Развитие альтернативной энергетики. Традиционные генераторы электроэнергии и окружающая среда

Альтернативные источники энергии Энергетические системы находятся на грани революции по всему миру. Как и другие основные для жизнедеятельности человека процессы, новое поколение энергетического оборудования должно производить больше электроэнергии в тоже время минимизируя влияние на окружающую среду, чтобы человеческая цивилизация могла следовать по пути устойчивого роста. В настоящее время традиционные источники энергии работающие на ископаемом топливе, такие как газовые электростанции, дизельные электростанции (ДЭС), мазутные и угольные котельные, АЭС занимают 95% рынка энергетики.

Электричество является ключевым фактором экономического развития. Таким образом, быстрый рост населения планеты и экономический рост развивающихся стран, как ожидается, приведет к резкому увеличению спроса на электроэнергию. Кроме того, серьезные изменения в электроэнергетике необходимы в связи с проблемой изменения климата.

Действительно, сектор электроэнергетики в настоящее время генерирует около 40% парниковых газов в мире в связи с тем, что для производства электроэнергии используют ограниченные ресурсы ископаемого топлива. Такой принцип используется повсеместно, будь то дизельный генератор или крупная промышленная электростанция. Эти технологии во многом также связаны и с внешними экономическими факторами.

Проблемы изменения среды обитания должны стать сильными мотиваторами для поддержки развития оборудования на основе возобновляемой энергии, такой как энергия ветра, а также более широкого внедрения гибридных технологий с утилизацией тепла (когенерация). Но увеличение проникновения новейших технологий использования возобновляемых ресурсов в существующих энергетических системах, является сложным вопросом. В самом деле, технологии использования ветровой и солнечной энергии имеют уникальные особенности, потому что они полагаются на переменные и непредсказуемые погодные факторы. Таким образом, возникают законные опасения о сохранении надежности системы. В случае использования традиционных ДЭС и других видов электростанций на основе углеводородов надежность таких систем пока значительно выше.

Вместе с тем оценка потенциала возобновляемых источников энергии привлекает все большее внимание. Необходимо в первую очередь искать рациональные инструменты для планирования расширения использования технологий возобновляемых ресурсов, которые должны быть внедрены для эволюции существующих энергосистем. Для лучшего понимания экономических и технических воздействий степени интеграции технологий возобновляемых источников в энергетическом балансе нужно затронуть вопросы политики и нормативно-правовой базы. Необходимо также учитывать уникальные аспекты электроэнергии как товара, а также ясно представлять основные факторы изменения в секторе электроэнергетики.

Электричество, как товар с уникальными свойствами

Электричество является важным товаром с очень специфическими характеристиками. В частности, электричество не выгодно хранить в большом масштабе. Прямым следствием этого ограничения является то, что выработка электроэнергии должна соответствовать потребности в энергии в любой момент времени. В случае с небольшими бытовыми генераторами это не представляет проблемы, а вот в промышленных системах генерации оказывает очень сильное влияние. Природа электричества также определяет условия его транспортировки от генератора к пользователю.

Действительно, закон Кирхгофа определяет передачу электричества по сети и путь не может быть выбран по желанию. Более того, любое нарушение вызывает изменение конфигурации потоков мощности. Электроэнергетические системы, таким образом, являются одними из самых сложных инженерных систем при проектировании и эксплуатации.

Альтернативные генераторы электроэнергии Так как электричество хранится лишь в незначительных объемах, при проектировании электростанции приходится рассчитывать на максимальную мощность. Это утверждение верно для любой электростанции, даже небольшого дизельного генератора. По этой причине определение хронологического профиля спроса на электроэнергию имеет решающее значение для адекватной поставки электроэнергии в системе.

Различные профили нагрузки будут иметь разные затраты. Относительно плоской кривой нагрузки - равномерная нагрузка, как правило, дешевле, чем переменная, потому что наращивание мощности требует дополнительных ресурсов. Расход топлива в традиционных электростанциях напрямую зависит от нагрузки.

