Альтернативная и малая энергетика, мини электростанции
АВТОНОМНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ — МАЛАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА
на основе паровых роторных двигателей
……Этот сайт посвящен теме автономной (малой) электрогенерации и автономному электроснабжению с использованием паровых роторных двигателей, которые используют тепло, получаемое от сжигания дешевого твердого топлива и горючих отходов для получения электроэнергии (электричества) и автономного энергоснабжения и электроснабжения различных (прежде всего малых и отдаленных) потребителей электрической энергии и электрического тока.
Малая электрогенерация- т.е. выработка электричества на небольших электростанция- электрогенераторах в настоящее время у нас в стране не получила заметного развития, хотя потребность в выработке электричества (т.е. в энергоснабжении и электроснабжении)на месте его потребления (или на небольшом расстоянии от него) — это большая необходимость для многих отраслей промышленности и сельского хозяйства, коммунальной и жилищно- бытовой сфер, как и индустрии туризма и отдыха.
К малой, или иначе – распределённой электрогенерации относятся разные, так называемые альтернативные источники электроэнергии, хотя большая часть из них оказывается вполне традиционной: как выработка электроэнергии от тепла сжигания твердого топлива, до использования энергии солнечного тепла, энергии ветра и проч. Т.е. такие источники энергии используются людьми уже многие века, и особой альтернативности таким вполне привычным источникам энергии не наблюдается. Другое дело в масштабе мощности силовых машин, которые приводятся в движение такими традиционными или альтернативными источниками получения электрической энергии. Вся альтернативность или традиционность энергии электрических генераторов как раз и определяется мощностью конкретной установки.Стационарная фабричная поршневая паровая машина начала 20-го века.
….. Сегодня во многих областях и регионах страны наблюдается выраженный дефицит электроэнергии. Особенно это касается малоосвоенных территорий в Сибири, на Дальнем востоке, на Русском Севере и проч, от которых мощные централизованные источники электрогенерации и электроснабжения находятся очень далеко.
Но даже в густонаселенных областях страны во многих местах сейчас подключение к электросетям обходится крайне дорого, как и растет стоимость самой электроэнергии, которую поставляют энергосбытовые и энергогенерирующие компании.
В этих условиях во многих и многих краях, областях и республиках страны имеется потребность в источниках малой, автономной и дешевой местной электрогенерации для энергоснабжения и электроснабжение. Многие желают чтобы это были альтернативные и возобновляемые источники энергии, что во многих случаях оправдано экономически и единственно возможно технически. Подчас таким альтернативным источниками энергии просто нет другой альтернативы.
Но к сожалению — сейчас нет таких простых, доступных по цене для населения и малого и среднего бизнеса систем выработки электричесой энергии, которые бы могли давать мощность от 10 до 1000 кВТ.
……. В настоящее время в России, основное энергоснабжение и электроснабжение осуществляется преимущественно централизованным способом, через сетевые компании от мощных электростанций — производителей электричества. Эта схема имеет как свои преимущества, так и свои недостатки. Недостатки заключаются в том, что на этом рынке слаба конкуренция, так как поставщиков электроэнергии мало – отсюда и высокие цены на энергоснабжение и электроснабжение. Так же дотянутся электросетями до отдаленных потребителей электроэнергии — бывает очень сложно и дорого.
Мощная паровая турбина для крупной тепловой электростанции
Поэтому малая автономная электрогенерация очень актуальна для отдаленных малых предприятий сельского и лесного хозяйства –малоформатных потребителей энергоснабжения и электроснабжения, так и для небольших промышленных предприятий, нуждающихся в электричестве и электроэнергии.
При этом надо понимать — что в России огромное количество дешевого твердого топлива, как и несметные объемы горючих отходов, которые вполне возможно превратить в дешевую электро –энергию и значительно укрепить энергоснабжения и электроснабжение различных регионов, особенно малых и отделенных потребителей электроэнергии на их территориях. Именно на тех территориях, где нет развитой электросети по поставке электроэнергии от централизованных объектов электрогенерации — т.е. крупных тепловых или гидро электростанций
Но — на 
данные момент нет эффективных и дешевых силовых машин (тепловых двигателей), которые могли бы перерабатывать тепловую энергию в механическую энергию для привода электрических генераторов и обеспечения автономного энергоснабжения и электроснабжение. Эта ситуация вопиющая и невозможность создать такие эффективные силовые установки энергоснабжения и электроснабжения «застряла» на уровне середины 20-го века.
