В качестве источника энергии в мини-ТЭЦ используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС): дизельные, газовые и газотурбинные. Энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, переходит в энергию электричества и утилизируюмую энергию тепла.

В газовых двигателях могут использоваться такие виды газов как: природный газ пропан, факельный газ, газ сточных вод, биогаз, газ мусорных свалок, коксовый газ, попутный газ, пиролизный газ, дре­весный газ, газ химической промышленности.

Примечание.

Наибольшей эффективностью, надежностью и универсальностью отличаются установки на основе газовых (газопоршневых) двигателей.

Это вызвано, прежде всего, современными требованиями к эколо­гической чистоте окружающей среды, а также к снижению эксплуа­тационных расходов на органическое топливо и доступностью его использования.

Газовые двигатели используются для работы в составе генератор­ных установок, предназначенных для постоянной и периодической работы (снятие пиковых нагрузок) с комбинированной выработкой электроэнергии и тепла (когенерация).

Кроме того, установки могут использоваться для обеспечения работы абсорбционных холодильных установок (тригенерация) в системах кондиционирования.

Секционирование когенераторных установок из нескольких бло­ков, позволяет достичь эффективности такой же, как и у большой установки, при этом получая ряд значительных преимуществ.

Это точное управление мощностью. Максимальный КПД достига­ется при загрузке на 100%. Это значит, что при секционировании, в минимальные часы энергопотребления, есть возможность нагрузить часть блоков, а часть — оставить в нерабочем состоянии. Это приво­дит к увеличению ресурса всей системы в целом.

В последнее время стремительно растет количество оборудова­ния, которое использует для своей работы биогаз, свалочный газ, газ с водоочистных станций или другое альтернативное топливо как, например, метан. Принцип использования биогаза в когенерацион — ных установках представлен на рис. 7.13.

Биогазовая станция строится, прежде всего, возле очистных соо­ружений сточных вод, на свалках коммунальных отходов или в сель­скохозяйственных предприятиях, занимающихся животноводством.

Поскольку биогаз обычно возникает как побочный продукт во время обработки органических отходов, эксплуатация когенерацион — ных установок, работающих на этом виде топлива, является с эконо­мической точки зрения очень выгодной.

Примечание.

Новое энергетическое законодательство в таком случае гаран­тирует потребителям когенерационной технологии, которые используют возобновляемые источники энергии, долговременные стабильные закупочные цены электричества на экономически при­влекательном уровне.

SHAPE * MERGEFORMAT

Приливные колебания уровня в огромных океанах планеты вполне предсказуемы. Основные периоды этих колебаний:

♦ суточные продолжительностью около 24 ч;

♦ полусуточные — около 12 ч 25 мин.

Разность уровней между последовательными самым высоким и самым низким уровнями воды (высота прилива R) составляет 0,5—10 м.

Примечание.

Первая цифра (0,5 м) наиболее характерна, вторая (10 м) достига­ется и даже превосходится лишь в некоторых особенных местах вблизи побережья континентов.

Во время приливов и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых в прибрежных проливах и между островами может достигать примерно 5 м/с (http://renewables. ru).

Поднятую на максимальную высоту во время прилива воду можно отделить от моря дамбой или плотиной. Места с большими высотами приливов обладают большими потенциалами приливной энергии. Однако не только этот фактор важен для развития приливной энерге­тики: надо принимать во внимание и капитальные затраты, и будущую прибыль от создания соответствующих приливных электростанций (ПЭС).

Энергия приливных течений может быть преобразована подобно тому, как это делается с энергией ветра. Преобразование энергии при­ливов использовалось для приведения в действие сравнительно мало­мощных устройств еще в средневековой Англии и в Китае.

Из современных ПЭС наиболее хорошо известны:

♦ крупномасштабная электростанция Ране мощностью 240 МВт, расположенная в эстуарии реки Ла Ране, впадающей в залив Сен Мало (Бретань, Франция);

♦ небольшая опытная станция мощностью 400 кВт в Кислой губе на побережье Баренцева моря (Россия).

