3. Научные принципы и технические проблемы использования виэ.

Эффективно использовать возобновляемые источники энергии можно только на основе научно разработанных принципов использования этой энергии.

Анализ возобновляемых энергоресурсов. В окружающем нас пространстве всегда существуют потоки возобновляемой энергии и энергетика на возобновляемых источниках энергии должна ориентироваться только на эти уже существующие энергоресурсы, а не ставить себе целью создание новых. Таким образом, прежде чем развивать энергетику на возобновляемых источниках, необходимо точно определить их мощность.

Временные характеристики возобновляемых источников энергии. Потребности в энергии, как правило, не постоянны во времени. Традиционные тепловые электростанции могут подстраиваться под колебания спроса на энергию, регулируя расход топлива. При использовании же возобновляемых источников энергии колеблется не только спрос на энергию, но и мощность источников, поэтому работающие на этих источниках энергоустановки должны учитывать оба эти фактора, которые часто противоречат друг другу.

Качество источника энергии. Под качеством источника энергии понимают долю энергии источника, которая может быть превращена в механическую работу. По этому признаку возобновляемые источники энергии можно разделить на три группы.

1. Источники механической энергии, как, например, гидро-ветро-источники, волновые и приливные. Качество ветровой энергии - обычно порядка 30%, гидроэнергии-60%, волновой и приливной-75%.

2. Тепловыми возобновляемыми источниками энергии являются, например, биотопливо и тепловая энергия солнца. Максимальная доля тепла таких источников, которая может быть превращена в механическую работу, определяется вторым законом термодинамики. Для современных паровых турбин эта величина (качество тепловой энергии) не превышает 35%.

3. Источники энергии на основе фотонных процессов, к которым относятся источники, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления. Добиться высокой эффективности преобразования энергии во всем спектре солнечного излучения очень трудно, и на практике КПД фотопреобразователей, равный 15%, считается хорошим.

Рассеянная энергия или энергия низкой плотности. Возобновляемые и истощаемые источники энергии очень сильно различаются по характерной для них начальной плотности потоков энергии. Для возобновляемых источников энергии эта величина - порядка 1 кВт/м2 (например, плотность потока энергии солнечного излучения, ветра при скорости около 10 м/с), для невозобновляемых источников она на несколько порядков выше. Например, тепловая нагрузка в трубах паровых котлов - порядка 100 кВт/м2, а в теплообменниках ядерных реакторов- несколько мегаватт на 1 м2.

Технические проблемы использования возобновляемых источников энергии:

Мониторинг окружающей среды. В основе решения об использовании возобновляемых источников энергии обычно лежат результаты многолетних наблюдений (мониторинга) за состоянием окружающей среды в данном районе. При этом очень важно, чтобы получаемая в процессе мониторинга информация включала все параметры, необходимые для разработки конкретной энергетической системы. Данные метеостанций могут служить базой для проведения сравнительного анализа с результатами целевого мониторинга. Так, например, сравнивая результаты измерения скорости ветра в течение нескольких месяцев в месте предполагаемого размещения ветроустановки с данными ближайшей метеостанции, можно, опираясь на метеоданные за более длительный период, экстраполировать и результаты мониторинга скорости ветра.

Потребители энергии и их характеристики. Производству энергии всегда должно предшествовать всестороннее изучение потребности в ней. Так как производство энергии всегда недешево и сопряжено с нежелательным воздействием на окружающую среду, очень важно расходовать ее эффективно и экономично.

Согласование источников энергии и потребителей. После анализа характеристик потребителей и потенциальных источников возобновляемой энергии необходимо согласовать их друг с другом. Согласование предполагает выполнение следующих условий:

1) Энергоустановка должна максимально эффективно использовать возобновляемую энергию

2) Как отмечалось выше, спрос на энергию никогда не колеблется, точно так же как ее производство энергоустановками на возобновляемой энергии. Согласовать спрос и предложение, не завышая при этом мощность энергоустановки, можно только, включив в энергосистему накопители энергии

3) Если согласовать энергоустановку на возобновляемой энергии с потребителями очень сложно, от решения этой задачи отказываются. В этом случае эту установку подключают к более крупной и универсальной по составу источников энергии системе.