом, можете смело использовать эту статью для разжигания углей в Вашем камине. Но если газа в Вашем регионе нет, тогда давайте займемся подсчетами. Не буду загружать Вашу голову лишними цифрами, графиками и таблицами. Просто возьмем за основу, что один насыпной кубометр древесной щепы равен по теплотворности примерно 70 литрам жидкого топлива. Итак, для получения одного и того же количества тепла нам надо сжечь один кубометр щепы или 70 литров жидкого топлива. Для сжигания в котле применяется дизельное топливо особой марки. Его стоимость по Московскому региону составляет около 50–60 евроцентов за 1 литр. Стоимость 1 м3 щепы в Европе колеблется от 14 до 18 евро. В России, безусловно, этот показатель ниже. Итак: 1 м3 щепы = 12 евро

Почему именно Heizomat? Просто потому, что: ■

■

70 л жидкого топлива = 35–38 евро И если кого-нибудь из читателей заинтересует стоимость 1 Гкал, получаемой в результате сжигания древесины, угля, дизельного топлива или газа в Вашем регионе, возьмите расценки на топливо для Вашего региона, его теплотворность, и Вы легко подсчитаете, за какой срок сможет окупиться Ваша отопительная система Heizomat.

■

любая установка мощностью от 15 до 3000 кВт работает в автоматическом режиме и не требует присутствия человека; мы гарантируем коэффициент полезного действия более 90%; мы гарантируем зольность менее 1%; мы даем гарантию на отопительный котел от 6 до 8 лет (зависит от варианта исполнения); возможно изменение мощности котла от 2% до максимальной мощности, в зависимости от потребности в тепловой энергии; мы гарантируем 100% безопасность и надежность работы всех агрегатов системы; все профилактические работы ограничиваются смазкой подшипников 1 раз в полгода.

биотоплиВо | 51

биотоплиВо

перспективы российских биотехнологий К. Диесперов, заместитель генерального директора ОАО «Корпорация Биотехнологии»

Ведущие мировые экономики рассматривают биотехнологии в качестве ключевого направления своего будущего и интенсивно развивают эту индустрию, приняв соответствующие национальные программы, разработав законодательную базу и обеспечив необходимые экономические преференции.

ачиная с 1990-х годов доля России в мировом производстве продукции биотехнологий неуклонно снижалась. Сегодня на этом направлении мы занимаем 70-е место. В 2010 году, по прогнозам экспертов, объем мирового рынка биотехнологической продукции достигнет 2 трлн долларов. Место России на этом рынке пока более чем скромное: общий объем рынка биотехнологий в нашей стране оценивается примерно в 2,5 млрд долларов (0,13% от общемирового показателя) – табл. 1. Из них 60% приходится на фармацевтику. Правда, пока спрос удовлетворяется главным образом за счет импорта. По данным Министерства промышленности и торговли РФ, только 5% биотехнологических субстанций, используемых при производстве конечных лекарственных форм, производится в России. В то же время по основным продуктам промышленной биотехнологии, производство которых планирует наладить, в частности, «Корпорация

Биотехнологии», мировой рынок показывает уверенный рост. Так, согласно прогнозам, к 2012 году объем мирового рынка бутанола для лакокрасочной отрасли составит 4 млн тонн (3,4 млрд долларов в год), объем рынка биотоплива – 98 млрд литров (49 млрд долларов в год), ацетона – 8 млн тонн (5,6 млрд долларов в год), топливных пеллет – 20,5 млн тонн (3 млрд долларов в год). Причем высокие темпы роста (15–20% в год) будут наблюдаться в мире по всем указанным позициям в ближайшие 10 лет. На этом фоне внимание, проявленное государством к данному направлению в последнее время, и, в частности, выделение его как одного из приоритетных в рамках работы по модернизации отечественной экономики дает надежду на активное развитие биотехнологической отрасли уже в ближайшее время. Наглядным примером государственной заинтересованности может послужить

Табл. 1. Мировой рынок биотехнологической продукции

Годы

Мировой объем (млрд $)

РФ (млрд $)