Из мест, которые давно приковывают внимание гидростроителей, следует назвать эстуарий реки Северн в Великобритании и залив Фанди на восточном побережье Северной Америки на границе между США и Канадой.

Высота, ход и периодичность приливов в большинстве прибреж­ных районов хорошо описаны и проанализированы благодаря потреб­ностям навигации и океанографии. Поведение приливов может быть предсказано достаточно точно, с погрешностью менее 4%. Таким образом, приливная энергия оказывается весьма надежной формой возобновляемой энергии.

При её преобразовании возникают и определенные неудобства:

♦ несовпадение основных периодов возникновения приливов (12 ч 25 мин и 24 ч 50 мин), связанных с движением Луны, с при­вычным для человека периодом солнечных суток (24 ч), в связи с чем оптимум приливной генерации находится не в фазе с по­требностями в энергии;

♦ изменение высоты прилива и мощности приливного течения с периодом в две недели, что приводит к колебаниям выработки энергии;

♦ необходимость создания потоков воды с большим расходом при сравнительно малом перепаде высот, что заставляет использо­вать большое число турбин, работающих параллельно;

♦ очень высокие капитальные затраты на сооружение большин­ства предполагаемых ПЭС;

♦ потенциальные экологические нарушения и изменение режимов эстуариев и морских районов.

Вблизи побережья и между островами приливы могут создавать достаточно сильные течения, пригодные для преобразования энергии. Устройства для преобразования энергии приливных течений будут практически сходны с аналогичными устройствами, приводимыми в действие течениями рек.

Соотношения, позволяющие оценить мощность приливных тече­ний, подобны тем, которые используются в ветроэнергетике, при этом следует иметь в виду, что плотность воды во много раз выше плотно­сти воздуха, а скорости течения воды сравнительно низки.

Уже разработан целый ряд современных устройств для преобразова­ния энергии приливных течений, один из которых показан на рис. 5.17. Капитальные затраты на создание подобных устройств в расчете на 1 кВт установленной мощности достаточно высоки, поэтому их строительство целесообразно лишь в отдаленных районах с высокими скоростями при­ливных течений, где любые альтернативные источники энергии еще более дороги. На эту тему интересна книга Волеваха Н. М., Волеваха В. А. Нетрадиционные источники энергии. — К: Вища школа. — 1988. — 58 с.

Основы теории приливной энергетики достаточно просты. На рис. 5.18 показано, что ПЭС может работать как при опустошении

бассейна, так и при его наполнении. Оптимальная станция, использую­щая реверсируемые гидроагрегаты, которые, кроме того, можно еще использовать и в насосном режиме для повышения уровня в бассейне, может перерабатывать до 90% потен­циальной энергии прилива.

Были разработаны предложения по превращению биомассы в жид­кость, напоминающую тяжелую топливную нефть, путем реакции ее с восстановительными газами (оксид углерода и водород) в присут­ствии катализатора. Обычно необходимо давление 250 бар и темпе­ратура 600—700 °С. Процессы сжижения обычно предполагают под­готовку восстановительных газов путем пиролиза или окислительной газификации большего количества биомассы. В редких случаях можно получить дешевый водород из других источников, например при элек­тролизе воды на гидроэлектрических установках.

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «грунт-вода», «вода-вода», «воздух-вода», «грунт-воздух», «вода-воздух», «воздух-воздух».

При использовании в качестве источника тепла энергии грунта трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на глубину 1 м. Минимальное расстояние между трубами коллектора — 0,8… 1 м.

Специальной подготовки почвы не требуется. Но желательно использовать участок с влажным грунтом, если же он сухой, контур надо сделать длиннее. Ориентировочное значение тепловой мощно­сти, приходящейся на 1 м трубопровода, 20—30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длиной 350—450 м, для укладки которого потребу­ется участок земли площадью около 400 м2 (20×20 м). При правильном расчете контур не влияет на зеленые насаждения.

