Возобновляемые источники энергии и перспективы их использования в Беларуси
Состояние энергетики в мире. Использование нетрадиционных источников энергии на аграрных предприятиях и в промышленности в мире и Республике Беларусь. Энергия солнца и ветра. Получение топлива из растительных масел, этанола из растительных культур.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.06.2012 |
| Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
23
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
"БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ"
Курсовая работа
Возобновляемые источники энергии и перспективы их использования в Беларуси
Горки 2012
Содержание
- 1. Общее состояние энергетики в мире
- 2. Энергия солнца
- 3. Энергия ветра
- 4. Растительное масло
- 5. Этанол
- Литература
1. Общее состояние энергетики в мире
Постоянное повышение цен в мире на традиционные источники энергии, политическая и экономическая нестабильность в странах, являющихся основными поставщиками нефти и газа на мировые рынки, заставляет ведущие страны мира искать другие виды источников энергии.
В настоящее время более 70 % потребностей человечества в энергии удовлетворяются ископаемыми источниками энергии, причем потребление энергии в последние 30 лет возрастало быстрее, чем численность населения.
Например, в 1974 году общее производство энергии составляло 8,54 млрд. тонн условного топлива, численность населения в мире была 3,847 млрд. чел. [1]. В 2004 г. производство энергии увеличилось до 14 млрд. т. у. т. или на 61%, а численность населения достигла 6,365 млрд. чел.
Среднее на душу населения потребление энергии составляет примерно 0,8 кВт, но национальные различия в уровне потребляемой энергии очень велики - от 10кВт в США и 4кВт в странах Европы до 0,1кВт в Центральной Африке [2]. Средние темпы роста национального дохода в странах современного мира равны 2.5% в год. При этом ежегодное потребление энергии с учетом роста населения, должно возрастать на 4.8%. Такой прирост производства энергии трудно обеспечить без использования новых ее источников, так как запасы топлива истощаются.
Ресурсы возобновляемых источников энергии (ВИЭ) огромны и доступны каждой стране. Количество солнечной энергией, поступающей на территорию России за неделю, превышает энергию всех российских запасов нефти, газа, угля и урана, несмотря на то, что Россия обладает 40% мировых ресурсов природного газа, 30% угля и 13% нефти.
В 1997 г. членам ЕС была представлена "Белая Книга", озаглавленная "Энергия будущего: возобновляемые источники энергии", в котором были подведены промежуточные итоги работы по разработке стратегии и тактике использования ВИЭ [2].
Еще в 1974 г., в разгар энергетического кризиса, на общеевропейской конференции в Мадриде была выработана Мадридская декларация, которая предусматривала возможность замещения ВИЭ примерно 15% потребности ЕС в первичной энергии к 2010 г.
Для реализации намеченных мер необходимо затратить 74 млрд. Евро. При этом будет получена экономия 20,5 млрд. Евро, сокращен импорт энергоносителей на 17,4% и снижена эмиссия СО2 на 402 млн. тонн ежегодно.
Дополнительным обстоятельством, требующим усиления внимания к данной проблеме, является проведение в декабре 1997 г. в Киото конференции по сохранению климата, на которой был подписан Протокол, касающийся юридических основ решения проблемы изменения климата. Он предусматривает снижение выбросов вредных веществ в атмосферу в промышленно развитых странах в 2008.2012 гг., по крайней мере, на 5,2% по сравнению с 1990г. Для снижения выбросов в атмосферу ведётся активная работа по энергосбережению и широкому использованию таких "чистых" видов энергии, как ветер, вода, солнечная энергия и биомасса.
Все расчеты и прогнозы показывают, что запасы невозобновляемых энергоносителей расходуются в течение этого века, что приведет к их значительному удорожанию. Чем раньше начнут развиваться новейшие технологии для замещения невосполнимых ископаемых энергоносителей, тем имеется больше возможностей для удовлетворения будущих потребностей в энергии. В настоящее время только 17 % потребления первичной энергии в мире реализуется из ВИЭ (ветровая и водная энергия, геотермия, энергия солнца и биоэнергия), причем две трети составляют некоммерческую древесину и другие биомассы, и почти одна треть ветровую энергию.
Кроме факта исчерпывания запасов ископаемых, с их энергетическим использованием связаны значительные отрицательные эффекты на внешнюю среду: выбросы в атмосферу токсичных компонентов; тепличный эффект и связанные с ним антропогенные последствия, такие как повышение глобальной средней температуры, уровня моря, глобальных средних осадков, почвенной влажности зимой в северных широтах и повышение частоты погодных катастроф (засухи, ураганы и. т.п.), а также уменьшение почвенной влажности летом в средних широтах в северной гемисфере.