Доля РФ на мировом рынке, %

1980

1,5

5,00

1990

3,2

3,37

2000

234

0,4

0,17

2 000

2,5

0,13

2010 (прогноз)

52 | ENERGY FRESH

участие ГК «Ростехнологии», которая уже начала реализовывать комплексный, системный проект по организации группы биотехнологических предприятий. Планируется создать порядка тридцати таких предприятий и тем самым вывести отрасль на принципиально новый уровень. Объемы производства одного типового завода в год для основных видов продукции оцениваются в 60 тыс. тонн биобутанола, 26 тыс. тонн кормовых дрожжей, 118 тыс. тонн топливных пеллет и 6 тыс. тонн ацетона. Первые предприятия появятся в Иркутской, Тюменской, Архангельской и Омской областях, а также в Красноярском крае. В настоящее время идет активная работа по подготовке проектно-сметной документации и, по сути, начала полномасштабной реализации самого проекта. В качестве основного продукта реализаторы рассматривают биотопливо второго поколения – биобутанол – и сопутствующие продукты. Прежде всего, бутанол применяется в качестве промышленного растворителя. В то же время он может заменять бензин в качестве топлива даже в большей степени, чем этанол, благодаря своим физическим свойствам, экономичности, безопасности, а также из-за того, что его использование не требует переделок двигателя автомобиля при концентрации в бензине 8–32%. Главным потребителем этого продукта, конечно, будет наша химическая промышленность и компании ТЭК.

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 Стоит отметить, что реализуемый проект имеет комплексный и системный подход. Потому что иначе биотехнологическую отрасль не построишь – необходимо создавать одновременно большое количество точек роста: например, реализовывать альтернативный энергетический проект, создавать производство кормовых добавок, развивать биофармацевтику и т.д. Это возможно лишь в рамках большой серьезной концепции. Вот почему, говоря о развитии биотехнологической отрасли, все больше участников этого процесса выбирают путь создания кластеров. Биокластер, или промышленная группа, – это группа географически соседствующих взаимосвязанных компаний и связанных с ними организаций, действующих в сфере биотехнологий, характеризующихся общностью деятельности и взаимодополняющих друг друга. Кластер позволит создать благоприятные условия для роста сразу множества предприятий, обеспечивая тем самым эффект масштабности и синергии. Отставание и высокая импортозависимость РФ по важнейшим традиционным биотехнологическим продуктам (лекарственным препаратам и кормовым добавкам), а также отсутствие на российском рынке собственных инновационных биотехнологических продуктов создают угрозу национальной безопасности РФ. Таким образом, развитие биотехнологий позволит решить основополагающие проблемы безопасности РФ: энергетическую, продовольственную, экологическую и фармацевтическую. Преимущества РФ на внешних рынках продукции, полученной из зеленой массы, определяются лидирующей позицией по запасам лесных ресурсов, являющихся дешевым сырьем для данной отрасли (23% мировых запасов).

странами, лишь начинающими развивать ее, такими, например, как Китай или Индия. К сожалению, в последние десятилетия этой области знаний и технологий в России не уделялось должного внимания. Проблема коснулась и центров подготовки кадров, как вузовских, так и поствузовских (научно-исследовательских институтов). Как следствие, была нарушена преемственность. Педагоги, которым сегодня 60–70 лет, воспитывают молодых специалистов, которым 25–35 лет. Таким образом, сложилась ситуация, когда практически отсутствует «среднее» поколение, которое как раз и должно было бы активно развивать биотехнологии сегодня.

Конечно, на данный момент существует проблема нехватки высококлассных специалистов в отрасли, однако, говоря об этом, следует помнить, что в нашей стране биотехнологии появились не сегодня – в свое время Советский Союз был одним из лидирующих государств в этой области. Поэтому у нас есть серьезное преимущество перед