Если свободного участка для прокладки коллектора нет или в каче­стве источника тепла используется скалистая порода, трубопровод опускается в скважину. Не обязательно использовать одну глубокую скважину, можно пробурить несколько неглубоких, более дешевых, чтобы получить общую расчетную глубину. Иногда в качестве сква­жин используют фундаментные сваи.

Ориентировочно на 1 пог. м скважины приходится 50—60 Вт тепло­вой энергии. Таким образом, для установки теплового насоса произ­водительностью 10 кВт необходима скважина глубиной 170 м.

Существенно снизить необходимую глубину скважины и увели­чить отбор тепловой энергии до 700 Вт на на 1 пог. м скважины позво­ляет применение активного контура «Fill well» первичного преобра­зователя теплового насоса (необходимым условием является наличие обводненого горизонта вскрываемого скважиной).

Среди тепловых насосов, использующих тепло поверхностного слоя земли, выделяется система EarthLinked® с подземным медным теплообменником DIRECT AXXESS®.

Хладагент подается непосредственно к источнику земного типа, что обеспечивает высокую эффективность геотермальной отопитель­ной системы. Испаритель устанавливают в грунт горизонтально ниже глубины промерзания или в скважины диаметром 40—60 мм пробу­ренные вертикально либо под уклоном до глубины 15—30 м.

Благодаря такому инженерному решению устройство теплообмен­ного контура производится на площади всего несколько квадратных метров, не требует установки промежуточного теплообменника и дополнительных затрат на работу циркуляционного насоса.

При использовании в качестве источника тепла близлежащего водоема контур укладывается на дно. Этот вариант принято считать идеальным: не слишком длинный внешний контур, «высокая» температура окружаю­щей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом.

Ориентировочное значение тепловой мощности на 1 м трубопро­вода — 30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса произ­водительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длиной 300 м. Чтобы трубопровод не всплывал, на 1 пог. м устанавливается около 5 кг груза.

Для получения тепла из теплого воздуха (например, из вытяжки системы вентиляции) используется специальная модель теплового насоса с воздушным теплообменником. Тепло из воздуха для системы отопления и горячего водоснабжения также можно собирать на про­изводственных предприятиях.

Если тепла из внешнего контура все же недостаточно для отопления в сильные морозы, практикуется эксплуатация насоса в паре с допол­нительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использо­вании бивалентной схемы отопления). Когда уличная температура опускается ниже расчетного уровня (температуры бивалентности), в работу включается второй генератор тепла — чаще всего небольшой электронагреватель (тен).

Достоинства

Одним из перспективных видов автомобильного горючего, в насто­ящее время, является метиловый спирт (http://ugle-kislota. narod. ru).

Метиловый спирт (метанол) представляет собой бесцветную вос­пламеняющуюся жидкость со слабым спиртовым запахом, темпера­тура замерзания -98 °С, кипения +65 °С. Хорошо смешивается с водой. Как и все спирты, он обладает высокой детонационной стойкостью, октановое число метанола составляет 114,4 единицы. Для сравнения, октановое число этанола (винный, этиловый спирт) — 111,4 ед.

Из всех антидетонационных компонентов бензина, метанол явля­ется наиболее эффективной добавкой в отношении снижения выбро­сов СО, СН и NOx. Может метанол использоваться и как самостоя­тельное автомобильное горючее, в этом случае метанол имеет опреде­ленные достоинства.

Метанол представляет собой «чисто» сгорающее топливо, обла­дает лучшими топливными характеристиками, чем бензин, вследствие чего, при его применении повышается КПД двигателей внутреннего сгорания. Современные бензиновые двигатели могут хорошо рабо­тать на метаноле. При этом технические характеристики двигателя улучшаются:

♦ высокая детонационная стойкость;

♦ абсолютное отсутствие сернистой коррозии двигателя и выбро­сов серы и сажи в выхлопе;

♦ минимальное нагарообразование в двигателе;

♦ на 50% меньшая токсичность продуктов сгорания.