Действительно — традиционно, электричество в 80% процентов объёма от всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях, где сжигается разное- газообразное, жидкое или твердое топливо, тепло вырабатывает в котлах пар, и этот пар крутит роторы паровых турбин. Так работает «большая электроэнергетика» обеспечивающая львиную долю энергоснабжения и электроснабжения нашей страны. Но вот беда — в малых размерах, паровые турбины резко теряют свой КПД и становятся малоэффективны. Считается, что в мощностях ниже 3 мВт по электроэнергии паровые турбины начинают значительно терять свои сильные стороны. Именно – поэтому в размерностях ниже 2- 2,5 мВт у нас в стране турбин для электрогенерации не производят. Есть малые паровые турбины для привода электрогенераторов зарубежного производства, но их КПД тоже крайне не велик, а цена – это несколько сотен тысяч долларов или евро за установку электрогенерации мощностью от 200 кВт. Естественно – никакой малый или средний бизнес малую установку электрогенерации для электроснабжения ценой в полмиллиона долларов никогда не сможет окупить.
…... Еще (кроме паровых турбин) – есть потенциальная возможность приводить в действие электрогенератор для энергоснабжения и электроснабжения и выработки электричества за счет традиционной поршневой паровой машины (парового двигателя) паровозного типа. Некоторые энтузиасты для своего энергоснабжения именно так и стараются сделать. Но, у такой давно устаревшей техники (парового двигателя паровозного типа) есть свои серьезные недостатки.
….. Самый главный недостаток- это громоздкость и тихоходность конструкции, как и невысокий КПД поршневой паровой машины. Действительно, традиционные паровые машины работают на оборотах от 200 до 600 оборотов в минуту. А генератор для энергоснабжения и электроснабжения должен вращаться на частоте минимум в 1500 оборотов в минуту. Т.е. к паровой машине для нормального электроснабжения придется еще и дополнительно прилаживать не маленький и не дешевый редуктор.
При этом, чтобы иметь хоть какой-то относительно приемлемый КПД, и поршневые паровые машины и паровые турбины должны работать на перегретом паре значительных параметров. А такой пар требует применения сложных и дорогих котлов с пароперегревателями, что так же значительно усложняет и повышает цену всей установки.
……. Именно по этим вышеописанным, как и по некоторым другим причинам, малая (распределенная, автономная или альтернативная) электроэнергетика не применяет в своей работе дешевого твердого топлива для нужд энергоснабжения и электроснабжения. Поэтому вся малая, (распределённая или альтернативная) электроэнергетика представлена сейчас или малонадежными и зависящими от сил стихий технологиями фотоэлектрических солнечных батарей и электро-ветрогенераторов, либо представлены электро -дизель-генераторами, которые для автономного (малого, распределенного) энергоснабжения и электроснабжения жгут дорогую солярку и поэтому выдают электричество, которое в несколько раз дороже электроэнергии, что обычно предлагается потребителям электричества от электросетевых компаний.
ПАРОВОЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — ДЕТАЛИ
Данный сайт предлагает читателю познакомиться с другим подходом к малой (автономной, распределенной или альтернативной) электрогенерации на сжигании твердого топлива и горючих отходов с использованием паровых роторных двигателей для энергоснабжения и электроснабжения малых и отдалённых потребителей электрической энергии. Уже сегодня появилась возможность создавать относительно компактные, мощные паросиловые схемы, которые с хорошим КПД могут превращать тепло от горения дешевых твёрдых топлив в недорогую электроэнергию. ………. Страничка о КПД — смотри ТУТ.
Т.е. на этом сайте будет представлена информация о технике и оборудовании, которые дают возможности вырабатывать электроэнергию в масштабах от 5 кВт до 1000 кВт получая энергию от сжигания местных дешевых типов топлива или от тепла солнечных лучей. Эта техника использует для привода электрогенераторов паросиловые контуры с применением паровых роторных двигателей. Такая техника уже существует и создается в единичных экземплярах и дает дешевую и не зависящую от электросетевых монополистов электрическую энергию
Тем более- что твердого топлива разного типа, как и разнообразных горючих отходов как в России, так и в мире- огромные объёмы. И эти огромные масштабы дешевого местного топлива и горючих отходов можно пустить на нужды малой (автономной, альтернативной) электроэнергетики и обеспечения дешевым типом электроснабжения и энергообеспечения российской глубинки, как населения отдаленных районов, так и для выработки электрической энергии для нужд малых и средних предприятий разных отраслей.
* * *
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
….. Сегодня термин – Альтернативная Энергетика — весьма в ходу, но большинство людей не вполне четко понимают его содержание. Если имеется альтернатива в энергетике- то чему именно? Может быть, это альтернатива выработки малых объёмов энергии в противовес большим электрогенерирующим станциям мощностью в десятки мегаватт? Или сетевым компаниям- у которых большинство потребителей покупает и получает электроэнергию? Или, может быть, альтернатива заключается в нестандартных и малораспространенных видах топлива — и не важно, какого габарита установка переваривает это топливо.
….. На взгляд автора этих строк и этого сайта, альтернативная энергетика – это такая энергетика, которая является, прежде всего, альтернативой потребления энергии для потребителя в плане его потребления электроэнергии из сети или традиционного автономного электрогенератора с двигателем внутреннего сгорания на жидком топливе. В идеале — электроток дает система на возобновляемых источниках энергии, и эта система независима от внешних субъектов, и полностью находится под управлением и во власти потребителя электроэнергии.
….. Т.е. альтернативная энергетика- это прежде всего полностью автономная и независимая энергетика, и только уже потом засчитываются в плюс или в минус источники появления этой энергии, ее возобновляемость или её экологичность. Т.е альтернатива прежде всего заключается в административной и в финансово – ресурсной независимости, как и в свободе использования такой энергии.
….. Таким образом – альтернативный источник энергии должен отвечать следующим параметрам (изложено по мере убывания степени важности):
… — полная автономность, мобильность;
…. — дешевизна и доступность исходного топлива (источника первичной энергии);
…. — максимально возможная независимость от внешнего управления или регламентации использования;
…. — ресурсная возобновляемость первичного источника энергии;
…..— экологичность по отношению к окружающей среде;
Если такие признаки сочетаются в одной энергетической установке- то она полностью соответствует понятию электрогенератору на альтернативных источниках энергии.
* * *
. . . . На взгляд автора этого сайта мини — электростанции с паросиловыми системами на сжигании твердого топлива, наиболее удачно сочетают в себе все признаки систем распределенной, автономной (альтернативной) малой электро- энергетики, так и позволяют своим пользователям иметь наиболее мощные и эффективные независимые и полностью автономные от монопольных поставщиков электротока от «большой электроэнергетики». А так же иметь полную независимость от капризов погоды или сезонных и суточных колебаний силового потенциала окружающих нас природных стихий. Ведь не секрет- что ветровые и солнечные энергоустановки для серьезных (хотя и малых) пользователей энергосистем мощностью от 10-15 квт, уже имеют очень высокую стоимость, а их способность стабильно (независимо от времени суток и времен года) давать электроэнергию может обеспечиваться только большими запасами резервных накопителей через использование электроаккумуляторов большой мощности. Особенно это характерно для России, где большая часть территории находится в зоне не высокой солнечной активности (особенно зимой), а в зоне проживания основной части населения ветры нестабильны и не имеют серьезной силы.
….. В этом ключе мини — электростанции на сжигании твердого топлива (дрова, торф, горючие отходы) обладают высокой стабильностью, дешевизной и общедоступностью топлива, а так же минимальной экологической нагрузкой на окружающую среду. При этом малую паросиловую установку с электрогенератором вполне можно сделать мощностью на 160-200 квт, и она будет помещаться в стандартный автомобильный прицеп, и при этом работать круглые сутки много месяцев и лет подряд- только подвози топливо. А вот электростанция в 200 квт на солнечных панелях будет занимать место на половину футбольного поля, и будет на максимуме производительности работать только несколько часов в сутки при безоблачном небе, а в темное время суток или в пасмурную погоду — вообще ничего не производить.
Именно поэтому паровые паросиловые мини — электростанции на твердом топливе полностью отвечают задачам альтернативной энергетики.
* * *
Краткий список литературы по теме «Альтернативная энергетика» — для желающих глубже погрузится в эту тему:
- Свен Уделл. «Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии», — Москва, «Изд.Знание»,1980 г.
- Калашников Н.П. «Альтернативные источники энергии» . — Москва.«Изд. Знание», 1987 г.
- Твайделл Дж., Уэйр А. «Альтернативные источники энергии» — Москва. Энергоатомиздат, 1990 г.
- М.В.Голицын, А.М.Голицын, Н.В.Пронина. «Альтернативные энергоносители» Изд. Наука, — Москва, 2004 г.
- «Возобновляемая энергия в России» Изд. Международное энергетическое агентство, 2004 г.