Однако образовательные традиции в области биотехнологий все же возрождаются. В частности, в нашем проекте наряду с мэтрами, профессорами, работают совсем молодые специалисты – выпускники ведущих российских вузов химико-биологической направленности. Возвращение же специалистов из-за рубежа возможно

www.ENERGY-FRESH.Ru

только при создании лучших, чем на Западе, условий. Возвращаясь к нашим очевидным преимуществам, стоит отметить что, например, Китай и Индия уже занимают соответственно 10% и 2% мирового биотехнологического рынка. Прямая конкуренция с Китаем на рынке биотехнологий нецелесообразна. Данная отрасль в КНР включает на сегодняшний день около 900 предприятий и 40 биотехнопарков, расположенных в Пекине, Шанхае, Гуанчжоу. Основной сектор отрасли, в которой задействовано 580 компаний, – биофармацевтика. Продукция китайских производителей занимает не менее 7% мирового рынка лекарственных биопрепаратов. Направления биотехнологических исследований, определенные в качестве ключевых, – молекулярное конструирование новых видов животных и растений, а также лекарственных препаратов, генная и протеиновая инженерия, тканевая инженерия на основе стволовых

биотоплиВо | 53

биотоплиВо

клеток, новые поколения промышленной биотехнологии. Индия же лидирует в мире по количеству фармацевтических производственных площадок, одобренных американским Управлением по контролю за качеством продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration) за пределами США, и становится центром проведения клинических испытаний многих международных фармацевтических корпораций (Merck, Pfizer, AstraZeneca). Индийский рынок контрактных исследований в биофармацевтике оценивается в 250 млн долларов США и возрастает на 30–40% ежегодно. Что касается конкуренции России с данными странами, то она наиболее целесообразна по выделенным позициям в части биофармацевтики. В глобальных же масштабах мы сможем

54 | ENERGY FRESH

конкурировать в области биотоплива второго поколения, получаемого из древесины. Таким образом, основные перспективные биотехнологические направления для РФ: биотопливо второго поколения, фармацевтическое сырье и кормовые добавки. В то же время бутанол располагает значительным экспортным потенциалом. Согласно прогнозам, к 2030 году потребление энергии в мире вырастет на 60%. Это чревато дефицитом углеводородного топлива, ростом его стоимости, повышением уровня загрязнения экологии. Среди основных конкурентных преимуществ бутанола – доступность и низкая стоимость сырья, экологичность производства.

И никаких мер к лесозаготовителям не принимается. Никаких. Отходы попрежнему бросают гнить на использованных делянках. Между тем, мы серьезно продвинулись вперед в технологии утилизации отходов деревообработки. Сегодня стоимость отходов обработки древесины ниже зерновых (на основе которых производится этанол, используемый, к примеру, в США) более чем в 5–6 раз. И смею заверить, эта разница будет только увеличиваться. По нашей оценке, отечественная биотопливная отрасль уже в обозримом будущем может иметь капитализацию в размере 5 млрд долларов и более.

На сегодняшний день в лесах после заготовок бросают 36 млн кубометров леса. Это равно объему товарной древесины, которую мы экспортируем.

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010

биогазовые перспективы россии Агропромышленный комплекс России сегодня сталкивается с проблемой утилизации огромного количества отходов – чаще всего они просто вывозятся с территорий ферм и складируются. то приводит к окислению почвы, отчуждению сельскохозяйственных земель (более 2 млн га сельскохозяйственных земель заняты под хранение навоза), загрязнению грунтовых вод и выбросам в атмосферу метана – парникового газа. Если на государственном уровне ставится задача интенсивного развития сельского хозяйства, с высоким уровнем эффективности и глубины переработки, эту проблему необходимо решать.

отходов АПК РФ превышает 80 млн т условного топлива. Если весь биогаз будет перерабатываться на когенерационных установках, это позволит на 34% обеспечить суммарные потребности экономики в электроэнергии, на 15% – в тепловой энергии и на 14% – в природном газе (который так же, как и биогаз, в основном состоит из метана) или же полностью обеспечить сельские районы доступом к природному газу и тепловой мощности.

энергоснабжения сельскохозяйственных предприятий и городских водоканалов.

Вместе с тем, отходы АПК, которые необходимо утилизировать, сами по себе являются существенным энергетическим ресурсом, так как с разной степенью эффективности возможно получение биогаза почти из всех видов сельскохозяйственных отходов. Таким образом, развитие биогазовой энергетики – это возможное решение не только экологических проблем, но и энергетических проблем сельского хозяйства.

Биогазовая энергетика – надежная и экономически выгодная альтернатива магистральному природному газу и централизованному электроснабжению.

■

А эти проблемы существуют: большинство регионов с развитым сельским хозяйством, а соответственно, и с высокой концентрацией ресурсов для производства биогаза (Белгородская область, Краснодарский край, Алтайский край и др.) являются энергодефицитными, и энергоснабжение сельхозпроизводителей здесь осуществляется по остаточному принципу. Во всех сельскохозяйственных регионах существует проблема крайне низкой степени доступности объектов энергетической инфраструктуры, в частности, только 37% крупных и средних сельхозпроизводителей имеют доступ к сетевому газу. В количественном выражении суммарный энергетический потенциал

www.ENERGY-FRESH.Ru

Использование отходов животноводства, растениеводства, пищевой промышленности и канализационных стоков для производства биогаза сделает Вашу компанию собственником небольшого газового месторождения с извлекаемыми запасами 100–200 млн м3. Внедрение биогазовых технологий в последнее время стало быстро распространяться в России благодаря росту цен на газ и электроэнергию. Ускорение этого темпа в ближайшие годы сделает биогаз единственным решением проблем

Биогазовая энергетика – это: ■

■

независимость от растущих тарифов естественных монополий, а также от возможных сбоев в поставках газа и электроэнергии; возможность получения одновременно нескольких видов энергоресурсов: газа, моторного топлива, тепла, электроэнергии; решение проблем утилизации органических отходов; источник получения минеральных удобрений с высоким содержанием азотной и фосфорной составляющих; возможность организации новых, высокорентабельных видов сельскохозяйственного производства; основа конкурентоспособности Вашей компании в изменяющихся рыночных условиях.

Использование европейского оборудования при строительстве биогазовых станций «АЭнерджи» обеспечивает расчетный срок работы установки в 40 лет. Конкурентоспособные цены позволят окупить установку за 3–7 лет даже без учета дальнейшего роста энерготарифов.

спраВка Компания «АЭнерджи» оказывает следующие виды услуг: проектирование, строительство, монтаж, сервисное обслуживание биогазовых установок, подготовка ТЭО и бизнес-плана. «АЭнерджи» также разрабатывает региональные программы развития биогазовой энергетики для субъектов РФ в интересах региональных министерств, ответственных за сельское хозяйство и энергетику, проводит комплексную оценку потенциала производства биогаза и экономический анализ эффективности внедрения биогазовых технологий, содействует поиску партнеров и источников финансирования.

биотоплиВо | 55

биотоплиВо

биотопливо из непищевого сырья В. С. Тихонравов, старший научный сотрудник ФГНУ «Росинформагротех»

Интенсивное развитие общества и промышленного производства влечет за собой повышение потребления ресурсов. Из года в год растет спрос на один из главных мировых источников энергии – нефть, которая, как известно, является исчерпаемым природным ресурсом. Поэтому актуальной проблемой человечества является поиск альтернативных источников энергии и топлива.

последние десятилетия большое развитие в мире получила биоэнергетика – производство биотоплива, энергии и тепла из биомассы. Однако производство биоэтанола и биодизеля из кукурузы, пшеницы, ячменя, сахарной свеклы, растительных масел из рапса, подсолнечника и других масличных культур вызвало определенную напряженность на продовольственных рынках мира, правда, не совсем связанную с этим производством. Тем не менее эта ситуация способствовала расширению научных исследований и разработке принципиально новых технологий и оборудования для производства биотоплива из непищевого сырья. В настоящее время уже

строится 56 пилотных и коммерческих заводов по производству биотоплива из непищевой биомассы. Наибольшее количество заводов располагается в США, Канаде и странах ЕС. Мировое производство биотоплива стремительно растет и будет расти в дальнейшем (рис. 1). Этот рост будет в основном обеспечиваться производством этанола из целлюлозы в США. Кукурузные стебли и багасса станут наиболее распространенным и доступным сырьем в тех регионах мира, где биоэтанолу из биомассы уделяется серьезное внимание. В настоящее время уже отработана технология получения биоэтанола Биоэтанол 1

второго поколения за счет ферментативного гидролиза. Фирма «Новозаймс» (Novozymes, Дания) в 2008 г. закончила испытания нового поколения ферментов серии «Целлик» (Cellic CTec Cellic HTec) для производства биоэтанола из целлюлозы и в течение 2010 г. собирается обеспечить их коммерческую реализацию. Они имеют наилучшее соотношение затраты/результат среди всех известных продуктов, универсальность (хорошие результаты получены на различных видах сырья и в разных процессах), а также стабильные формы с высокой концентрацией активных веществ. Предполагается, что с применением данных ферментов производственные затраты станут Биоэтанол 2

Биодизель

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2005

2006

2007 2008

2009 2010

2011

2012

2013 2014

2015

2016 2017

2018 2019

2020

2021

2022

Рис. 1. Перспектива производства биотоплива

56 | ENERGY FRESH

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010 экономически оправданными в самое ближайшее время. Фирма участвует в трех контрактах Министерства энергетики США (United States Department of Energy – DOE) по развитию технологии целлюлозного этанола с общим объемом инвестиций свыше 25 млн долларов. Существует несколько методов термохимической переработки биомассы: быстрый пиролиз, медленный пиролиз (карбонизация) и газификация. В последние годы наиболее распространен быстрый пиролиз. Получаемая при этом бионефть находит широкое применение: ■

■

■ ■

■

топливо для выработки тепловой и электрической энергии в дизельных двигателях и газовых турбинах; альтернативное топливо малой коммунальной энергетики; химическое сырье; связующее для композиционных материалов; сырье для производства технического углерода; сырье для дорожного строительства.

www.ENERGY-FRESH.Ru

По физическим свойствам бионефть приближается к мазуту. Мобильные установки быстрого пиролиза производят в Канаде (фирмы Advanced Biorefinery Inc и Agri-THERM Limited) и Германии (фирма PYTEC). В России также разработана и испытана пилотная установка, получены продукты быстрого пиролиза. В отличие от аналогов, она позволяет перерабатывать биомассу размером до 50 мм. По расчетам, бионефть обладает более высокими конкурентными преимуществами в сравнении с другими видами топлива. За последние годы группа компаний «Ангидро» (Anhydro, Дания) инвестировала средства в разработку технологий и адаптацию существующего комплекта оборудования для производства биоэтанола второго поколения из целлюлозосодержащего растительного сырья (например, соломы). Это позволило «Ангидро» результативно участвовать в трех различных европейских проектах в качестве поставщика винтовых прессов и сушилок для обезвоживания и сушки лигнина, а также распылительных сушилок дрожжей. Наиболее значимым является проект пилотного завода,

реализованный в 2008 г. компанией «Донг Энерджи» (Dong Energy, Дания). Уникальная технология производства биотоплива (биоэтанола) из отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности положена в основу проекта по созданию биотехнологического кластера Кировской области на базе Кировского завода «БиоХимЗавод». Совместно с ведущими отраслевыми институтами завод разработал и внедрил промышленную установку по производству топливного этанола, а также три рецептуры смесевых высокооктановых бензинов на его базе, один из которых по своим физико-химическим характеристикам соответствует стандарту ЕВРО-5 и аналогичен европейской топливной смеси, имеющей марку Е85 с октановым числом 98 единиц. Второй, А95БИО, с октановым числом 95 единиц в своем составе имеет содержание топливного этанола 55%, что по Европейским стандартам относит его к категории альтернативного топлива, произведенного из непищевого сырья. Основное сырье для производства биотоплива – древесные отходы. Ведутся работы по получению

