Роль возобновляемых источников энергии в энергообеспечении

2.4. Приливная энергия

      Энергия морских приливов преобразовывается  в электрическую энергию с  использованием приливных электростанций, использующих перепад уровней "полной" и "малой" воды во время прилива  и отлива. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями энергия, вырабатываемая приливными электростанциями, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему гидроэлектростанции, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов. Основное преимущество электростанций, использующих морские приливы, состоит в том, что выработка электроэнергии носит предсказуемый плановый характер и практически не зависит от изменений погоды.

    Специалисты утверждают, что уже сейчас за счет энергии океанских волн возможно получение электроэнергии производительностью  до 10 млрд. кВт. Это лишь незначительная доля совокупной мощности волн морей и океанов Земли. Вместе с тем она больше мощности всех электростанций, работавших на земле в 1990 г. Наиболее совершенен проект "Кивающая утка", предложенный конструктором С. Солтером (S. Salter, Эдинбургский университет, Шотландия). Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 кВт/ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это - 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 кВт/ч).

    Энергию приливов вполне можно "приручить" на приливных гидроэлектростанциях, которые демонстрируют достаточно хорошие экономические показатели, но ресурс их ограничен - требуются специфические природные условия - узкий вход в бухту и т.п. Совокупная энергия приливов оценивается в 0,09*1015 кВт*час в год.

2.5. Энергия воды (мини-ГЭС)

      В соответствии с общепринятой международной  классификацией к микро-ГЭС относят  гидроэнергетические агрегаты мощностью  до 100 кВт, а к малым от 100 кВт до 10 МВт.

      В последние годы достигнут значительный технический прогресс в разработке малых гидроагрегатов, в том числе  в России, что открывает новые  возможности для возрождения  малой гидроэнергетики. Разработанное  оборудование удовлетворяет повышенным техническим требованием, в том числе: обеспечивает возможность работы установок, как в автономном режиме, так и на местную электрическую сеть, полностью автоматизировано и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, обладает повышенным ресурсом работы (до 40 лет, при межремонтных периодах до 5 лет).

      Разработан  широкий спектр современных гидроагрегатов с различными типами рабочих колес, обладающих повышенным кпд в широком  диапазоне рабочих напоров (от 1,5 до 400 м) и расходов воды.

      Помимо  использования малых рек, одним из интересных новых применений микро- и малых ГЭС является их установка в питьевых водопроводах и технологических водотоках предприятий, водосбросах ТЭЦ, а также на промышленных и канализационных стоках. Такая возможность может быть реализована в тех водотоках (продуктопроводах), где требуется применение гасителей давления. Вместо гасителей целесообразно установка микро-ГЭС, вырабатывающих электроэнергию для собственных нужд производства или в сеть за счет избытка давления в водотоке.

2.6. Энергия биомассы

    Первичная биомасса является продуктом преобразования энергии солнечного излучения при  фотосинтезе. Биомасса представляет собой весьма широкий класс энергоресурсов.

    Ее  энергетическое использование возможно через сжигание, газификацию (термохимические газогенераторы, перерабатывающие твердые органические отходы в газообразное топливо), пиролиз и биохимическую переработку анаэробного сбраживания жидких отходов с получением спиртов или биогаза. Каждый из этих процессов имеет свою область применения и назначение.

      Для использования сухой биомассы наиболее эффективны термохимические технологии (прямое сжигание, газификация, пиролиз  и т.п.). Для влажной биомассы - биохимические технологии переработки  с получением биогаза (анаэробное разложение органического сырья) или жидких биотоплив (процессы сбраживания).

      Газификация древесных отходов обеспечивает получение топливного газа, основу которого составляет СО, Н2 и N2 и который  может быть использован в качестве газообразного топлива в котельных, газовых турбинах и двигателях внутреннего сгорания.

      Прямое  сжигание древесины хорошо известно на бытовом уровне. Технологии энергетического  использования древесных отходов  постоянно совершенствуется.

      Наиболее  распространенным является перевод  котельных с жидкого топлива или угля на древесные отходы, что требует реконструкции топочных устройств и создания необходимой инфраструктуры хранения и подготовки топлива.

      Среди биохимических технологий переработки  жидких органических отходов наиболее широкое применение во многих странах мира получила технология анаэробного (в отсутствии атмосферного кислорода) разложения органического сырья с получением биогаза, состоящего на 55-60 % из метана.

Вырабатываемый  биогаз отводят из объема метантэнка и направляют в газгольдер - аккумулятор, откуда газ отбирается по мере необходимости в основном на цели теплоснабжения близлежащих объектов. Биогаз может также использоваться как топливо в двигателях внутреннего сгорания для производства механической и/или электрической энергии. 
 