- Л.М. Четошникова. «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии» Издательский центр ЮУрГУ, учебное пособие, 2010 г.
- Gevorkian P. «Аlternative energy systems in building design» . The McGraw-Hill Companies, 2009 г.
* * *
АНОНСЫ НОВЫХ СТАТЕЙ:Статья №1: АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА НА СЖИГАНИИ ТОРФА
… .Многим любителям альтернативной энергетики будет интересно и неожиданно узнать, что по строгому счету вся большая электроэнергетика в СССР начиналась как альтернативная и возобновляемая. Для этого стоит внимательно рассмотреть начало электрофикации СССР. Она начиналась с знаменитого плана ГОЭЛРО (Государственный план электрофикации России).
… . План ГОЭЛРО, рассчитанный на 10—15 лет, предусматривал строительство 30 районных электрических станций (20 тепловых электростанций и 10 гидроэлектростанций) общей мощностью 1,75 млн кВт. Что интересно – из 20 тепловых станций 14 работали на торфе и только 6 на местном угле. Т.е. 10 гидроэлектростанций – это возобновляемая «чистая» энергетика, а 14 ТЭС на торфе тоже к ним относятся. Мало кто знает, что торф отвечает всем требованиям малой, зеленой, альтернативной энергетики. Например, при сжигании торфа вредные выбросы минимальны, их меньше чем при сжигании дров или в выхлопе дизельных генераторов, и сравнимы с выхлопными газами природного газа. В газах от сжигания торфа совсем нет серы и многих других веществ, которых много выделяется при сжигании каменного угля, мазута, солярки и проч. При этом торф (мох и лишайники) в болотах постоянно растет (на 1-3 мм в год) — т.е. непрерывно возобновляется. Следовательно, количество торфа в болотах непрерывно увеличивается.
Интересные данные на эту тему есть во многих научно-практических работах и книгах. Например — Ялтанец И.М., Штин С.М. Получение биотоплива и его сжигание с целью альтернативного энерго и теплоснабжения жилищного и социального сектора небольших населенных пунктов с численностью населения 11–15 тысяч жителей / ГИАБ, отд. вып.№1 Гидромеханизация, – М.: «Горная книга»,2009. (Смотри данные из книги в статье далее. )
… . Еще- торф это местное «подножное топливо» для огромных территорий нашей страны, да во и многих других стран на разных континентах. Именно поэтому торф и был выбран как основная энергетическая база развития электроэнергетики в России на заре Советской Власти.
… . … . … . Читать статью дальше….Статья №2: БИОМАССА (РАСТИТЕЛЬНАЯ МАССА) КАК РЕСУРС АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
… . Почему-то во многих статьях и обзорах на тему альтернативной энергетики тема преобразования в энергию (тепловую и электрическую энергию) горючего твердого топлива и отходов поднимается слабо. Под альтернативной энергетикой больше понимается ветроэнергетика или солнечная энергетика. Реже — выработка электроэнергии на малых гидроэлектростанциях либо использование тепла недр земли. Если и упоминается биоэнергетика в плане выработка тепловой и электрической энергии из биомассы, то чаще всего идет тема сбраживания отходов пищевых производств, либо органического мусора либо навоза- помета с птицеводческих либо животноводческих ферм, для выработки горючего газа. Такой газ потом можно сжигать для разных энергетических нужд.
… . Но вот возможности применения в области альтернативной, малой или автономной- распределенной энергетики древесной массы (щепы, опила или просто дров) либо соломы, как и других горючих остатков от лесопереработки, деревообрабатывающей промышленности, сельского хозяйства – пищевой промышленности, рассматриваются крайне редко.Статья №3: ОТРАБОТАВШИЕ АВТОМОБИЛЬНЫЕ ШИНЫ КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ БАЗИС МАЛОЙ И АВТОНОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
… . Альтернативная и автономная электроэнергетика и проблема утилизации старых шин — что тут общего? Оказывается, оно есть и очень прямое. Все города и села России, да и многих других стран завалены старыми – отработавшими своё автомобильными покрышками. Они лежат кучами у мусорных баков, складированы возле гаражей и авторемонтов, громоздятся на стихийных свалках и проч. Это общемировая проблема и решается она даже в развитых и благополучных странах мира не просто и не дешево. Удивительно – но основным методом ликвидации старых шин в Японии, Германии и Швеции оказывается сжигание старых автомобильных покрышек. Например, в Японии сжигают около 70% старых шин, в Швеции- около 65%, а в Германии – примерно 50%.