Спрос на электроэнергию изменяется во времени от нескольких секунд до нескольких лет. За сутки, нагрузка на генератор меняется, как правило, по образцу рабочего дня, спрос выше с 8 утра до 7 вечера. За неделю, спрос на электроэнергию изменяется в рабочие дни и выходные. И, наконец, в течение года, спрос имеет сезонный характер в связи с климатическими изменениями.

Спрос, как правило, выше в осенне-зимний период, из-за высокого уровня потребления отопления, а летом из-за обширного использования кондиционирования воздуха. Он также варьируется географически, в связи с географической широтой, среднегодовой температурой, топографией местности или архитектурной средой. Нагрузка любого генератора варьируется вокруг среднего профиля описанного выше. Таким образом, неопределенность от фактической нагрузки по сравнению с прогнозируемой нагрузкой является еще одной проблемой для операторов системы балансировки спроса и поставки электроэнергии.

Возобновляемые источники энергии, такие как ветрогенераторы имеют переменную мощность, связанную с изменением ветра. Ветер меняется в разные сроки: секунды, дни, месяцы, времена. Несомненно, развитие сложных инструментов прогнозирования спроса имеет большое значение для уменьшения этой неопределенности. Прогноз, как правило, базируется на основе исторических данных, скорректированных с информацией о температуре или проведении специальных мероприятий.

Потребление мощности оказывает влияние на планирование технического обслуживания электростанций. Наиболее целесообразно планировать техническое обслуживание на время, когда спрос является низким, поскольку владельцы, например, завода имеют экономические стимулы для производства, когда существует большой спрос.

Однако существуют различные источники неопределенности спроса на электроэнергию. Потребители, а с ними и поставщики электроэнергии страдают из-за незапланированных вынужденных простоев связанных с механическими проблемами. Несомненно, главным источником неопределенности в электроснабжении от ветрогенератора будет колебание вырабатываемой мощности в широких пределах вокруг среднего профиля ветра.

Неопределенность природных ресурсов, не носит иной характер, чем неопределенность вынужденных простоев из-за неисправности потребителя. Однако частота события неопределенности гораздо больше для ветроэлектростанции, чем для обычного дизельного генератора или любой электростанции использующей традиционные технологии. Таким образом, эта неопределенность часто рассматривается как ключевой фактор, снижающий значение ветровых генераторов как генерирующих мощностей.

Основные факторы изменений в секторе электроэнергетики

Традиционные электростанции Глобальный рост населения, как ожидается, приведет к увеличению численности людей до 9,5 миллиардов в 2050 году. В развивающихся странах стремительно растет потребление электроэнергии на душу населения. Традиционные технологии использования ископаемого топлива все более ограничивает рост цен на топливо, поэтому в будущем, эти технологии станут все менее доступными в связи с исчерпанием добычи ресурсов.

Среди различных видов деятельности в сфере электроэнергетики, процесс генерации электроэнергии выбрасывает наибольшее количество парниковых газов. В нем участвуют и крупные промышленные электростанции, и сектор малой энергетики.

В малой энергетике в основном распространены такие виды деятельности как эксплуатация собственного газового или жидкотопливного генератора, аренда электростанций (ДЭС), собственные мини-котельные и когенерационные установки, работающие на различных видах ископаемого топлива. Все они занимают не последнее место в секторе энергетики, трудно поддаются регулированию со стороны государства и вносят свой вклад в процесс выброса парниковых газов.

Основной причиной изменения климата служит углекислый газ (CO 2),который является побочным продуктом сжигания угля, нефти и газа в электростанциях (дизельные электростанции – ДЭС, паровые электростанции, газовые генераторы). Основными выбросами от сжигания углеводородов являются также  закись азота (NOx) и диоксид серы (SO 2), оба с большим воздействием на окружающую среду. NOx и SO 2, вызывают кислотные дожди, NOx также является основным компонентом в образовании тропосферного озона. Также традиционные электростанции несут ответственность за выбросы частиц тяжелых металлов.