В рамках программы ТАСИС, финансируемой Европейским союзам, группа специалистов сельского хозяйства Горецкого района и Белорусской государственной сельскохозяйственной академии посетила Германию, Землю Саксония-Анхальт. Одной из целей визита было ознакомление с использованием нетрадиционных источников энергии на аграрных предприятиях и в перерабатывающей промышленности.
Развитие этой области энергетики осуществляется в следующих направлениях:
2. Энергия солнца
В Германии действует более 10000 солнечных и фотовольтанических систем и она занимает 2 место в мире после Японии по производству солнечной энергии [2].
Важнейшим элементом любой нагревательной гелиосистемы, используемой в низкотемпературных технологических процессах в пределах температур 70 - 140°С, является солнечный коллектор, назначение которого заключается в том, чтобы превратить энергию солнечного излучения в теплоту и передать ее теплоносителю в виде жидкости или газа
Солнечные коллекторы очень широко используются в мире в различных климатических зонах от тропиков до полярных широт. О масштабах применения этих эффективных устройств свидетельствуют следующие данные. К 1999 г. в мире суммарная площадь установленных коллекторов составила более 24 млн. м2. Половина из них - 10 млн. м2 смонтирована в США, млн. м2 в Японии, 2 млн. м2 - в Китае, 1,75 млн. м2 - в Израиле, 1,2 млн. м2 - в Австралии, на долю Румынии приходился 1 млн. м2, Австрии - 590 тыс. м2, СCCP - 150 тыс. м2. В Германии только за 1991 г. введено в строй подобных гелиосистем суммарной площадью 200 тыс. м2, т.е. столько, сколько за предыдущие 15 лет, а в 2000 г. - 600 тыс. м2. В Европейском Союзе в 1995 г. насчитывалось 6,5 млн. м2 солнечных коллекторов. Сейчас - 11 млн. м2. Их число в 2010 г. планируется довести до 100 млн. м2 [3]. Среди ведущих европейских стран в использовании солнечных коллекторов находятся Германия, Австрия, Греция [4].
Стоимость солнечных коллекторов, выпускаемых в разных странах, зависит от применяемых материалов, конструкции, технологии изготовления, назначения и других факторов. Например, абсорберы из пластиков производятся но цене 75-200 долл. /м2, а металлические значительно дороже - до 300-1000 долл. /м2. Ожидается, что к 2020 г. в результате усовершенствования конструкции и технологии производства стоимость солнечных коллекторов снизится до 50-400 долл. /м2 [3].
Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую (фотоэлектрический принцип). Самым оптимальным представляется прямое преобразование солнечной энергии в наиболее распространенную в использовании электрическую энергию. Для производства электроэнергии в значительных масштабах создаются фотоэлектрические станции (фотоСЭС). Они состоят из большого количества модулей, соединенных последовательно и параллельно в панели. Мировая практика показывает, что установленная мощность фотоСЭС может колебаться в широких пределах. Для небольших потребителей - коттеджей, сельскохозяйственных ферм, жилых зданий она составляет 1-10 кВт. Причем станции монтируются прямо на крышах зданий. Такая тенденция характерна для Германии, Нидерландов, Швейцарии, США, Японии и других стран. В Германии, например, площадь крыш, пригодных для установки солнечных модулей, составляет более 650 км2. Даже при КПД 8% подобная система представляет собой рассредоточенную фотоСЭС мощностью 52 ГВт. Разные страны эксплуатируют фотоСЭС значительной единичной мощности. Самая крупная Кариса-Плейнз в Калифорнии имеет мощность 7,2 МВт. Италия располагает станцией в 3,3 МВт. Известная фирма в США "Соларекс" снабдила своими фотопреобразователями крышу крупного спортивного комплекса по плаванию и прыжкам в воду в Атланте, где проходила летняя Олимпиада в 1996 г. Зал рассчитан на 10 тыс. зрителей. Фотомодули обеспечили всю энергетику здания. Крупный выставочный комплекс в Мюнхене (Германия) также оборудован мощной фотоэнергетической системой, расположенной на крыше. Каждый модуль состоит из 84 монокристаллических кремниевых ячеек. Его мощность 130 Вт, и вся система обеспечивает суммарную мощность 1 МВт. Она выдает в сеть комплекса 1 млн кВт. ч электроэнергии в год [3].
По программе "Campaign for Take - Off" в странах Европейского Союза установленная мощность фотоСЭС возрастет с 0,03 ГВт в 1995 г. до 3 ГВт в 2010 г. и будет смонтирован 1 млн PV-систем. Значительные усилия предпринимает Япония в стремлении снизить вредные выбросы от ТЭЦ. Там было намечено к 2000 г. ввести в действие 400 МВт солнечных модулей и довести их мощность до 466 МВт к 2010 г [5].