Читать статью дальше….Статья №4: ПОПУТНЫЙ ГАЗ — МАЛАЯ, АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА НЕФТЕПРОМЫСЛОВ
… . Попутный газ – это смесь легкокипящих жидких и газообразных фракций углеводородов, которые растворены в нефти. При выходе нефти из пласта давление в ней падает и эти фракции выделяются из нефти, и их уже невозможно транспортировать по нефтепроводу. Использовать эти газы на пользу на скважине нефтедобычи в полевых условиях затруднительно и поэтому в большинстве случаев попутные газы просто сжигают в факелах. И это не смотря на то, что это весьма ценное нефтехимическое и энергетическое сырье. Просто в тундре или в пустыне за тысячи километров от нефтеперерабатывающих и газоконденсатных заводов этот продукт невозможно использовать.
… . Именно поэтому только в России год сжигается от 20 до 50 млрд. куб.м попутного газа в факелах. Точной статистики нет, ибо большинство нефтедобывающих компаний не заинтересованы в точном учете факелов для сжигания попутного газа и их производительности. В во всем мире на месторождениях и нефте- предприятиях горят не менее 17000 факелов, выбрасывая ежегодно в атмосферу около 350 млн т CO2, как и других разнообразных весьма опасных загрязняющих веществ. В России таких факелов по разным оценкам- от 3 до 4 тысяч. Грубые подсчеты показывают – если весь попутный газ в России превратить в электроэнергию со скромным КПД в 15%, то выработка электроэнергии в России увеличится на 30 – 40% … Это в 2 раза больше, чем вырабатывают все гидроэлектростанции России, и 500 раз больше, чем вырабатывают все объекты малой или альтернативной энергетики нашей страны.Статья №5: АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ. КАКИЕ СИЛОВЫЕ СХЕМЫ ВОЗМОЖНЫ В МАЛОЙ ГЕНЕРАЦИИ?
… . В настоящее время – когда цена на киловатт электроэнергии из сети становится все дороже и дошла уже до 11 рублей за киловатт для коммерческих потребителей на начало 2019 года, И все насущнее становится тема автономной, альтернативной энергетики, т.е. независимого электроснабжения различных промышленных и хозяйственных объектов. Тем более этот вопрос остро стоит для тех, чьи удаленные объекты снабжаются в автономном режиме через дизель электрогенераторы. Для таких объектов при цене дизтоплива в 44-47 рублей за 1 литр цена электроэнергии составляет от 19 до 22 руб за киловатт-час. Это очень дорого и энергообеспечение за счет дизель генерации сейчас становится крайне дорогим мероприятием, когда просто нет другого выхода для энергообеспечения.
… . Для все интересующихся малой энергетикой и альтернативным энергообеспечением за счёт дешевого твердого топлива всегда стоит вопрос таким образом – да у нас есть много дешевого топлива.. Но вот каким образом и за счет каких устройств превращать тепловую энергию от сгорания дешевого твердого топлива в электроэнергию – этот вопрос всегда предполагал много ответов…… . Наиболее распространены три варианта технологических решений в ответ на такой вопрос:
— 1. классическая паровая машина с паровым котлом;
— 2. газовый двигатель Стирлинга;
— 3. газогенераторная установка с двигателем внутреннего сгорания;Первое — паровая машина в в альтернативной энергетике:
… . Первый вариант решения проблемы мы видим в развернутом виде на этом сайте, поэтому не будем повторяться.
Читать статью дальше….… . Статья №6: КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
… . Альтернативная энергетика весьма широкое понятие. Тем более — что в документах технического регулирования нет четкого определения и разграничения между такими понятиями как малая энергетика, распределенная энергетика, возобновляемая энергетика, зеленая энергетика и пр.
… . Обычно под всеми такими терминами предполагают очень похожие технические практики и назначение силовых машин. Главное отличие объектов попадающих под все такие определения в том, что они имеют ресурсно-сырьевое обеспечение резко отличающееся от базисного обеспечения ресурсами «большой электроэнергетики».
… . Предполагается, что «большая энергетика» получает топливо от сжигания не возобновляемых, весьма экологически опасных источников топлива, типа нефти, угля или природного газа. А вот возобновляемая, малая и альтернативная энергетика получает свои силовые ресурсы от совершенно иных, экологически безопасных и возобновляемых типов силовых ресурсов. - * * *Далее развитие темы смотри – следующая страница о «Паровой Двигатель в Альтернативной Энергетике»
Или — страница о «Твердом Топливе»