Хотя от атомных электростанций выбросы несравнимы с углеводородными, использование ядерных технологий также непредсказуемо по воздействию на окружающую среду. Действительно, утилизация ядерных отходов от АЭС является нерешенной проблемой, и риск загрязнения ядерными частицами земли трудно поддается оценке. К тому же в случае аварий воздействие может принимать просто катастрофические масштабы. Технологии, использующие возобновляемые источники энергии являются, как правило, более экологически чистыми. Тем не менее, воздействие на окружающую среду технологий возобновляемых источников энергии не равно нулю. Гидроэлектростанция в частности, может значительно влиять на окружающую среду.

Резкие изменения генерируемой мощности, трудно поглощать в современных системах энергетики из-за механической инерции обычных генераторов. Управляя резервами, операторы системы могут подстраиваться под колебания и неопределенность спроса. Минимальная сумма резервов в системе зависит от структуры генерации, локального характера погоды и степени интеграции. Действительно, относительно изолированная система требует более высокого уровня резерва, чем более интегрированная. Значительное увеличение технологий использования возобновляемых источников энергии, вероятно, увеличит и необходимые резервы.

Регулирование спроса и эффективности в секторе электроэнергетики - ключевые факторы. Выражение «управление спросом» обозначает все технологии, направленные на рационализацию потребления электроэнергии. Это связано с понятием "умной сети", которое привлекает большее внимание в последние несколько лет. Это понятие относится к системе, в которой различные генераторы (АЭС, ГЭС, ДЭС, альтернативные источники электроэнергии) непосредственно подключены к распределительным сетям и где цифровые технологии управляют оптимизацией общего функционирования системы. Для быстрого роста генерирующих мощностей необходима благоприятная экономическая ситуация и нормативная база. Наконец, энергетическая независимость является еще одним важным фактором для усиления диверсификации систем энергоснабжения.

Традиционные генераторы электроэнергииИз-за характеристик, описанных выше, глобальное электроснабжение уже давно считается государственной прерогативой. В некоторых странах, вертикально интегрированные коммунальные услуги были необходимы для удовлетворения минимальных стандартов качества и их расходы были оплачены по регулируемым тарифам, с разумной нормой прибыли. В других случаях, например, во многих европейских странах и в нашей стране до девяностых годов, производство электроэнергии было национализировано. В дальнейшем были изменения в сторону либерализации во многих странах.

Приватизация, которая изменила многие секторы экономики (телекоммуникации, авиация и т.д.) также оказала воздействие на энергетический сектор, что привело к увеличению конкуренции и росту тарифов. В настоящее время многие потребители могут самостоятельно генерировать электроэнергию с помощью резервных электростанций – дизельных генераторов, ветряных генераторов, солнечных батарей, при этом используя технологии утилизации тепла (когенерация) и собственные накопители электроэнергии. Для эффективного использования этих ресурсов необходимо совершенствовать технологическую и правовую базу для того чтобы частные потребители могли продавать излишки энергии вырабатываемой в настоящий момент в общую сеть.

Различные области электроэнергетического сектора требуют разных уровней централизованного регулирования. Действительно, производство, передача и сбыт электроэнергии в настоящее время разделены. Регулирующим органам необходимо разработать правила рынка, обеспечивающие безопасность системы, так как частные компании стремятся в основном к максимизации прибыли и минимизации стоимости системы. В контексте децентрализации энергетические системы, следовательно, более подвержены риску, чем на регулируемом рынке, но будут более гибкими.

Аренда дизельного генератора
Осветительные мачты
Портативные генераторы
Logo
Rambler's Top100
Рейтинг@Mail.ru
Контакты
О компании | Карта сайта Добавить в закладки: