Возобновляемые источники энергии



Предыдущая | Следующая

 

Возобновляемые источники энергии — одно из возможных направлений сбережения топливно-энергетических ресурсов в обозримом будущем Уже не первый год в профильных изда- потоки, древесное и другое растительниях, а порой и в научно-популярных жур- ное топливо. Однако в ХХ веке — веке налах, публикуются материалы известных возрождения научно-технического проспециалистов о том, что больше приносит гресса, и особенно в ХХI — его бурного пользы для российской экономики: газ, развития они были полностью вытеснены нефть или уголь. Тема дискуссионная, ём- газом, нефтью и углём, которые наряду с кая, важная и вместе с тем необъятная. ные с возобновляемыми источниками энер- ядерным топливом составляют сегодня В этой горячей полемике о трёх сы- гии (ВИЭ). Показаны методы и средства основу энергетики и транспорта. Межрьевых монстрах редко вспоминается о реализации альтернативных источников ду тем исследования, направленные на нетрадиционных источниках энергии. А энергии. Отмечены их достоинства, глав- возрождение использования ВИЭ проведь наша страна обладает несметными ными из которых являются надёжность и должали проводиться на более высоком богатствами всех видов возобновляемых экологическая чистота. качественном уровне. Однако главным источников энергии (ВИЭ). И это как раз тот случай, когда говорят, что сегодняшнее дешевизна вышеупомянутых углеводоновое есть хорошо забытое старое. родных источников энергии.
Возобновляемая энергия — энергия естественных природных процессов, проис- после первого энергетического кризиса ходящих на нашей планете. (1974-1978 гг.). Следствием этого кризиНесмотря на то, что в литосфере пла- са явилось увеличение цены на нефть в неты Земля сосредоточены огромные разы за последующие 30 лет. Наступила ресурсы углеводородного топлива при эра глобальной модернизации энергесовременных темпах добычи и порой не- тики. Экономически развитые страны рациональном использовании их потен- Запада начали в срочном порядке разциал заметно убывает. И если своевременно не позаботиться рабатывать новую энергетическую стратегию, направленную о принятии упреждающих мер, последствия могут оказаться на диверсификацию, активное энергосбережение, а также оснепредсказуемыми. новательное изучение возможностей применения ВИЭ. Во мноВ связи с этим долгосрочная государственная политика России гих странах приоритетное развитие этого направления стало предусматривает наряду с традиционными, развитие альтерна- магистральной линией государственной технической политики тивных источников энергии, основанных на использовании ВИЭ в области энергетики.
[1]. К ним относятся энергия солнечного излучения, движения Были разработаны государственные программы развития ВИЭ, воздушных масс (ветра), приливов, биомассы, а также тепло Зем- выделены значительные средства на НИР в этой области. Создана ли и содержащихся в нем флюидов (геотермальная энергия). законодательная и нормативная база, представляющая собой Сегодня по ориентировочным подсчетам технический потен- комплекс правовых, организационных и экологических мер циал этих источников составляет 4,6 млрд т условного топлива поддержки ВИЭ. Практические результаты от реализации этих в год, что сопоставимо с пятикратным превышением объемов мероприятий появились в середине 1980-х годов и особенно в потребления всех топливно-энергетических ресурсов России. последнем десятилетии ХХ века.
Между тем в РФ на ВИЭ вырабатывается только 1 % от обще- В настоящее время в мире установленная мощность ветроэго объема производства электроэнергии. Это обусловлено в лектрических установок (ВЭУ) и станций (ВЭС) составляет около первую очередь тем, что в нашей стране сконцентрированы 30 млн кВт, геотермальных электростанций (ГеоТЭС) — около 8 огромные запасы угля, газа и нефти, использование которых млн кВт, геотермальных систем теплоснабжения — 10 млн кВт сопряжено с экологической безопасностью и сохранением кли- (тепловых), солнечных электростанций — 400 МВт, автономных мата на планете. солнечных энергоустановок — более 500 МВт. Поскольку ВИЭ В связи с назревшей актуальностью необходимы не фрагмен- становятся признаваемыми участниками мирового энергетичестарные решения, а системный комплексный подход, как это дела- кого рынка, доля их в мировом энергобалансе будет возрастать ется в отдельных европейских странах. Поэтому успех в решении и в перспективе [2].
поставленной задачи будет обеспечен в случае реализации феде- По наиболее оптимальным (для Запада) прогнозам импорт-заральных, региональных и муниципальных программ и отдельных мещение нефти в 2011 г. за счет возрастающих мощностей ВЭС инвестиционных проектов. Конечно, вне конкуренции и сегодня, (230-250 млн кВт) может достигнуть примерно 180-200 млн т нефти, и в будущем — энергия рек. Малые гидроэлектростанции можно что составляет порядка 8 % от всего мирового экспорта в 2009 г.
сооружать практически везде. Они проще, конструктивно на- Наряду с этим ситуацию с нефтяным экспортом усугубляют дежнее в эксплуатации и удобны в обслуживании. Однако нега- и другие инновационные решения в малой энергетике, напритивное воздействие на флору и фауну традиционно сдерживает мер, газотурбинные электростанции (ГТЭС), снижающие расходы это направление. топлива на 1/3. Мировыми лидерами по суммарной мощности На протяжении многих веков человечество использовало ВЭС в национальных экономиках развитых стран мира являются только природные источники энергии — солнце, ветер, водные Германия, США и Испания.
По относительным показателям уровня развития электроэнергетики лидирует Дания, где в расчете на душу населения приходится 0,6 кВт мощностей ВЭС. По этому показателю она опережает вышеупомянутые страны в 6-15 раз, а Россию в 4800 раз. В Дании ВЭС вырабатывают 20 % от общего производства электроэнергии, что замещает импорт 2,2 млн т нефти. К 2030 г. в стране планируется вырабатывать на ВЭС 55 % электроэнергии, что обеспечит ей замещение импорта нефти порядка 8 млн т. Число стран, желающих импортировать высокоэффективные датские ВЭС, ежегодно увеличивается. Ветроэнергетика как отрасль энергетики получает развитие во многих странах мира [3].
Несмотря на то, что Россия обладает значительными ресурсами всех видов ВИЭ, их реализация является очень скромной.
Главный барьер — психологический, состоящий в убеждении, что страна обладает огромными запасами различных видов ископаемых топлив и поэтому не следует реанимировать ВИЭ.
Экологические преимущества при этом не учитываются. Вместе с тем природные, экономические, хозяйственные, экологические, социальные и иные условия применения ВИЭ в России и в отдельных зарубежных странах существенно отличаются, поэтому не следует буквально копировать зарубежный опыт.
Так, например, в европейских странах, для которых характерна развитая энергетическая инфраструктура, высокая плотность населения и значительные энергонагрузки, ветроэнергетические установки (ВЭУ) интегрированы в энергосистемы, которые демпфируют изменение их нерегулируемой мощности. Средняя мощность одного агрегата ВЭУ составляет 4,5 МВт. В России с её необъятными просторами и неодинаковой плотностью населения и энергонагрузки в разных регионах централизованное энергоснабжение отсутствует на значительной части площади.
Поэтому очевидно, что основное направление развития ветроэнергетики России должно состоять в применении ВЭУ и ВЭС в автономных системах энергоснабжения отдельных потребителей (поселков, отдельных горнодобывающих предприятий) в зонах, где отсутствует централизованное энергоснабжение.
Однако стабильность и надежность работы таких установок должна обеспечиваться дублёрами — энергоустановками, работающими на местном топливе, например, на угле или отходах деревообработки.
Наиболее благоприятный ветровой режим в России имеется на побережье северных и восточных морей. Именно в этих районах может развиваться ветроэнергетика с номинальной мощностью 0,5-1 МВт. Это, естественно, не исключает развитие ВЭУ и в других районах с использованием их в централизованных энергосистемах. Существенным барьером в развитии ветроэнергии в России является отсутствие производства высокоэффективных отечественных конструкций ВЭУ мощностью в сотни кВт и единицы МВт. Между тем за рубежом отрасль, связанная с выпуском ВЭУ, стала существенной частью энергетического машиностроения.
Суммарное годовое производство ВУЭ в мире составляет 4 ГВт.
Что касается ВЭУ меньшей мощности (в единицы или в несколько десятков кВт) они производятся в России, но широкого применения пока не нашли.
Такими же быстрыми темпами, как ветроэнергетика, развиваются в мире и технические средства на преобразование солнечной энергии, хотя масштабы их использования значительно меньше. Это в основном автономные фотоэлектрические установки индивидуального или коллективного пользования, смонтированные, например, на крыше дома (Италия, Израиль, Япония). Оптимальной в данном случае является схема с аккумулированием излишней электроэнергии. Применение данных систем в мире (суммарная мощность не менее 500 МВт) основано на государственной экономической поддержке. В настоящее время мировое производство фотоэлектрических преобразователей составляет в мощностном выражении не менее 300 МВт.
Это уже высочайшие нанотехнологии широкого диапазона применения и чрезвычайно благоприятной перспективы раз вития. Например, германская фирма Solar Power установила в Ватикане уникальную солнечную энергетическую установку (СЭУ) мощностью 300 кВт. Площадь солнечных батарей — 2000 м2, срок службы — 25 лет.
Крупнейшая в солнечной Испании энергетическая компания «Рискол» намерена покрыть СЭУ всю страну. Это чрезвычайно важно для экологии Испании — страны общеевропейских курортов и международного туризма.
Главным фактором для успешного развития солнечной энергетики на основе полупроводниковых ФЭП является массовость производства. Уже давно в мире используются (преимущественно для нагрева воды) плоские коллекторы солнечной энергии. КПД таких установок достигает 30-50 %, температура воды, используемой для домашних потребностей — 85-100єС. В настоящее время, например в Израиле, установка на крыше дома солнечных батарей является обязательной. Дом без солнечных установок (электрических или водонагревательных) не принимается в эксплуатацию.
Простота таких водонагревателей и их дешевизна делает их применение (в южных странах) повсеместным и массовым. Экономия топлива в мировых масштабах составляет сотни миллионов тонн в год, не говоря уже об экологических преимуществах данного способа преобразования солнечной энергии. [3].
Другое направление солнечной энергии состоит в использовании солнечных паротурбинных электроустановок и станций.
В США в 1990-х годах построено несколько модульных паротурбинных солнечных электростанций суммарной мощностью свыше 350 МВт. Они работают и в настоящее время, однако дальнейшего развития это направление не получило. Зато большое распространение в мире солнечное тепло получило для горячего водоснабжения и отопления в жилищно-коммунальной сфере, сушке продуктов, материалов. В мире площади использования солнечных коллекторов составляют более 70 млн м2, обеспечивающих годовое производство тепла около 40 млн Гкал и экономию порядка 8-10 млн т условного топлива.
В России наиболее активно это направление развивается Южно-Русской энергетической компанией (г. Краснодар), где создано несколько десятков таких установок. Наряду с этим в России достигнут определенный прогресс в области геотермальной энергетики. Начиная с 1967 г. и особенно в период с 1999 по 2002 г. на Камчатских месторождениях парогидротермы были введены в строй Верхнее-Мутновская и Мутновская ГеоТЭС общей мощностью 62 МВт. Это стало возможным благодаря плодотворной деятельности в области геотермальной энергетики организаций и фирм (ОАО «Геотерм», ОАО «Наука», ОАО «Интергеотерм»), которые совместно с промышленными предприятиями разработали соответствующие технологию и оборудование по преобразованию термальной энергии в электрическую. Более 80 % оборудования для этих ГеоТЭС изготовлено в России. К сожалению, парогидротермальные источники присутствуют только на Камчатке и Курилах. Гораздо большее распространение имеют месторождения термальных вод с температурой 100-120єС.
Применение таких ГеоТЭС возможно прежде всего на Северном Кавказе. Можно полагать, что с образованием нового Северокавказского федерального округа, где формируются перспективные инвестиционные проекты, найдется место и для этого временно забытого, несомненно, полезного направления. Вместе с тем, месторождения термальных вод с температурой, достаточной для отопления жилищ, сельскохозяйственных культивационных сооружений используются крайне редко.
Что касается малой энергетики, то она тоже имеет, по нашему мнению, хорошую перспективу, поскольку в России потенциал малой энергетики вполне достаточен. Наибольшая его часть находится в Дальневосточном и Восточно-Сибирском регионах, где потребности в энергии удовлетворяются не полностью. В связи с временным выходом из строя Саяно-Шушенской ГЭС эта проблема еще больше усугубилась. К сожалению, оборудование для малых ГЭС мощностью единицы МВТ в России выпускается в недостаточном объеме. Поскольку их создание не требует больших капиталовложений, то реализация таких технических решений дело ближайшего будущего.
Менее благоприятные перспективы развития имеет приливная энергетика из-за ограниченности месторасположений (Белое, Охотское моря) и больших капиталовложений.
Немаловажное значение для локального энерго — и теплоснабжения имеет энергия биомассы. Этот источник растительного и животного происхождения может быть использован для получения энергии или технически приемлемых видов топлива (в том числе моторного) путем термической (прямое сжигание, пиролиз, газификация) или биологической конверсии. Существенное место в ресурсах биомассы занимают древесное топливо и отходы деревообрабатывающей промышленности в России, где сосредоточена четверть земных лесных ресурсов.
В начале двадцатого века доля древесного топлива составляла 40 % от всех используемых источников энергии. Затем к концу столетия она резко упала до 0,4 % из-за появившихся более калорийных источников тепла и энергии, угля, нефти и газа. Между тем даже сегодня в самых экологически чистых странах мира, таких как Финляндия и Швейцария, доля древесного топлива составляет 18-20 %. Важно отметить при этом экологическую составляющую.
Достигается полный баланс по диоксиду углерода, так как за годичный цикл его количество, которое усваивается в процессе фотосинтеза, равно количеству СО2, который за это время выделяется при сжигании древесного топлива. Практика показывает, что в районах, не охваченных централизованным энергоснабжением, но богатых лесными ресурсами, применение газогенераторной электроустановки на древесине более выгодно, чем применение дизельной энергоустановки сопоставимой мощности.
Не менее важное направление использования энергии биомассы — биоконверсия органических отходов растениеводства, животноводства, птицеводства, а также органической составляющей бытового мусора. В процессе анаэробного метанового брожения получается биогаз, содержащий от 50 до 90 % метана, пригодный для использования в качестве моторного топлива для электрогенерирующих установок или сжигания с целью получения тепла в коммунально-бытовом секторе. Наряду с этим в процессе реализации технологии получаются высококачественные удобрения.
Благодаря двойному эффекту срок окупаемости комплексных установок, использующих биогазовое оборудование составляет 1-2 года.
Мировая практика (Дания, Германия, США, Франция, Япония) показывает — темпы развития возобновляемых источников энергии являются самыми динамичными.
В России, на наш взгляд, роль ВИЭ сводится к дополнению энергией районов, лишенных централизованного энергоснабжения.
Для этого имеются все необходимые предпосылки — возможность промышленного производства практически всех видов оборудования, имеющийся научно-технический потенциал.
По мере улучшения экономической ситуации, барьеры на пути развития возобновляемых видов энергии, существующие ныне в России, будут преодолены. Мировые достижения в этой области вскоре появятся и в нашей стране [4].
С этой целью формируются и реализуются нормативно-правовые акты, способствующие приоритетному развитию ВИЭ. Среди них имеют особое значение Федеральный закон «Об электроэнергетике» и Постановление Правительства РФ «О квалификации генерирующего объекта, функционирующего на основе использования возобновляемых источников энергии». В развитие этих документов Минэнерго РФ разрабатывает проекты двух очень важных постановлений, выравнивающих конкурентные условия для производителей электроэнергии на основе использования ВИЭ и ископаемых видов углеводородного твердого топлива [5].
Список литературы 1. Энергетическая стратегия России до 2020 г. Постановление Правительства РФ 2. Б. В Тарнижевский Перспективы использования возобновляемых источников энергии в России // Горный журнал. Специальный выпуск. — 2004. — С. 22-25.
3. Нетрадиционные способы получения электрической энергии // Управление ресурсами. – № 7. – 2009. – С. 23-28.
4.Черевко С. И. Технологии для альтернативной энергетики // ТЭК сегодня. – № 11. – 2009. – С. 9-10.
5. Михайлов С. Возобновляемая энергетика сегодня и завтра // ТЭК сегодня. – № 11. – 2009. – С. 9-10.