биотоплиВо | 57

биотоплиВо биоэтанола с помощью термофильных бактерий. Термофилы способны к биоконверсии полисахаридных субстратов в этанол. В итоге получаются биологические компоненты второго и третьего поколения с большим коэффициентом конверсии из растительной биомассы – смеси из высших спиртов и биологических углеводородов. Моторные топлива, полученные таким образом, могут содержать их до 15% и будут соответствовать всем действующим стандартам на бензин. В США планируют получение топлива третьего поколения только к 2030 году. Ведутся работы по разработке новых видов сырья для производства биотоплива второго поколения (микроводоросли, мискантус, сахарное сорго и др.). В последние годы большой интерес проявляется к производству спирта из топинамбура (иерусалимский артишок). Особенность химического состава углеводного комплекса этого растения заключается в том, что его основа состоит из фруктозы, которая является отличным источником сбраживания сахаров. Выход спирта составляет 70–80 л с 1 т клубней и 30–40 л с 1 т стеблей, что в 1,5–3,4 раза превышает выход спирта при переработке сахарной свеклы, картофеля или пшеницы (из расчета на единицу площади посадок). Всероссийский НИИ пищевых биотехнологий провел исследования и отработку технологий получения спирта из топинамбура. Результаты свидетельствуют о высокой технологичности и перспективности применения этого растения в качестве сырья для производства спирта. Американские химики разработали технологию получения биотоплива из использованных кофейных зерен. Наиболее перспективным источником сырья для производства биодизеля второго поколения являются водоросли. По оценкам Департамента энергетики США, с 1 акра (4047 м2 ~ 0,4 га) земли можно получить 255 л соевого масла или 2400 л пальмового. С такой же площади водной поверхности можно производить до 3570 баррелей бионефти (1 баррель = 159 л). В компании Green Star Products считают, что с 1 акра земли можно

58 | ENERGY FRESH

получить 48 галлонов соевого масла, 140 галлонов масла канолы и 10 000 галлонов из водорослей. С 1997 по 2001 гг. на Гавайях проводились исследования, на финансирование которых частные компании потратили 20 млн долларов, в результате была разработана новая технология крупномасштабного выращивания микроводорослей с повышенным содержанием липидов, предусматривающая двухстадийную технологию промышленного выращивания микроводорослей гематококкус на площади 2 га с целью получения масла. Две крупнейшие транснациональные корпорации мира, DuPont и British Petroleum (BP), объявили об успехе своего трехлетнего сотрудничества в проекте по созданию нового вида биотоплива – биобутанола, – работа над которым началась в 2003 г. Производство в Британии будет налажено совместно с British Sugar. Для этого перепрофилируют фабрику по ферментации биопродуктов в этанол с целью производства биобутанола объемом 20 000 л в год. До недавнего времени производство бутанола путем ферментации растительного сырья считалось экономически нецелесообразным из-за низкого выхода целевого продукта. Прогресс в области биотехнологий позволил превратить растительную биомассу в экономичный источник биобутанола. По сравнению с этанолом бутиловый спирт имеет ряд преимуществ. Он безопаснее в использовании, поскольку менее летуч, чем этанол и бензины, менее токсичен, смешивается с бензином в любых соотношениях и не вымывается из него водой. Бензины, содержащие бутанол, могут транспортироваться любым видом транспорта, включая существующие топливные трубопроводы. Бутиловые спирты характеризуются более высокой теплотой сгорания и низкой теплотой испарения, что оказывает положительное влияние на экономичность работы двигателя. Первая в России экспериментальная партия биобутанола была выпущена в сентябре 2008 г. на базе Тулунского гидролизного завода Иркутской области.

ВыВоды Несмотря на кризис мировой экономики, поступательное движение биоэнергетики продолжается. Мировое производство биотоплива стремительно растет и будет расти в дальнейшем. Этот рост будет в основном обеспечиваться производством биотоплива из целлюлозосодержащего сырья. Отрасль производства биотоплива из целлюлозы стремительно развивается. В настоящее время в мире уже строится 56 пилотных и коммерческих заводов по производству биотоплива из непищевой биомассы. Компания «Новозаймс» (Дания) разработала ферменты серии «Целлик» (Cellic CTec и Cellic HTec), которые дали хорошие результаты на различных видах сырья и в разных процессах. Затраты на производство биоэтанола из целлюлозы становятся сравнимыми с процессом производства биотоплива первого поколения. Научные разработки в этом направлении проводятся также и в России. источники информации 1.