Проект сверхмощной фотоСЭС в 100 млн кВт с площадью фотоэлементов около 1000 км2 существует в России. Его отличие от обычных схем в том, что фотогенерирующие модули, соединенные в длинные полосы шириной от 2 до 10 м, подняты на высоту 100-500 м над поверхностью земли.
Постепенно солнечные модули внедряются на транспорте. Солнцемобили представляют собой легкие конструкции на 3 - или 4-колесных шасси с большими "энергетическими поверхностями", т.е. фотоэлектрическими преобразователями. Мощность электродвигателей солнцемобилей невелика - от 0,4 до 3,5 кВт. Однако они позволяют развивать достаточно большие скорости. В некоторых странах Швейцарии, Японии, Австралии регулярно проводятся соревнования этих машин. В Австралии солнцемобили должны преодолеть более 3000 км только с помощью солнечной энергии. Средняя развиваемая скорость достигает 85-115 км/ч.
Германия проводит соревнования моторных лодок и катеров, оборудованных солнечными модулями. В Англии эксплуатируются большегрузные автомобили - рефрижераторы для перевозки мяса, на крыше и боковых стенках кузовов которых смонтированы фотопреобразователи. Энергии этой системы вполне достаточно для привода компрессора холодильной установки. Легкий самолет в США, снабженный фотоэлектрическим генератором, пересек страну со скоростью более 200 км/ч.
На фотоэлектрических станциях основные капиталовложения приходятся на долю модулей - 50-65%. Поэтому так важно их совершенствование и удешевление. Только в период с 1993 г. по 2000 г. стоимость модуля упала в среднем с 20 до 6 долл. /Вт. Один из крупнейших в мире производителей фотопреобразователей фирма Siemens планирует снизить в ближайшие годы стоимость их выпуска до 1,8-2,2 долл. /Вт
Ясно, что при высокой стоимости базовых элементов вся фотоСЭС стоит достаточно дорого. К началу 90-х годов удельные капиталовложения составляли 7000 - 10000 долларов на 1 кВт установленной мощности. На этих станциях в конце 80-х годов вырабатывалась электроэнергия по цене 0,6-0,95 долл. /кВтч. C ростом ежегодного выпуска модулей и снижением затрат на их производство упала и стоимость вырабатываемой электроэнергии - до 0,2 долл. / (кВт•ч). Американская организация US-DOE, которая занимается строительством фотоСЭС совместно с Министерством энергетики США, поставила цель: снизить к началу XXI века стоимость отпускаемой энергии до 0,06 долл. / (кВт. ч).
3. Энергия ветра
Человечество с давних времен научилось использовать энергию ветра с помощью парусов в морских судах, ветряных мельниц для помола зерна, перекачки воды. Первые ветряные мельницы, относящиеся к IV столетию до нашей эры, найдены в Египте. Позже они распространились на Ближнем Востоке и в Европе.
На современном этапе главное направление в использовании энергии ветра - выработка электроэнергии, хотя не отказались и от перекачки воды, и от использования парусов на судах (иногда достаточно крупных с управляемыми компьютером парусами).
Новый подход к реализации энергии ветра в форме электроэнергии заставил многие страны в первую очередь оценить имеющийся ветроэнергетический потенциал на своих территориях и включить ветроэнергетику в национальные энергетические программы.
Наиболее благоприятными районами с высокой энергией ветра являются побережье морей и океанов, прибрежные (шельфовые) воды, предгорья, тропическая зона с устойчивыми ветрами, Средиземноморье, степные районы и др.
От Солнца Земля получает 100 000 000 000 мегаватт энергии в час. Лишь 1-2% от этого колоссального количества энергии преобразуется в энергию движения воздушных масс. Иными словами - в ветер. Энергия ветра огромна, по оценке Всемирной метеорологической организации, составляет 170 трлн. кВт•ч в год [6], на территории РБ - 2,17•106 тонн условного топлива в год [4]. Представление о распределении скоростей ветра на территории Беларуси дает карта (рис.1), составленная по материалам, полученным Минским энергетическим центром в рамках выполнения программы TACIS. При оценке потенциала ветра выбирают его скорость на высоте 10 м над поверхностью земли, чтобы уменьшить влияние шероховатости, т.е. различных препятствий в виде невысоких строений, кустарников, деревьев и т.д.
