Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВАРИАНТОВ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В ЭНЕРГЕТИКЕ

Соснина Е.Н. 1 Маслеева О.В. 1 Пачурин Г.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Анализ перспектив развития мировой энергетики свидетельствует о заметном смещении приоритетных проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на окружающую среду, жизнь и здоровье населения. Мероприятия по энергосбережению и экологической безопасности направлены на увеличение использования мини-ТЭЦ и возобновляемых источников энергии. Основными достоинствами мини-ТЭЦ являются: низкая стоимость вырабатываемой энергии, низкая окупаемость, возможность быстрого строительства, снижение уровня загрязнения окружающей среды. Основным преимуществом возобновляемых источников энергии является использование неисчерпаемых источником энергии, таких как солнечная энергия, ветер и биотопливо. В работе рассмотрены различные источники энергии мощностью 1 МВт: мини-ТЭЦ с дизельными, газопоршневыми и газотурбинными двигателями, а также возобновляемые источники энергии мини-ТЭЦ с газопоршневыми двигателями, работающими на биогазе, солнечные и ветровые электростанции. Установлено, что все источники принимают участие в эмиссии парниковых газов. Газотурбинные двигатели выбрасывают парниковых газов больше, чем остальные двигатели. Самым экологичным способом производства электроэнергии являются солнечные батареи.
солнечные электростанции
ветровые электростанции
мини-ТЭЦ
парниковые газы
Энергетика
1. Ефимов К.Л., Кащенко О.В., Косарикова Т.А. Меры по сокращению выбросов парниковых газов: опыт, возможности и проблемы на региональном уровне http://www.nice.nnov.ru/Ru/literat/J1_99/efim.htm. (дата обращения: 02.13. 2013).
2. Изменение климата, 2007 г. Обобщающий доклад : доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата.
3. Маслеева О.В., Петров А.А., Пачурин Г.В. Оценка парникового эффекта мини-ТЭЦ с различными двигателями // Современные проблемы науки и образования. – 2009. - № 6 (Ч. 2). - С. 60-61.
4. Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Соснина Е.Н., Шалухо А.В. Оценка эмиссии парниковых газов при использовании биотоплива // Экология и промышленность России. - 2012. - № 9. - С. 36-40.
5. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. - Росгидромет, 2008.

Введение

Большинство ученых сходятся во мнении, что климат на планете меняется в сторону потепления [2]. Проведенные исследования говорят о том, что главная причина повышения изменения климата сегодня — деятельность человека. Большинство ученых склоняются к утверждению, что наибольшее влияние на климат оказывают так называемые парниковые газы, в основном это метан и двуокись углерода. Из общего объема парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу, порядка 50% приходится на выбросы объектов энергетики, работающих на углеводородном топливе. В Российской Федерации, по данным Росгидромета, объем попавших в атмосферу парниковых газов в результате сжигания углеводородного топлива составляет 81,5% от общего объема [5]. Самым простым способом сокращения выбросов парниковых газов является внедрение энергоэффективных и энергосберегающих технологий.

Комбинированное производство тепла и электроэнергии (когенерация) рассматривается, как важнейшее мероприятие климатической политики. Для внедрения мероприятий по энергосбережению и экологической безопасности предусматривается использование мини-ТЭЦ с различными видами двигателей. Основными достоинствами мини-ТЭЦ являются: низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии, тепла и холода, возможность быстрого строительства, быстрая окупаемость, низкий расход топлива, длительный ресурс эксплуатации оборудования, экологическая безопасность [3; 4].

Снизить парниковые выбросы возможно с помощью реализации низкоуглеродных сценариев развития экономики. В основе подобных сценариев, прописанных в «Энергетической стратегии – 2030», – постепенный отказ от традиционных путей развития энергетики, реализация широкомасштабных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Географически и климатически так сложилось, что основной потенциал использования возобновляемых источников энергии в России связан с гидроэнергетикой (крупные, малые и микро-ГЭС), в меньшей степени – с биоэнергетикой, ветровой и геотермальной энергетикой, солнечной [1].

В данной работе приведены результаты исследования влияния различных источников энергии на вклад в парниковый эффект. Были изучены следующие источники: мини-ТЭЦ с дизельными двигателями, использующими дизельное топливо, газопоршневыми двигателями, работающими на природном газе и биогазе, газотурбинными двигателями, работающими на природном газе, ветровые и солнечные электростанции. Все электростанции имеют мощность 1 МВт.

Расчет парниковых газов для разных источников энергии

Расчет парниковых газов был выполнен в соответствии с методикой «Пересмотренные Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК», которые включают методологии по сжиганию топлива, индустриальным процессам, сельскохозяйственным почвам, изменению землепользования и лесному хозяйству, отходам. При расчете учитывались следующие парниковые газы: углекислый газ, закись азота и метан.

