Энергетический ресурс возобновляемых источников энергии Тульского региона

УДК 620.92.004.18

Г.И. Бабокин, д-р техн. наук, проф., зам. директора по научной работе,

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РЕСУРС ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ТУЛЬСКОГО РЕГИОНА

Рассматриваются энергетические ресурсы возобновляемых источников энергии Тульского региона.

Ключевые слова: энергетический ресурс, возобновляемый источник.

Возобновляемые источники ресурсов (энергии) (ВИЭ) обладают рядом преимуществ перед невозобновляемыми, которые заключаются в следующем: непрерывное пополнение запасов (неистощимость); отсутствие дополнительной эмиссии углекислого газа и вредных выбросов в атмосферу; доступность использования.

В мировой энергетике наряду с использованием невозобновляемых источников энергии сложилась тенденция увеличения доли ВИЭ в энергетическом балансе стран. В развитых странах разработаны технологии и технические решения, позволяющие повысить эффективность применения ВИЭ, при этом в странах Евросоюза доля энергии, вырабатываемой ВИЭ, составляет около 8 % и по планам в 2020 г. достигнет 20 %. В России доля энергии, вырабатываемой с помощью ВИЭ, низка и составляет 0,5...0,8 % и практически на порядок ниже, чем например, в странах Евросоюза.

Поэтому оценка энергетического ресурса ВИЭ в Тульском регионе актуальна и представляет интерес для практической энергетики. В работе представлены результаты исследования и оценки валового, технического и экономического ресурсов следующих ВИЭ: малых рек, ветра, биомассы, низкопотенциального тепла грунта и воды, солнца.

В результате исследования энергетического ресурса малых рек Тульской области установлено следующее:

- выявлено 43 действующих плотины на малых реках, где могут быть установлены микроГЭС с минимальными экономическими затратами;

- технический энергетический ресурс малых рек региона в год составил 2,32 МВт. За год на малых электростанциях может быть выработано 20323 тыс. кВт^ч электрической энергии, или 2499 т у.т., что эквивалентно добыче и использованию 6248 т бурого угля;

- экономический энергетический ресурс малых рек региона в год составил 570 кВт. За год на малых электростанциях может быть выработано 4993 тыс. кВт^ч электрической энергии или 614 т у.т., что эквивалентно добыче и использованию 1535 т бурого угля;

Энергосберегающий электропривод и нетрадиционные возобновляемые источники ...

- валовый энергетический ресурс малых рек региона составил около 5 МВт. За год на малых ГЭС может быть выработано 43800 тыс. кВт^ч электрической энергии, или 5387 т у.т., что эквивалентно добыче и использованию 13468 т бурого угля.

В результате исследования энергетического ресурса ветровой энергии в регионе установлено следующее:

- средняя годовая скорость ветра в Тульском регионе изменяется от

^ 2 4,89 до 5,25 м/с, с удельной мощностью потока ветра около 100 Вт/м . В

отдельных местах среднерусской возвышенности, а также в долинах рек

средняя скорость ветра составляет 6...7 м/с, а удельная мощность потока

ветра достигает до 200 Вт/м2;

- при среднегодовой скорости ветра около 5 м/с возможно эффективное применение только малых ветроэнергетических установок (ВЭУ), работающих автономно (не подключённых к энергосистеме) и вырабатывающих электрическую энергию для электроснабжения малых деревень, хуторов и водоподъёмных установок;

- максимальная единичная мощность ВЭУ может составлять 5.30 кВт. Для получения большей мощности необходимо объединять несколько единичных ВЭУ в ветроэлектростанции (ВЭС);

- ВЭУ должна иметь структуру с резервным источником энергии, в качестве которого может быть применён аккумулятор или дизель-генератор, если осуществляется электроснабжение жилых домов;

- экономический энергетический ресурс ветровой энергии региона в год составляет 4827 тыс. кВт^ч, или 608 т у.т., что эквивалентно добыче и использованию 1520 т бурого угля. Установленная мощность ВЭУ для экономического ресурса равна 1,41 МВт;

- технический энергетический ресурс ветровой энергии региона в год составляет 11216 тыс. кВт^ч, или 1988 т у.т., что соответствует добыче и использованию 4969 т бурого угля, при генерируемой мощности ВЭС равной 2,61 МВт.

В результате исследований энергетического ресурса использования биомассы путем анаэробной переработки сделаны следующие выводы:

- валовый годовой энергетический ресурс бытовых отходов и отходов сельского хозяйства при применении анаэробной технологии позволяет получить энергию 447622 МВт^ч, или 55062 т у.т., что соответствует добыче и использованию 137658 т бурого угля и вводу электростанций мощностью 51 МВт;

- валовый энергетический ресурс отдельных видов органических отходов составит:

- животноводство - 190862 МВт^ч, (21,7 МВт);

- полеводство - 93000 МВгч, (10,5 МВт);

- твердые бытовые отходы - 106800 МВт^ч, (12,2 МВт);

- бытовые стоки - 40960 МВгч, (4,7 МВт);

- отходы лесопереработки - 15800 МВт^ч, (1,8 МВт);

- технический годовой энергетический ресурс биомассы составит около 50 % валового ресурса, т. е. 223811 МВт^ч, или 27531 т у.т., что соответствует добыче и использованию 68828 т бурого угля;

- экономический годовой энергетический ресурс биомассы составит 89524 МВт^ч, или 11006 т у.т., что соответствует добыче и использованию 27531 т бурого угля;

- дополнительно с выработкой энергии (электрической или тепловой) может быть получено 319,9 тыс. т экологически чистых органических удобрений;

- энергетический ресурс биомассы наиболее быстро реализуется ввиду наличия серийно выпускаемого оборудования и достаточного опыта его применения в России;

В результате оценки энергетического ресурса низкопотенциального тепла региона получены следующие выводы:

- технический энергетический ресурс низкопотенциального тепла региона от всех видов источников низкопотенциального тепла в год равен 751,19^10 т у.т., что соответствует добыче и использованию 1,88 млн т бурого угля, в том числе:

- потенциал тепла грунта и водоемов - 159,8^10 т у.т.;

- потенциал тепла сбросовых сточных вод очистных сооружений -106,53^ 103 т у.т.;

- потенциал сбросового тепла охлаждающей воды тепловых электростанций - 213,06^ 103 т у.т.;

- потенциал тепла систем оборотного водоснабжения предприятий -271,8^ 103 т у.т.;

- экономический энергетический потенциал низкопотенциального тепла региона в год, определенный как 20 % от технического потенциала, 150,2^10 т у.т., что соответствует добыче и использованию 380 тыс. т бурого угля.

В результате исследования энергетического ресурса солнечной энергии региона сделаны следующие выводы:

- валовый годовой энергетический ресурс солнечной энергии достигает 3,21 млрд т у.т.;

- технический годовой энергетический ресурс солнечной энергии составляет 16,24 млн т у.т., при этом ресурс по производству тепловой энергии - 16,0 млн т у.т. и по производству электрической энергии -0,24 млн т у.т. Это соответствует добыче и использованию 40,6 млн т бурого угля;

- экономический годовой энергетический ресурс солнечной энергии по производству тепла в виде замещаемого органического топлива достигает 14,58 тыс. т у.т., что соответствует добыче и использованию 36,5 тыс. т бурого угля;

Энергосберегающий электропривод и нетрадиционные возобновляемые источники ...

- экономический энергетический ресурс солнечной энергии по производству электрической энергии в виде замещаемого органического топлива составит 1,78 тыс. т у.т., что соответствует добыче и использованию 4,45 тыс. т бурого угля;

- в климатических условиях Тульского региона солнечные установки отечественного производства для нагрева воды могут эффективно использоваться потребителями в бытовых и промышленных целях в течение 6 - 7 месяцев в году (март - сентябрь). Для нагрева 100 литров воды солнечная установка должна иметь 2...3 м2 солнечных коллекторов. Такая водона-гревательная установка в летнее время обеспечит ежедневный нагрев воды до температуры не менее 45 °С с вероятностью не менее 70.80 %;

- в климатических условиях региона выработка электрической энергии с помощью зарубежных солнечных модулей, использующих фотоэлектрические преобразователи, возможна до мощностей 1.5 кВт, однако стоимость электроэнергии пока высока;

- активное и пассивное использование солнечной энергии рекомендуется при строительстве и реконструкции жилых домов, зданий.

Испытания и опытная эксплуатация микроГЭС мощностью 10 кВт на реке Непрядва (с. Непрядва Воловского района) показали ее работоспособность и эффективность, в том числе и в зимний период. Кроме того, опытная эксплуатация ВЭУ мощностью 0,5 кВт в с. Непрядва для электроснабжения здания сельской администрации показала ее работоспособность и эффективность. Для использования энергии ВИЭ были разработаны пилотные проекты ВЭС генерируемой годовой мощностью 60 кВт (установленная мощность 88 кВт), состоящей из 11 ВЭУ мощностью 9 кВт, для электроснабжения музея-заповедника «Куликово поле» (с. Монастырщина - ВЭС будет вырабатывать в год 560,81 тыс. кВт^ч, срок окупаемости затрат на ВЭС составляет около 3,5 лет и проект теплоснабжения мощностью 60 кВт для сельской школы в д. Савино Новомосковского района на базе применения теплового насоса. Срок окупаемости затрат на систему теплоснабжения школы на базе теплового насоса - около 5 лет.

Таким образом, суммарный годовой технический энергетический ресурс всех ВИЭ Тульского региона составляет около 16,6 млн т у.т., что соответствует добыче и использованию 41,5 млн т бурого угля в год. Затраты на реализацию технического энергетического ресурса ВИЭ достаточно велики, а сроки их окупаемости достигают 4 - 5 лет.

Экономический годовой энергетический ресурс всех ВИЭ региона составляет 178,81 тыс. т у.т., что соответствует добыче и использованию 447,0 тыс. т бурого угля в год. Затраты на реализацию экономического энергетического потенциала являются средними, а срок их окупаемости 3 -5 лет.

Наиболее эффективными ВИЭ в условиях региона являются установки, использующие низкопотенциальное тепло и биомассу путем ее ана-

эробного разложения, а также тепловые установки, использующие солнечную энергию.

Возобновляемые источники энергии могут применяться в отдаленных от электрических сетей района области и это является их дополнительным преимуществом.

G.I. Babokin

ENERGETIC RESOURECES OF RENEW SPRING TULA REGION

Energetic resoureces of renew spring Tula region are considered.

Key words: energetic resoureces, renew spring, Tula region.

Получено 24.12.11

УДК 62-581.6

Г.И. Бабокин, д-р техн. наук, проф, зам. директора, (848762) 6-13-83, ргоре^ог. seince@nirhtu.ru

(Россия, Новомосковск, РХТУ им. Д.И. Менделеева),

Т.А. Гнатюк, ст. преподаватель, (848762) 6-13-83, propetor. seince@nirhtu.ru

НЕЧЕТКИЙ РЕГУЛЯТОР ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА

Приведена структура нечеткого регулятора нагрузки электропривода механизма подачи очистного комбайна, включающего пропорциональную и интегральные части.

Ключевые слова: нечеткий регулятор, электропривод, очистной комбайн.

Повышению эффективности механизированной выемки полезных ископаемых способствуют методы совершенствования конструкций и систем управления очистными комбайнами (ОК). Очистной комбайн — основная машина в механизированном комплексе, осуществляющая отбойку и погрузку, например угля, на конвейерную систему комплекса. Производительность ОК в основном определяет и производительность добычи угля на угольных предприятиях. Современные ОК представляют сложную электромеханическую систему, включающую приводы резания и механизма подачи. Как правило, привод резания включает два асинхронных электродвигателя, которые через редукторы вращают шнеки, оснащенные резцами. В качестве привода механизма подачи применяется регулируемый

126