Рис.1. Карта распределения скоростей ветра на территории РБ
Уровень развития ветроэнергетики в различных странах далеко не всегда определяется величиной их ветроэнергетического потенциала. Например, Австралия с крупнейшими в мире запасами энергии ветра не входит даже в десятку мировых лидеров по установленной мощности ветроустановок. Самая обеспеченная по ветроресурсам страна в Европе - Великобритания (ее ветропотенциал в 28 раз превосходит таковой у Дании) существенно отстает от других стран. Соединенные Штаты Америки, у которых только в Северной Калифорнии потенциал составляет 50 000 МВт, далеки от его заметной реализации. Ветропотенциал Китая (253 000 МВт) в пять раз превышает энергетические возможности ветра на территории Индии (45 000 МВт), а она оказалась на третьем месте среди стран мира, занимающих ведущее место по ветроэнергетике. Установленная мощность китайских ветроагрегатов почти в 20 раз меньше, чем индийских [3]. На рис.2 и в табл.1 представлены данные по установленная мощность ветроустановок в Европе к концу 2005 г. [7,8].
Таблица 1. Ветряные мощности в 2005 году
|
Страна |
Суммарные установленные мощности, МВт. |
Страна |
Суммарные установленные мощности, МВт. |
|
|
Германия |
18428 |
Нидерланды |
1290 |
|
|
Испания |
10027 |
Португалия |
1000 |
|
|
США |
9149 |
Австрия |
760 |
|
|
Индия |
4430 |
Австралия |
708 |
|
|
Дания |
3122 |
Канада |
683 |
|
|
Китай |
1260 |
Египет |
230 |
Рис.2. Установленная мощность ветроустановок в Европе к концу 2005 г., МВт.
Рассмотренные примеры показывают, что уровень развития ветроэнергетики в стране определяется не только ее размерами и величиной ветропотенциала, а целым комплексом причин. В него входят наличие ископаемых энергоресурсов, экологическая ситуация, отношение к проблеме законодательной и исполнительной властей, способствующих выделению государственных субсидий и привлечению частного капитала, и многие другие.
В начале 90-х годов прошлого столетия в области использования энергии ветра лидировали США, значительно опережая другие страны. К 1996 г. ситуация уже резко изменилась (рис.3). Страны Европы вдвое превосходят США по установленной мощности ветроагрегатов [3]. Во всём мире установленные мощности ветрогенерации утроились за пять лет с 13 500 МВт. в 1999 г. до 47 000 МВт в 2004г. В 2005 г. мощности ветряной энергетики выросли до 59322 МВт. Большая часть установленных мощностей сконцентрирована в Европе [7].
Рис.3. Развитие ветроэнергетики в странах мира
Таблица 2 отражает данные по вводу новых ветроэнергетических мощностей в 2005 г. [7].
Таблица 2. Ввод новых мощностей в 2005 году
|
Страна |
Ввод новых мощностей, МВт. |
|
|
США |
2431 |
|
|
Германия |
1808 |
|
|
Испания |
1764 |
|
|
Индия |
1430 |
|
|
Португалия |
500 |
|
|
Китай |
498 |
|
|
Австралия |
328 |
|
|
Канада |
239 |
Рис.4 дает представление о развитии ветроэнергетики в Европе и в мире.
Рис.4. Соотношение уровней развития ветроэнергетики в Европе и в мире.
Представленный прогноз развития ветроэнергетики в мире соответствует ежегодному приросту вводимых мощностей в размере 17-18%.
Правительственные программы различных стран предусматривают в ближайшем будущем значительный вклад ветроэнергетики в энергобалансы своих стран. Так, в Дании электроэнергия, выработанная на ветроэлектрических станциях, составила в 2005 г. 20% от общего электропотребления. Планируется довести эту долю до 50% - к середине текущего столетия. Великобритания может обеспечить к 2010 г.10% электроснабжения за счет ВЭС, а Германия - 6,2%. Индия в 2005 году получала из энергии ветра около 3% всей электроэнергии, Новая Зеландия - производить из энергии ветра 20% электроэнергии. Страны Евросоюза в 2005 году выработали из энергии ветра около 3% потребляемой электроэнергии [3,7].
Европейская ассоциация ветроэнергетики (EWEA), по прогнозу которой к 2020 г. установленная мощность ветроагрегатов в Европе достигнет 100000 МВт, полагает, что ВЭС к этому времени будут производить 10% всего энергопотребления [3]. Правительством Канады установлена цель к 2015 году производить 10% электроэнергии из энергии ветра. В Испании к 2011 году будет установлено 20 000 МВт. ветрогенераторов. Китай установит к 2020 году 20 000 МВт. ветрогенераторов. Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 4 раза в сравнении с 2005 годом. К 2012 году будет построено 12 000 МВт. новых ветряных электростанций. Египет - к 2010 году установить 850 МВт. новых ветрогенераторов. Международное Энергетическое Агентство International Energy Agency (IEA) прогнозирует, что к 2030 году спрос на ветрогенерацию составит 4 800 ГВт [7].