Следует отметить, что повышается КПД, благодаря внутреннему охлаждению и повышению степени сжатия высокий коэффициент наполнения цилиндров горючей смесью (по сравнению с бензином выигрыш в мощности при работе на метаноле достигает 10%).

Указанные достоинства метанола привели к тому, что он уже давно используется как топливо на гоночных автомобилях и авиамоделях, спортивных мотоциклах, где требуются компактные и вместе с тем мощные двигатели. Многие исследовательские институты считают его топливом будущего.

Наилучшим местом установки ветроэлектростанции является уча­сток с наименьшей затеняемостью от ветра большими деревьями и постройками с минимальным расстоянием от их 25—30 м. Высота ее должна превышать высоту ближайших строений на 3—5 м. По линии господствующего направления ветра деревьев быть не должно.

WE3000 является ВЭС второй величины с позаимствованными эле­ментами самого лучшего у WE1500. Но, в то же время, WE3000 явля­ется принципиально новой машиной с большим диаметром турбины, иной конструкцией лопастей и мощным генератором очень надежной конструкции.

Установка WE3000 представляет собой высокоэффективную, бес­шумную, самоориентирующуюся систему способную работать в автономном режиме при минимальных скоростях ветра от 2 м/с. При

ветре 10 м/с WE3000 может производить электроэнергию мощностью более 3 кВт.

Использование генератора без повышающего редуктора (мульти­пликатора) позволяет во много раз увеличить срок необслуживаемого использования, и позволяет в течение срока службы эксплуатировать WE3000, не прибегая к плановой замене деталей или узлов. Отсутствие редуктора позволяет добиться старта ВЭС при самом слабом ветре и делает работу наших ветряков бесшумной.

Характеристики электростанции WE3000:

♦ TOC o "1-5" h z номинальная мощность генератора, кВт…………………………….. 3,0

♦ максимальная мощность генератора, кВт……………………………. 5,1

♦ максимальные обороты ротора, об/мин……………………………… 260

♦ выходное напряжение………………………. переменное трехфазное

♦ макс. вых. напряжение в цепи АКБ, VDC…………………………… 285

♦ частота, Гц………………………………………………………………….. 0—35

♦ диаметр ротора, м……………………………………………………………. 4,5

♦ количество лопастей, штук…………………………………………………… 3

♦ стартовая скорость ветра, м/с…………………………………………….. 2,0

♦ номинальная скорость ветра, м/с……………………………………….. 10

♦ ориентация по ветру………………………………………………………… есть

♦ защита от ураганных ветров…………………………………………….. есть

♦ тормоз ротора…………………………………………………………………. есть

♦ шкаф управления — микропроцессорный——- Control Box СВ20

♦ высота мачты не менее, м………………………………………………….. 12

♦ напряжение аккумулятора, В…………………………………………….. 240

♦ TOC o "1-5" h z максимальный ток заряда, А……………………………………………… 20;

♦ минимальные аккумуляторы…………………….. 20 штукх12 В 26 Ач;

♦ конструкция мачты…………………………………………………… сборная;

♦ масса WE3000, кг……………………………………………………………. 154;

♦ уровень шума (на расстоянии 10 м), дБ, не более……………….. 45;

Можно сделать простейшие собственные солнечные батареи в кухне из материалов из хозяйственного магазина (www. scitoys. com). Предлагаемая солнечная батарея будет сделана из оксида меди вместо кремния. Окись меди — один из первых материалов, в котором ученые открыли фотоэ­лектрический эффект, в котором свет заставляет электричество течь в материале. Фото и подробности см. на http://electro-shema. ru/zll. htm.