Расчет эмиссии парниковых газов был проведен для мини-ТЭЦ мощностью 1 МВт с дизельными двигателями Уральского дизель-моторного завода, газопоршневыми двигателями Caterpillar, работающими на природном газе и биогазе, газотурбинными двигателями Kawasaki Heavy Industries Ltd. Исходными данными для расчета являлись: паспортные данные двигателя, расход топлива. Паспортные данные двигателей приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Паспортные данные двигателя

Производитель двигателей

Модель двигателя

Мощность, кВт

Расход топлива, т/год или тыс. м3/год

Дизельные

 

 

 

Уральский дизель-моторный завод

8ДМ-21С

1080

1724,0

Газопоршневые на природном газе

 

 

 

Caterpillar

G3516

1030

2505

Газопоршневые на биогазе

 

 

 

Caterpillar

G3516

1030

4608

Газотурбинные

 

 

 

Kawasaki

M1A-01

1100

5009

Результаты расчета эмиссии парниковых газов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Сводная таблица по эмиссии парниковых газов

Мощность, кВт

Эмиссия парниковых газов, т/год

Эмиссия парниковых газов в пересчете на СО2экв, т СО2/год

Эмиссия парниковых газов в пересчете на СО2экв

СО2

N2О

СН4

СО2

N2О

СН4

т СО2/год

8ДМ-21С

5473,7

0,045

0,149

5473,7

13,9

3,14

5491

G3512 (газ)

3008,3

0,006

0,276

3008,3

1,7

5,79

3016

G3516 (биогаз)

5533

0,010

0,507

5533

3,1

10,64

5547

M1A-01

9217

0,0169

0,84

9217

5,2

17,7

9240

Достоинства и недостатки возобновляемых источников энергии

Основным преимуществом возобновляемых источников энергии является использование неисчерпаемых источником энергии, таких как солнечная энергия, ветер и биотопливо.

Достоинства производства биотоплива из навоза или растительных отходов: получение биогаза для выработки электро- и теплоэнергии на когенерационных установках, производство высококачественных биоудобрений с высоким содержанием азотной и фосфорной составляющей, экономия затрат на очистных сооружениях и уменьшение платы за загрязнение почвы, снижение уровня вредных выбросов в атмосферу.

Ветровая энергетика - один из наиболее безопасных для окружающей среды способов производства электроэнергии.

Преимущества ветровой энергетики: производство энергии не сопровождается выбросами в атмосферу вредных веществ; отсутствует загрязнение водного бассейна, ветроэнергетика не мешает ведению сельского хозяйства и промышленной деятельности вблизи ветростанций. Ветровой энергетике не требуется невозобновимое органическое топливо.

Одним из экологических недостатков возобновляемых источников энергии (солнечных и ветровых) являются большие площади электростанций, по сравнению с традиционной энергетикой.

Площадь, занимаемая электростанцией, составляет:

  • солнечные - 1га/МВт,
  • ветровые - 20 га/кВт.

Площади, изымаемые у окружающей природной среды, были заняты лесами, полями или другими естественными экологическими системами. Изъятие больших площадей приводит к уменьшению образования органической массы в процессе фотосинтеза в зеленых растениях. Средняя продуктивность для лесов составляет 7т/га за год.

Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Уменьшение площади растений приводит к изменению баланса кислорода и углекислого газа. Деревья, поглощая углекислый газ, способствуют уменьшению интенсивного парникового эффекта. При отчуждении территории для строительства электростанции этот процесс нарушается.

Известно, что максимальной способностью поглощать углекислый газ обладают леса, и величина эта составляет за год 4 т/га. Исходя из этого можно определить величину уменьшения поглощения углекислого газа при вырубке леса для строительства электростанции мощностью 1 МВт.

Результаты расчетов уменьшения поглощения углекислого газа лесами и уменьшение образования органической массы представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Уменьшение поглощения углекислого газа лесами и уменьшение образования органической массы

 

Вид ВИЭ

Параметр

солнечные

ветровые

Площадь, занимаемая электростанцией, га

1

20

Удельное поглощение лесом углекислого газа, т/га

4

4

Уменьшение поглощения углекислого газа, т

4

80

Продуктивность лесов, т/га за год

7

7

Уменьшение образования органической массы, т

7

140

На рисунке 1 представлены результаты расчета эмиссии парниковых газов для мини-ТЭЦ мощностью 1 МВт с дизельными двигателями, газопоршневыми двигателями, работающими на природном газе и биогазе, газотурбинными двигателями, а также уменьшение поглощения углекислого газа при вырубке леса для строительства солнечной и ветровой электростанций.

Рис. 1. Результаты расчета эмиссии парниковых газов для мини-ТЭЦ мощностью 1 МВт с дизельными двигателями, газопоршневыми двигателями, работающими на природном газе и биогазе, газотурбинными двигателями, а также уменьшение поглощения углекислого газа при вырубке леса для строительства солнечной и ветровой электростанций

Выводы

Проведенные исследования показали:

  • все источники энергии оказывают влияние на эмиссию парниковых газов,
  • газотурбинные двигатели выбрасывают парниковых газов больше, чем остальные двигатели,
  • газопоршневые установки на биогазе выбрасывают парниковых газов больше из-за худшего состава топлива,
  • самым экологичным способом производства электроэнергии являются солнечные батареи.

Рецензенты:

Михаленко Михаил Григорьевич, д.т.н., профессор, декан ИФХФ, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ), г. Нижний Новгород.

Лоскутов Алексей Борисович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Электроснабжение и электроэнергетика» (ЭСиЭ), Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ), г. Нижний Новгород.


Библиографическая ссылка

Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВАРИАНТОВ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В ЭНЕРГЕТИКЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=9493 (дата обращения: 25.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074