В таблице 4, представлены крупнейшие в мире производители ВЭУ [9].
Таблица 4. Крупнейшие в мире производители ВЭУ (за 2003г)
|
Компания |
Страна |
Мощность B3У (MW) |
% мирового рынка |
|
|
Vestas |
Дания |
2667 |
31,9 |
|
|
GE Wind |
США |
1503 |
18,0 |
|
|
Епегсоп |
Германия |
1218 |
14,6 |
|
|
Gannesa Eolica |
Испания |
1199 |
14,4 |
|
|
Bonus |
Дания |
552 |
6,6 |
|
|
Repoweer |
Германия |
291 |
3,5 |
|
|
Nordex |
Германия |
242 |
2,9 |
|
|
Mitsubishi |
Япония |
218 |
2,6 |
|
|
Suzlon |
Индия |
200 |
2,4 |
В России, также существуют фирмы по конструированию и производству ВЭУ: "Ветроток" (ВЭУ-5-4), ЦНИИ "Электроприбор" (Ветроэлектрические установки УВЭ-500, УВЭ-1000), КБ "Радуга" ("Радуга-001", "Радуга-1", "Радуга-016"), Рыбинский завод приборостроения ("ВЕТЭН-0,16", "ВТН8-8", "Водолей", "Водолей-2", "Шексна-1"), "КБ имени. академика В.П. Макеева" (ВА05, HR-40), АО "Ветроэнергомаш" (АВЭУ6-4М).
Сегодня Германия является мировым лидером по количеству ветроэлектростанций (ВЭС), количество которых составляет 15200 штук суммарной мощностью 15325 МВт [10]. Стоимость одной станции составляет около одного миллиона евро. Несмотря на такую высокую стоимость, Германия активно развивает эту область энергетики и в настоящее время примерно 6% электрической энергии Германия получает с использованием ВЭС.
4. Растительное масло
В связи с уменьшением запасов полезных ископаемых возрастает значение возобновляемых источников энергии, в частности топлив, получаемых из растительных масел.
В Европе наиболее перспективными считают масла, полученные из рапсового масла. США является ведущей страной, производящей соевое масло. В странах Азии имеются большие сырьевые ресурсы соевого и арахисового масел. Для России перспективным представляется использование подсолнечного масла.
Биодизельное топливо уже получило распространение во многих странах Европы. К примеру, в год в Германии выпускается около 1 млн.300 тыс. т, во Франции - 780 тыс. т, в Польше - 230 тыс. т. По желанию автовладельца на заправочных станциях биотопливо могут заливать в бак автомобиля как в чистом виде, так и в качестве добавки (обычно 5% - 35%) к дизтопливу.
Для замены дизельного топлива могут быть использованы растительные масла. В Германии большие надежды в этом отношении возлагаются на рапс. Для использования топлива, получаемого из растительного сырья, рассматривают два пути. Один из них предполагает этерификацию растительных масел до кондиций дизельного топлива, а второй - модифицирование дизельного двигателя таким образом, чтобы при сгорании сырого масла в нем не образовывался вредный для работы нагар. На автомобильном транспорте первый путь уже реализуется. Топливо Biodiesel, представляющее собой рапсовый метиловый эфир (RME), уже отпускается более чем на 800 заправочных колонках Германии. Поскольку RME является чрезвычайно агрессивной жидкостью, топливные баки, топливопроводы и другие элементы, соприкасающиеся с ним, должны иметь специальное исполнение, стойкое к RME. Поставки растительного сырья ограничены посевными площадями, спецификой сельского хозяйства, а также возможностями переработки. Ожидается, что в 2005 г. потребление в качестве топлива рапсового масла и RME вместе составит 2,2 % общего потребления дизельного топлива автотранспортом. До 2020 г. эта доля может вырасти лишь до 4 %. Разработка специальных двигателей маловыгодна. Низкий потенциал растительного сырья по сравнению с абсолютным потреблением дизельного топлива является причиной того, что на автомобильном транспорте целесообразнее использовать RME в обычных дизелях, а не сырое масло в специальных двигателях. На железнодорожном транспорте это граничное условие неприемлемо. Абсолютное потребление дизельного топлива здесь значительно меньше, чем на автомобильном транспорте [11].
Улучшение качества рапсового масла вызвало во всем мире резкое увеличение спроса на него. Объем производства рапсового масла был выше объема производства подсолнечного уже в 1985 г. и за 30 лет увеличился более чем в 8 раз, достигнув в 1999 г.12,7 млн. т. Рапсовое масло по объемам производства стало третьим в мире после пальмового и соевого. Почти четверть мирового производства приходится на Китай (3,0 млн. т). Далее следуют Индия (1,9 млн. т), Германия (1,7 млн. т), Канада (1,5 млн. т), Япония (0,9 млн. т), Великобритания и Франция (по 0,6 млн. т), США, Польша, Мексика (по 0,3 млн. т).