Материалы:

♦ лист меди из хозяйственного магазина. Он обычно стоит при­близительно 150 руб. за 1 м2. Нам нужно примерно 45 см2;

♦ два зажима «крокодильчика»;

♦ чувствительный микроамперметр, который может измерить промежутки между 10 и 50 микроамперами. Можно использо­вать и обычный;

♦ электрическая печь не меньше 1100 Вт, чтобы горелка станови­лась красной;

♦ пластиковая 2-литровая бутылка с отрезанным горлышком;

♦ пара столовых ложек столовой соли;

♦ вода из-под крана;

♦ наждачная бумага или дрель с насадкой (абразивной);

♦ листовой металл.

Сначала нужно отрезать часть меди, чтобы она была размером с электрическую плиту. Помойте руки, чтобы не оставлять жирных или других пятен. Также вымойте медный лист с моющим средством, чтобы смыть с него жир. Используйте наждачную бумагу или абразив­ную щетку, чтобы полностью убрать медное защитное покрытие так, чтобы любой сульфид или другая легкая коррозия были удалены.

Затем положите чистый медный лист на плитку (электрическую) и включите ее на максимум.

Медь начнет нагреваться и окисляться, вы увидите красивые красно-оранжевые пятна на ее поверхности. Когда медь нагреется еще больше, разноцветные пятна станут заменяться черным цветом — оксидом меди. Все цвета исчезают, когда спираль уже красная.

Когда горелка будет пылать, лист меди будет покрыт черным мед­ным оксидом.

Совет.

Позвольте ей пожариться еще полчаса, таким образом, черное покры­тие будет толстым. Это важно, так как толстое покрытие отсло­ится легко, в то время как тонкое останется, прилипнув к меди.

После получаса «кулинарии» выключите горелку. Оставьте горя­чую медь на горелке, чтобы медленно охлаждаться. Если вы охладите ее слишком быстро, то черная оксидная пленка прилипнет к меди.

Поскольку медь охлаждается, она сжимается. Черная медная окись также сжимается. Но они сжимаются с разной скоростью, что застав­ляет черную медную окись отслоиться.

Когда медь охладилась до комнатной температуры (это занимает приблизительно 20 мин.), большая часть черной оксидной пленки уйдет.

Легкое очищение вашими руками под проточной водой удалит большинство маленьких кусочков. Не пытайтесь отдирать неподдаю — щиеся пятнышки и не сгибайте лист — можете повредить тонкий слой окиси меди, а как раз он нам и нужен.

Остальная часть сборки очень быстрая и простая. Обрежьте вто­рой лист меди под размер с первым (нагретым). Аккуратно согните обе части, таким образом они войдут в пластмассовую бутылку, не касаясь друг друга.

Прицепите «крокодильчики» к обеим пластинам. Соедините провод от чистой меди к плюсу, а провод от пластины с оксидом — к минусу. Теперь смешайте пару столовых ложек соли в небольшом количестве горячей воды из-под крана. Размешивайте, пока вся соль не раство­рится. Аккуратно вылейте смесь в бутылку (где пластины), оставив примерно 2,5 см от краев пластин.

Оксид меди — полупроводник. Он является промежуточным про­водником, где электричество может течь свободно, и изолятор, где электроны сильно связаны с их атомами, и не текут свободно.

В полупроводнике есть промежуток, названный запрещенной зоной между:

♦ электронами, которые связаны сильно с атомом;

♦ электронами, которые более далеки от атома, который может переместиться свободно и провести электричество.

Электроны не могут остаться в запрещенной зоне. Электрон может дать только немного энергии и переехать от ядра атома в запрещенную зону. Электрон должен получить достаточно энергии переместиться дальше от ядра, за Пределами запрещенной зоны.

Точно так же электрон вне запрещенной зоны не может проиграть немного энергии и упасть только немного ближе к ядру. Это должно потерять достаточно энергии упасть мимо запрещенной зоны в область, где можно электронам.

Когда солнечный свет поражает электроны в оксиде меди, некото­рые из электронов получают достаточно энергии от солнечного света, чтобы подскочить мимо запрещенной зоны и стать свободными про­вести электричество. Батарея производит 50 мА в 0,25 В.