Аблаев А. Р. Запуск инновационного будующего//Докл. на Четвертом Междунар. Конгрессе «Топливный Биоэтанол-2009» 15–16 апреля 2009 г. – М., 2009. – 31 с. Грачев А. Опыт производства бионефти из древесных отходов// Докл. на Четвертом Междунар. Конгрессе «Топливный Биоэтанол-2009» 15–16 апреля 2009 г. – М., 2009. – 22 с. Сычев Н. Биоэтанол из целлюлозного сырья: новый этап – будущее становится ближе//Докл. на Четвертом Междунар. Конгрессе «Топливный Биоэтанол-2009» 15–16 апреля 2009 г. – М., 2009. – 47 с. Развитие биоэнергетики, экологическая и продовольственная безопасность [Текст]/В. Ф. Федоренко, Д. С. Буклагин, Н. П. Мишуров, В. С. Тихонравов; Минсельхоз России, ФГНУ «Росинформагротех». – М.: [ФГНУ «Росинформагротех»], 2009. – 144 с.

№ 1 | апрель | 2010

пути разВития

форум ENERGY FRESH 2009. итоги В конце сентября 2009 г. в ЦВК «Экспоцентр» был успешно проведен I Международный форум ENERGY FRESH 2009, посвященный использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и энергосберегающих технологий. Организатором выступила компания SBCD Expo. В рамках форума прошли специализированные мероприятия – выставка и конгресс.

и новых технологий Валерий Науменко. С 2002 по 2009 гг. в крае было реализовано проектов на общую сумму более 1,1 млрд руб. со средним сроком окупаемости до 5 лет. Годовой экономический эффект от реализуемых мероприятий составил 100 млн руб. ежегодно или 7136 т в пересчете на условное топливо.

форуме приняли участие представители правительства РФ, региональных и муниципальных властей, потенциальные инвесторы, ведущие российские и международные промышленные компании, научно-исследовательские институты, проектные бюро – всего более 200 организаций из 14 стран мира. Открыл конгресс и выступил с докладом о перспективах развития альтернативной энергетики в России председатель подкомитета по малой энергетике Комитета по энергетике Госдумы РФ Георгий Леонтьев. Особое внимание он уделил перспективам развития

60 | ENERGY FRESH

альтернативной энергетики, которая должна послужить импульсом для экономического развития страны и решить целый ряд глобальных задач. Как отметил Г. Леонтьев, правительство намерено сделать упор на российские разработки и производство. Предполагается создавать тендеры на тепло-, ветро- и биоэнергетику – это позволит понять, какая база в стране уже есть и куда нужно направлять бюджетное финансирование. Пристальное внимание к вопросам энергосбережения и внедрения ВИЭ на примере Краснодарского края привлек директор государственного автономного центра энергосбережения

Заместитель исполнительного директора Национального агентства малоэтажного и коттеджного строительства (НАМИКC) Александра Мочалова в своем выступлении отметила, что России необходима продуманная и последовательно реализуемая политика энергосбережения, основанная не только на стимулировании внедрения энергоэффективных технологий и ужесточении мер за бесхозяйственность, но и включающая комплекс пропагандистских мероприятий. К примеру, на обогрев 1 м2 жилья в России расходуется в среднем 13 л условного топлива в год, тогда как в близкой по климатическим условиям Канаде этот показатель составляет всего 3,5–4 л. «Строить жилье по устаревшим технологиям – это преступление. Откладывать модернизацию комплекса ЖКХ – это преступление», – сказала А. Мочалова. Подтверждением правильности курса, ориентированного российскими властями в сторону коррекции традиционной энергетической политики,

№ 1 | апрель | 2010

ENERGY FRESH | № 1 | апрель | 2010

явились выступления зарубежных гостей форума, в частности, старшего менеджера по проектам ООН Европейской экономической комиссии Ханса Янсена (Hans Jansen) и президента интернациональной группы инженерноконструкторских консалтинговых компаний Energieteam AG Гюнтера Беника (Gunter Benik), которые поделились опытом разработки и распространения технологических решений, направленных на экономное использование энергоресурсов и более активную эксплуатацию ВИЭ. В конгрессе также приняли участие представители компаний ОАО «РусГидро», ALSTOM, Siemens, Mitsubishi, Viessmann, УВЭА, Солар Моторс, Woltag и многих других.