Примером возросшего спроса на рапсовое масло стало увеличение его экспорта из США и Канады с начала 80-х годов более чем в 13 раз (с 3,7 до
49,2 тыс. т). В мировой торговле рапсовое масло, включая горчичное, по объему импорта и экспорта стоит на четвертом месте после пальмового, соевого и подсолнечного [12].
Непосредственно использование растительных масел в дизелях затруднено из-за различия физико-химических свойств растительных жиров и нефтяных топлив. Недостатками растительных топлив по сравнению с дизельным являются:
высокая вязкость (в 2-10 раз выше);
плохие низкотемпературные свойства;
низкое цетановое число;
высокая температура воспламенения;
повышенная коксуемость;
меньшая на 7…10% теплотворная способность из-за наличия кислородосодержащих соединений.
Теплота сгорания биодизельного топлива уступает этому показателю у дизельного - 37,2 МДж/кг против 42,5 МДж/кг (-10%). Поэтому мощность двигателя, работающего на биотоплива, снижается в среднем на 7%, а расход топлива повышается примерно на 5 - 8% [13].
Поэтому масла используют в качестве топлива только после рафинирования или в смеси с дизельным топливом или спиртами. Наиболее перспективно использование не самих растительных масел, а эфиров (в частности метилового и диметилового эфира), получаемых их отходов производства масел. Эти эфиры отличаются от масел меньшей плотностью и вязкостью, более высоким цетановым числом, меньшей температурой воспламенения.
Положительными качествами топлив из растительных масел являются их практически полная биоразлагаемость, низкая токсичность, отсутствие серы.
Основные свойства топлив, полученных из растительных масел приведены в табл.5.
Таблица 5. Свойства топлив, вырабатываемых из растительных масел.
|
Показатели |
Вид топлива. |
||||||
|
Подсол-нечное масло |
Арахи-совое масло |
Рапсо-вый рафинад |
Соевый рафи-над |
Мети-ловый эфир рапсо-вый |
Метило-вый эфир соевый |
||
|
Плотность при 15оС, кг/м3 |
922,3 |
917,3 |
920 |
923 |
879 |
884 |
|
|
Вязкость кинематическая, мм2/с при: 20 оС 40 оС 100 оС |
65,2 30,7 7,44 |
81,5 36,5 8,32 |
34,4 |
31,2 |
7, 19 2,47 |
4,08 |
|
|
Цетановое число |
33,4 |
36,6 |
40 |
27 |
54 |
46 |
|
|
Низшая теплота сгорания, кДж/кг |
36981 |
37023 |
- |
- |
37020 |
- |
|
|
Температура застывания, оС |
-23 |
- |
-20 |
-12 |
-21 |
-1 |
|
|
Температура помутнения, оС |
-6,7 |
3,3 |
- |
- |
- |
- |
|
|
Содержание серы, % (масс) |
0,05 |
- |
0,007 |
0,005. .0,01 |
0,005 |
0,005-0,01 |
Исследования серийного автомобильного двигателя, работающего на сложном метилэфире рапсового масла, проведены фирмой VW (Германия) [14]. Четырехцилиндровый вихрекамерный дизель без наддува мощностью 40 кВт последовательно работал на дизельном топливе с пределами выкипания 176.348оС, плотностью 821 кг/м3, ЦЧ=52 и на метиловом эфире (температура выкипания 302-386 оС и физико-химическими свойствами, представленными в табл.1. При работе дизеля на стенде по тесту ЕСЕ и его переводе с дизельного топлива на эфир рапсового масла выбросы монооксида углерода снижаются с 4,5 до 3,57 г/тест, углеводородов с 0,82 до 0,37 г/тест, а оксидов азота возрастают с 2,56 до 3,01 г/тест.
При работе этого двигателя на эфире отмечено снижение дымности ОГ на две единицы по шкале Бош на режиме полной нагрузки во всем диапазоне скоростных режимов, а на частичных нагрузках на 0,5-1 единиц. При этом снижается и эмиссия ПАУ (до 2 раз, цикл FTP 75).
Что же касается выброса в атмосферу вредных веществ, то биотопливо значительно чище, чем дизельное. Так, он "чадит" сажей на 50%, СО - на 10 - 12%, СН - на 20% меньше, чем обычное дизтопливо. Серы в выхлопе ничтожно мало - 0,005 - 0,05% против 0,2 - 0,5% удизтопливе. Этот показатель дает возможность устанавливать нейтрализаторы отработавших газов, что позволит еще больше снизить количество выбрасываемых токсичных компонентов [13]. Из-за высокого содержания кислорода в биодизельном топливе (10%) в отработавших газах автомобиля больше окислов азота. Но этот показатель снижается до нормы после соответствующих настроек топливной системы (за счет уменьшения угла опережения впрыска топлива). Кстати, при помощи регулирования топливной системы можно практически полностью восстановить и мощность мотора.
