1598005370-70491a7283ca3540dddce2de932120e0 (811201), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Это должно привести к снижению их стоимости за счет снижения затрат, достигаемого при массовом производстве. Электростанция, мощность которой измеряется мегаваттами, может быть построена менее чем за год - значительно быстрее, чем обычная электростанция, и тем более - атомная. По этой причине есть возможность гибко учитывать изменения, обусловленные требованиями потребителей. быстрое снижение стоимости фотоэлектричества (от 60 долл. за 1кВт/ч. до 1 долл.
в 80-е годы и 20-30 центов сегодня) н образование в этой области рынка повысилн потребность в такого рода энергии, причем она возрастает на 25% в год. Сегодняшняя стоимость фотозлектриче- 116 ства все еще примерно в 5 раз выше стоимости электричества от традиционных источников, но прогресс в этой области обг КПД п еоб азован н о гоняет прогнозы. д преобразования энергии в фотоячейке в лабораторных условн" ях повысился с 16-1854 в середине 70-х годов до 28',4 в настоящее время для ячейки с кристаллическим кремнем н до 5584 для ячейки с полупроводником на основе арсеннда галлия (ячейка с двумя слоями, которые поглощают различные части солнечного спектра). Появился новый класс перспективных фотоматериалов на базе тонких пленок полупроводниковых материалов.
Хотя этн ячейки в общем случае менее эффективны (КПД 16',4), потенциально они будут иметь очень низкую стоимость, возможно„в 10 раэ меньше стоимости в массовом производстве существующих фотоэлектрических модулей. Тонкопленочная технология особенно ценна для снижения себестоимости в массовом производстве и для нее достаточно очень малые количества активного материала. Фотоэлектрические системы требуют минимального обслуживания, не нуждаются в воде и поэтому хорошо приспособлены для отдаленных н пустынных районов. Диапазон их мощностей очень широкот сравнительно небольших портативных установок в несколько ватт до многомегаваттных электростанций, покрывающих миллионы квалратных метров площади.
Малые 'фотоэлектрические системы являются потенциально экономически выгодными даже в относительно облачнью дни или на высоких широтах, где использование солнечной энергии представляется неэффективным. В частности в ФРГ была доказана экономичность использования солнечной энергии лля энергоснабжения потребителей в тех местах, где не проложены еще распределительные сети. Например, для обеспе юнна электропитанием отдельных горных приютов нлн автоматических радиостанций, малых телепередающих устройств, линейных телефонов на автострадах или для гальванической протнвокоррозионной защиты магистральных трубопроводов.
Поскольку поступление солнечной энергии периодично, фотоэлехрическне системы наиболее рационально включают в гибридные станции, использующие и солнечную энергию, и природный газ. Гибридные маломощные станции, состоящие иэ фотоэлектрических панелей и дизельных генераторов, уже являются надежными поставщиками энергии (рисй 8.19). 84, БИОКОНВЕРСИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ Способы получения энергии из биомассы Биомасса, если иметь в виду древесину, солому, является одним нз самыхдревних возобновляемых энергоресурсов, используемых человеком. 117 В биомассе - зеленой массе растений, создаваемой в процессе фотосинтеза, - солнечная энергия запасается в виде химической энергии, которая может быть высвобождена различными путями.
Растительный покров Земли составляет более 1800 млрд. т сухого вещества, что энергетически эквивалентно 3 10зз Дж. Эта цифра соответствует известным запасам энергии полезных ископаемых. Леса составляют 6854 биомассы суши, травяные экосистемы - примерно 16А, а возделываемые земли - 8',4. В целом на Земле прн помощи фотосинтеза ежегодно производится 173 млрд.т сухого вещества, что более чем в 20 раз повышает используемую в мире энергию и в 200 раз - энергию, содержащуюся в пище всех более 4 млрд, обитателей планеты. Запасенная в биомассе энергия органических соединений может быть использована непосредственно в видо пищевых продуктов человеком или животными нли же для получения энергии в промышленных целях.
Сжигание Древнейший способ прямого получения энергии из биомассы - зто ее сжигание. Даже в настоящее время он является самым распространенным в сельской местности, где свыше 854 энергии получают именно этим путем. Биомасса как топливо имеет ряд достоинств. В отличие от ископаемого топлива при ее сжигании выделяется менее 0,1'4 серы н от 3 до 5',4 золы в сравнении 2-3 и 10-15',4 соответственно для угля. Количество углекислого газа, высвобождающегося при сжигании биомассы, компенсируется количеством углекислого газа, потребляемого при фотосинтезе. В результате содержание СОз в атмосфере остается неизменным.
Этиловый спирт (этанол) Энергию можно получить иэ сельскохозяйственных культур, специально выращнваемых для этой цели. Это могут быть особые виды быстрорастущих деревьев, растения, богатые углеводами, из которых получают этиловый спирт (этанол). Для производства этилового спирта из такой растительной биомассы необходимо экстрагировать и подвергнуть гидролизу запасенные углеводы с последующим их сбраживанием в спирт.
Из растений, продуцирующих этиловый спирт, наиболее широко используется сахарный тростник. Зтанол из 'сахарного тростника в больших количествах производится в Бразилии. В связи с растущим дефицитом торгового баланса, вызванного резким увеличением цен иа нефть в последние годы, в Бразилии было решено использовать в качестве автомобильного топлива не бензин, а чистый этанол и смесь этанола с бензином. По сравнению с бензином этанол обладает не только экономическими, но и техническими преимуществами, например более высоким октановым числом. Про- 118 изводство этанола путем ферментации сока сахарного тростника возросло с 900 млнш в 1973 г.
до 6 млрд.л в 1992 г., нз ннх 2,2 млрд.л пошли на получение смеси безводного этанола с бензином. Благодаря использованию этанолового топлива воздух в таких загрязненных городах, как Сан-Паоло и Рно-де-Жанейро, стал значительно чище. Стоимость зтанола, производимого на юге Бразилии, составляет в среднем 18,5 цента за 1 л. При такой стоимости рн мог бы легко конкурировать с импортной нефтью, если бы цена на мировом рынке оставалась равной 24 долл. за баррель.
Эффективная стоимость этанола может снизиться еще более, если пар, полученный при сжигании выжимок сахарного тростника, использовать для выработки электроэнергии. В настоящее время паровые турбины низкого давления способны производить около 20 кВт/ч. электроэнергии прн сжигании выжимок„полученных из 1 т сахарного тростника. С помощью паровых турбин высокого давления можно было бы производить в 3 раза, а с помощью газовых - в 10 раз больше электроэнергии.
Комбинации подобных технологий представляются весьма перспективными„и благодаря им сахарные заводы могут стать экспортерами энергии. В США небольшое количество зтанола, получаемого из зерновых, используется в качество добавки к бензину. Этот этанол относительно дорог„однако в настоящее время разрабатывается технология получения сырья с использованием ферментов. Специалисты из научно-исследовательскрго института солнечной энергии считают, что к 2000 г. этанол, получаемый из дешевых источников, будет конкурентоспособен по отношению к бензину. Бногаз Другой способ производства энергии из биомассы состоит в получении биогаза путем аназробного перебраживания.
Такой газ представляет собой смесь из 65;4 метана, 3088 углекислого газа, 188 сероводорода и незначительного количества азота и водорода. Метановое "брожение", или биометаногенез, — давно известный процесс превращения биомассы в энергию. Он был открыт в 1776 г. Вольтой, который установил наличие метана в болотном газе. Бездымное горение болотного газа причиняет людям гораздо меньше неудобств по сравнению са сгораннем дров и навоза, Энергия, заключенная в 28 м' биогаза, эквивалентна энергии 16,8 м' природного газа, 20,8 л нефти или 18,4 л дизельного топлива.
Биогаз дает воэможность использовать самые современные средства теплоэнергетики - газовые турбины, В этих установках газ сгорает, приводя, в движение турбину, которая вращает генератор, производящий электроэнергию, В свою очередь газообразные продукты сгорания затем направляются в котел для нагревания воды и получения пара, который 119 может быть использовал в промышленности или для дополнительного производства энергии. Газовые турбины проще и дешевле традиционных паровых.
В то время как у последних эффективность не улучшалась с конца 50-х годов, газовые турбины непрерывно совершенствуются. Наиболее'многообещающим вариантом использования биомассы в газовых турбинах является ее газификация прн взаимодействии с воздухом и паром при высоких давлениях н очистке газа от примесей, которые могут повредить лопасти турбин. Для повышения эффективности процесс газификации и производство электроэнергии следует смещать в одной установке.
Такая технология разрабатывается сейчас для угля. Однако эта технология может даже быстрее найти коммерческое применение с использованием биомассы, нежели угля, так как биомассу легче газифицировать и она обычно содержит малое количество серы. Предварительные оценки показывают, что энергия, полученная на установке с газофицированием биомассы и газовой турбиной, по стоимости может быть сравнима с электроэнергией, производимой на обычных угольных или ядерных электростанциях в большинстве промышленных и развивающихся стран, Одним из направлений при получении биогаза является использование органических отходов и побочных продуктов сельского хозяйства и промышленности.
Производство биогаза в процессе метанового брожения - одно из возможных решений энергетической проблемы сельскохозяйственных районов. Перспективы этого направления весьма многообещающие. Действительно, если 300 млн.т сухого вещества, содержащегося в навозе, превратить в биогаз, то выход энергии составит 33 млн.т нефтяного эквивалента. Производство можно также увеличить за счет таких сельскохозяйственных отходов, как солома, жом сахарного тростника и др.
В Индии с 1980 по 1984 гг. бьн построен 1мян. небольших установок для производства биогаза, удовлетворяющих потребности в энергии отдельных семей. Производство биогаза из сельскохозяйсвенных отходов во все более возрастающих масштабах осуществляется также в Китае. Так, уже в конце 1978 г. здесь работало 7„15 млн. установок для получения бногэза - в 15 раэ больше, чем в 1975 г. К 1980 г. было построено еще 20 млн., а к 1985 -70 млн, что позволяет 70% крестьянских семей испольэовать бногаз для приготовления лнщн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