форум выставке демонстрировали свои достижения около 200 российских и иностранных компаний и организаций, занимающихся решением вопросов энергосбережения и энергоэффективности. На выставке были представлены как элементы конструкций, так и готовая продукция: ветряные и солнечные установки, светодиодное освещение, электромопеды, гибридные автомобили со смешанным потреблением топлива и многое другое. Стоит отметить, что если продукция иностранных компаний была больше применима для инфраструктурных проектов, то российские разработки выигрывали

у иностранцев в потребительском секторе. Экспозиции компаний и выступления участников конгресса на форуме показали, что впервые в России специалисты из различных отраслей смогли создать столь серьезную интеллектуальную площадку, которая способна обеспечить мир безопасными, чистыми и эффективными энергоресурсами XXI века. Прошедший форум получил высокую оценку от российских и международных деловых кругов, ведущих представителей профессионального сообщества и позволил России заявить о себе как об активном участнике на мировом рынке альтернативной энергетики.

В рамках конгресса были организованы следующие секции: «Солнечная энергетика», «Энергосбережение. Биотопливо» и «Ветроэнергетика». Стоит отметить, что в ходе проведения форума Павел Понкратьев, начальник департамента возобновляемых источников энергии «РусГидро», провел переговоры с представителями Hyundai об участии этой корейской компании в строительстве бинарного блока и ветропарка на острове Русский (г. Владивосток). На прошедшем форуме прозвучало более 30 содержательных докладов, посвященных перспективам развития малой и альтернативной энергетики в России и за рубежом, а на сопровождавшей этот

www.ENERGY-FRESH.Ru

пути разВития | 61

пути разВития

семинар по возможностям оборудования Steca В рамках продвижения экологически чистых технологий генерации энергии компании «Солнечные Моторы» и «Ваш Солнечный Дом» провели семинар «Современное оборудование компании Steca Elektronik GmbH для применения в фотоэлектрических системах автономного и резервного электроснабжения и системах солнечного теплоснабжения», который состоялся 15 февраля 2010 г. в Москве.

еминар был предназначен для специалистов в области фотоэлектрических автономных и резервных систем электроснабжения, а также солнечного теплоснабжения. В нем приняли участие представители таких компаний, как «Инверта», «Центр Альтернативного Обеспечения», «Солнечная энергия», «Арустел», концерна «Созвездие», а также дилеры организаторов из регионов. На семинаре было представлено оборудование мирового лидера в области электроники для солнечной энергетики компании Steca Elektronik GmbH (Германия). Презентацию провел директор по продажам в Северной Европе компании Steca Elektronik GmbH г-н Майкл Мюллер (Michael Mueller). Основными темами презентации были: 1.

Автономные энергосистемы: – контроллеры заряда Steca Solar для фотоэлектрических батарей; – инверторы Steca для автономных энергосистем; – гибридные системы с применением различных источников энергии. 2. Системы, соединенные с сетью: – сетевые инверторы для солнечных

62 | ENERGY FRESH

Слева направо: Б. Бурченко («Солнечные Моторы»), М. Мюллер (Steca), В. Каргиев («Ваш Солнечный Дом»)

батарей производства Steca Solar; – мониторинг работы оборудования системы. 3. Солнечное теплоснабжение: – контроллеры Steca Solar для систем солнечного горячего водоснабжения и теплоснабжения. Представленное оборудование вызвало большой интерес у аудитории. В ходе дискуссии были обсуждены актуальные вопросы применения солнечных контроллеров, инверторов в автономных и резервных системах электроснабжения.

Более подробную информацию о представленном оборудовании и технологиях можно найти на сайтах компанийорганизаторов.

Г-н М. Мюллер объясняет работу контроллеров Steca для систем солнечного горячего водоснабжения

№ 1 | апрель | 2010