Расход метилэфира на 12% выше, чем расход дизельного топлива, что связано с меньшей теплотворной способностью эфира. При работе на эфире увеличивается эмиссия альдегидов, но в целом дизель, работающий на эфире рапсового масла отличается низкой суммарной токсичностью ОГ.
Работа дизеля на растительных маслах обычно организуется при подаче в КС запальной дозы дизельного топлива [15], те при использовании двухтопливной системы топливоподачи. Установка двух форсунок значительно усложняет конструкцию блока цилиндров, поэтому целесообразно осуществить подачу двух топлив одной форсункой.
Для получения биодизельного топлива обычно используется рапсовое масло - оно самое дешевое из растительных. Но это горючее также можно делать из подсолнечного, кукурузного и любого другого масла - сырца. Процесс производства выглядит примерно так: сначала масло очищают, а затем в него добавляют метиловый спирт и катализатор (щелочь). В результате реакции переэтерификации получается смесь, которой дают отстояться. Легкие верхние фракции продукта и являются рапсовым метил-эфиром, или биодизельным топливом. Из каждой тонны рапса можно получить около 300 кг (30%) рапсового масла, а из него - порядка 270 кг биодизельного горючего [13].
5. Этанол
В последнее время проведены экспериментальные исследования дизелей [16], работающих на диметиловом эфире (ДМЭ). ДМЭ является простейшим эфиром, имеет формулу состава СН3ОСН3 и может быть получен из любого углеводородного сырья. При нормальных атмосферных условиях ДМЭ находиться в газообразном состоянии, но cжижается уже при давлении 0,5 МПа. Этот эфир имеет сравнительно высокое цетановое число (55), но отличается от стандартного дизельного топлива низкой вязкостью. При его впрыскивании в цилиндр с помощью штатной системы топливоподачи необходимо предусмотреть смазку плунжерных пар ТНВД. ДМЭ не токсичен и не загрязняет окружающую среду. Из-за большой доли кислорода в молекуле ДМЭ (около 35%) при его сгорании не образуется сажа, монооксид углерода и другие продукты неполного сгорания. По этой же причине это топливо имеет низкую теплоту сгорания, что снижает температуру в камере сгорания и выброс окислов азота, но при этом снижается мощность двигателя.
Этанол можно получать их различных технических культур [17-19] Выход этанола из некоторых культур представлен в табл.6.
Таблица 6. Выход этанола из технических культур
|
Культура |
Выход этанола из 1 т. культуры, л/т |
|
|
Сахарный тросник |
70 |
|
|
Маниок |
180 |
|
|
Сладкое сорго |
86 |
|
|
Сладкий картофель |
125 |
|
|
Зерновые (кукуруза) |
370 |
|
|
Плодовые |
160 |
Обезвоженный этанол - жидкость в интервале температур от - 117 оС до +78 оС с температурой воспламенения 423 оС. Применение его в чистом виде требует специального карбюратора. Поэтому его смешивают (20% по объему) с бензином и эта смесь получила название газохол. В настоящее время газохол широко используется в Бразилии (этанол получают из сахарного тростника и маниока) и в США (этанол из кукурузы).
Важная особенность этанола - способность выдерживать ударные нагрузки без взрыва, то есть он обладает антидетанационными свойствами, из-за этого он гораздо предпочтительнее добавок из тетраэтилсвинца.
Превосходные свойства этанола как горючего обеспечивает двигателям 20; % -ное увеличение мощности по сравнению с чистым бензином. Массовая плотность и теплотворная способность этанола ниже, чем бензина, соответственно теплота сгорания (24 МДж/м3) на 40% ниже, чем бензина (39 МДж/м3). Однако лучшее горение этанола компенсирует это уменьшение теплотворной способности. При этом двигатели потребляют примерно одинаковое количество газохола и бензина.
4. Биогаз и биодизель
5. Биоэергетика на основе древесных растений
7. Использование соломы для получения бензина.
энергия солнце ветер беларусь
Литература
1. Использование биотоплива в сельском хозяйстве Украины. http://kik. artsv.net/rus/articles/11/index. php
2. Дашков В.Н. Возобновляемые источники энергии в ресурсосберегающих технологиях АПК: Монография / В.Н. Дашков. // Барановичи: РУПП "Баранов, укрупн. тип.". - 2003. - 184 с.