Свободные электроны перемещаются в соленую воду, затем в чистую медную пластину, в провод, через амперметр, и назад к окис­ленной пластине. Поскольку электроны перемещаются через ампер­метр, мы видим работу (ампер). Когда тень падает на солнечную бата­рею, электроны движутся медленнее и миллиампер меньше.

Истощение месторождений нефти, угля и газа может привести к глобальной энергетиче­ской катастрофе. Ведь традиционные источники энергии иссекаемы. А ветер, Солнце, реки, океаны и моря обладают неисчерпаемыми запасами энергии. Доступна в неограниченных количествах и биомасса, и вторсырье.

В книге рассматриваются устройства, с помощью которых можно получать энергию из неисчерпаемых или возобновляемых природных ресурсов. Такие устройства снижают за­висимость от традиционного сырья. Повсеместный переход на альтернативную энергетику может эту зависимость полностью исключить.

В ряде случаев использование традиционных источников или дорого, или они расположены так далеко от загородного дома, что коммуникации проложить невозможно. В этих случаях стоит задача электроэнергию и тепло получить на месте его использования. Это совершенно реально, да и экономически выгодно.

Книга рассказывает об использовании солнечного излучения, механической энергии ветра, течения рек, приливов и отливов морей и океанов, геотермальной энергии Земли, биомассы для получения электроэнергии и тепла.

Книга предназначена для широкого круга домашних мастеров.

Следующий шаг — изготовление лопастей и ступицы. Многие вырезают лопасти из дерева. Такой вариант является чрезмерно тру­доемким.

Лопасти можно вырезать из секций ПВХ і трубы. Сначала вы должны решить для себя, какого размера лопасти нужны. Затем можете отправляться в магазин. Само собой разуме­ется, вы должны купить отрезок трубы такой I же длины, какими будут лопасти.

Примечание.

Диаметр трубы должен быть в 5 раз меньше длины лопасти.

Например, для лопастей 50 см надо купить трубу диаметром 10 см. Из одного отрезка трубы можно сделать 4 лопасти.

Итак, вы принесли домой ПВХ трубу. В нашем примере, для лопастей 50 см. Этапы соз­дания лопастей представлены на рис. 1.26.

Первым делом надо разрезать трубу вдоль на четыре одинаковых секции. Размечать цилин­дрическую поверхность трубы без каких-либо приспособлений сложно. Лучше всего взять большой лист бумаги и плотно обмотать его вокруг трубы. Край листа поможет провести прямую линию на трубе.

Ширина листа будет равна, длине окруж­ности. Затем сложите лист бумаги пополам

и отметьте половину окружности трубы. Наконец, сложите лист в четыре раза. Таким методом вы сможете аккуратно провести прямые линии по всей длине трубы. А теперь берите пилу, и разрезайте трубу на две половины. А теперь каждую половину еще раз пополам.

Обработайте четыре заготовки. Теперь, с каждой из четырех заго­товок, мы должны проделать следующее:

♦ сделать прямоугольные вырезы длиной порядка 5 см у основа­ния будущих лопастей. Прежде чем резать заготовки, надо про­сверлить в углах отверстия, чтобы не нарушать структурную целостность материала. Вырезы следует делать аккуратно, ста­раясь не задеть пилой просверленные отверстия;

♦ обрезать заготовки наискосок от конца к основанию.

Следуя общему рецепту (рис. 1.26), кое-

что можно сделать по-другому (рис. 1.27).

Купить трубу из ABS, а не ПВХ. Диаметр трубы взять 150 мм, вместо 100 мм. И уве­личить длину лопастей с 50 см до 61 см.

Разрезать трубу вдоль на четыре части.

Вырезать одну лопасть и дальше использо­вать ее как шаблон для вырезания осталь­ных. В результате получаться три рабочие лопасти и одну запасную.

Затем, используя шкурильную машину, снять с лопастей заусенцы и сгладить края, стараясь придать им лучшую аэродина­мическую форму. Не знаю, насколько это улучшает их свойства, но уж точно, портит (рис. 1.27, б).