3. Игнатищев П.М. Энергетическая и экспортная проблемы. Их можно решить! Но… Доверяя проверяй. - Минск-Могилёв, 1997 - 45 с
4. Лосюк Ю.А. Нетрадиционные источники энергии. учебное пособие / Ю.А. Лосюк, В.В. Кузьмич // учебное пособие. - Мн.: УП "Технопринт", 2005. - 234 с.
5. Марочкин В.К. Использование вторичных топливно-энергетических ресурсов в сельском хозяйстве /В.К. Марочкин, Н.Д. Байлук, М.И. Брилевский - Мн.: Ураджай, 1989. - 200 с: ил.
6. http://www.sev.ru/o_vetro/
7. http://ru. wikipedia.org/wiki/Энергия_ветра#.
8. http://www.ewea.org/
9. http://www.eldiesel.ru/content/view/99/114/
10. www.ailru.com/news
11. www.css-mps.ru/zdm/10
12. www.raps.ru
13. www.autocentre.ua/ac
14. Weidman K., Menzad H. Rapsoel-Methylester im Dieselmotor // MTZ. - 1989. - Jg.50. - N2. - S.69-73.
15. Шкаликова В.Н., Патрахальцев Н.Н. Применение нетрадиционных топлив в дизелях. - М.: Изд-во РУДН, 1993 - 64 с.
16. Смирнова Т.Н. Новое топливо для городского транспорта/ Т.Н. Смирнова, И.В. Болдырев, С.А. Аникик и др. // Мотор. - 1999. - №2 - с.42-43.
17. Бойлс Д. Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки/Д. Бойлс // - М.: Агропромиздат. - 1987.
18. Дубровский В.С. Метиловое сбраживание сельскохозяйственных отходов/ В.С. Дубровский.У.Е. Виестур // - Рига, Знание. - 1988.
19. Твайделл Дж. Возобновляемые источники энергии: пер. с англ. /Дж. Твайделл, А. Уэйр // - М.: Энергоатомиздат. - 1990. - 392с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Классификация возобновляемых источников энергии. Современное состояние и перспективы дальнейшего развития гидро-, гелео- и ветроэнергетики, использование энергии биомассы. Солнечная энергетика в мире и в России. Развитие биоэнергетики в мире и в РФ.
курсовая работа [317,6 K], добавлен 19.03.2013Основные виды альтернативной энергии. Биоэнергетика, энергия ветра, Солнца, приливов и отливов, океанов. Перспективные способы получения энергии. Совокупная мощность ветроэлектростанций Китая, Индии и США. Доля альтернативной энергетики в России.
презентация [1,1 M], добавлен 25.05.2016Виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии, технологии их освоения. Возобновляемые источники энергии в России до 2010 г. Роль нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в реформировании электроэнергетического комплекса Свердловской обл.
реферат [3,1 M], добавлен 27.02.2010История использования энергии ветра. Современные методы генерации электроэнергии, конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения. Мировые мощности ветряной энергетики, проблемы, экологические аспекты и перспективы развития.
реферат [580,7 K], добавлен 21.11.2010Характеристика возобновляемых источников энергии: основные аспекты использования; преимущества и недостатки в сравнении с традиционными; перспективы использования в России. Способы получения электричества и тепла из энергии солнца, ветра, земли, биомассы.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 30.07.2012Преимущества использования вечных, возобновляемых источников энергии – текущей воды и ветра, океанских приливов, тепла земных недр, Солнца. Получение электроэнергии из мусора. Будущее водородной энергетики, минусы использования ее в качестве топлива.
реферат [28,3 K], добавлен 10.11.2014Динамика развития возобновляемых источников энергии в мире и России. Ветроэнергетика как отрасль энергетики. Устройство ветрогенератора - установки для преобразования кинетической энергии ветрового потока. Перспективы развития ветроэнергетики в России.
реферат [3,4 M], добавлен 04.06.2015Использование возобновляемых источников энергии, их потенциал, виды. Применение геотермальных ресурсов; создание солнечных батарей; биотопливо. Энергия Мирового океана: волны, приливы и отливы. Экономическая эффективность использования энергии ветра.
реферат [3,0 M], добавлен 18.10.2013Энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза как новые источники энергии. Преобразование солнечной энергии в электрическую посредством использования фотоэлементов. Использование ветродвигателей различной мощности. Спирт, получаемый из биоресурсов.
реферат [20,0 K], добавлен 16.09.2010Классификация альтернативных источников энергии. Возможности использования альтернативных источников энергии в России. Энергия ветра (ветровая энергетика). Малая гидроэнергетика, солнечная энергия. Использование энергии биомассы в энергетических целях.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 30.07.2012