 
 
 
 

    3. Роль возобновляемых источников энергии в энергосбережении

    Чтобы понять роль и место этих новых  источников энергии в будущем, полезно  обратить взгляд в недавнее прошлое. В 60-е годы основой энергетики многих стран, в том числе экономически наиболее развитых, являлась нефть (в значительной мере - достаточно дешевая ближневосточная). В то время исследования в области использования возобновляемых источников энергии многим казались чем-то экзотическим, эдакой причудой «высоколобых» интеллектуалов. Все переменилось в 1973 г. во время ближневосточного нефтяного кризиса. Вдруг стало ясно, что ориентация на импортную нефть представляет угрозу энергетической безопасности многих государств. Большинству экономически развитых стран пришлось срочно разрабатывать новую энергетическую стратегию, направленную на диверсификацию источников энергии, всемерное энергосбережение, а также среди прочих мер - на основательное изучение возможностей применения нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

    То, что ситуация на мировом нефтяном рынке вскоре стабилизировалась, не остановило указанные страны в реализации новой энергетической стратегии, и на этом пути были достигнуты впечатляющие результаты. Энергосберегающие меры были предприняты практически во всех сферах жизнедеятельности. Однако главным средством энергосбережения стала структурная перестройка экономики, направленная на уменьшение доли энергоемких производств (которые, как правило, являются к тому же экологически неблагополучными) и увеличение доли наукоемких. Достаточно сказать, что, например, в 1970 г. энергоемкость единицы валового национального продукта в США была несколько выше, чем в бывшем СССР, а в настоящее время в России этот показатель в два с лишним раза выше, чем в Штатах. Россия в большом количестве экспортирует алюминий, являющийся высокоэнергоемким продуктом, а импортирует, например, компьютеры, то есть наукоемкую и малоэнергоемкую продукцию.

    Одним из положений новой энергетической стратегии стало всемерное развитие нетрадиционных направлений. Во многих странах оно превратилось в предмет государственной технической политики. Появились солидно финансируемые государственные программы в данной области. В ряде стран были приняты нормативно-законодательные акты в сфере использования НВИЭ, которые составили правовую, экономическую и организационную основу этого направления технического развития. Правовая база состоит в установлении права производителей электроэнергии на нетрадиционных источниках на подключение к сетям энергоснабжающих компаний, которые обязаны принимать эту энергию. Экономическая основа сводится к мерам по стимулированию применения НВИЭ, необходимому на этапе продвижения, становления и адаптации на энергетическом рынке. В различных странах применяются разные способы (и их сочетания) экономической поддержки: налоговые и кредитные льготы, благоприятные тарифы, дотации и т.п. Наконец, организационная основа решения проблемы состоит в определении государственного (федерального) органа (ведомства), ответственного в целом за данное направление. В функции такого органа входят разработка государственных программ развития НВИЭ, в том числе программы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), создание демонстрационных объектов, проведение маркетинга на внутреннем и внешнем рынках, пропаганда и популяризация и т.п. Особо следует сказать о развитии НИОКР. Вообще говоря, технический прогресс в любой сфере деятельности немыслим без опережающего развития научной базы. Тем более это справедливо для таких новых областей, как использование НВИЭ. Ежегодные расходы на НИОКР в сфере нетрадиционной энергетики составляют в мире не менее 1 млрд долларов.

    Созданная во многих странах нормативно-законодательная  база по использованию НВИЭ является мощным инструментом государственной  технической политики в этой области. Особенно развито это законодательство в США, где в последние 25 лет принято более дюжины законов в указанной сфере.

    Качество  жизни быстрорастущего населения  мира во многом связано с его энергообеспеченностью. Однако традиционные первичные энергоресурсы не очень равномерно и «справедливо» распределены по земному шару: одни страны «с избытком» обеспечены ими (к ним относится Россия), другие – вынуждены их импортировать, и в этой связи озабочены своей энергетической безопасностью. В отличие от нефти, газа, угля и урана, возобновляемые источники энергии распределены по миру более равномерно, и имеются более или менее одинаковые условия для большинства стран в плане обеспечения своих энергетических потребностей.

    Важное  значение имеет экологическая чистота энергетики. Традиционная энергетика дает около 50% вредных выбросов в окружающую среду, связанных с жизнедеятельностью человечества, тогда как ВИЭ более привлекательны с точки зрения экологической безопасности.

    Продвижение новых технологий в энергетике занимает десятилетия, поэтому, готовясь к неминуемой структурной перестройке, которая произойдет в связи с истощением «дешевых» запасов органического топлива и ростом цен на энергоносители, необходимо уже сейчас активно проводить исследования и разрабатывать новые, экологически чистые эффективные технологии, включая использование ВИЭ.

    Движущей  силой ВИЭ является также технологический  прогресс, который уже сейчас в  ряде случаев делает их конкурентоспособными по сравнению с традиционными  источниками энергии. Имеется значительный потенциал для дальнейшего улучшения технико- экономических показателей, прежде всего, снижения капитальных затрат на установленный киловатт. Учитывая, что эксплуатационные затраты для ВИЭ, как правило, весьма малы, стоимость получаемой от ВИЭ энергии снижается из года в год (по мере прогресса в технологиях), тогда как цены на энергию от традиционных источников энергии неуклонно растут.

    Факты свидетельствуют, что ВИЭ развиваются  и продвигаются в мировую энергетику очень быстрыми темпами, демонстрируя рост в десятки процентов в год, в отличие от традиционной энергетики, которая наращивает мощности всего на 1–1,5% в год. Высокие темпы роста имеют место несмотря на то, что уже сегодня вклад ВИЭ в мировую энергетику и энергетику отдельных стран довольно велик – более 5% в мировом производстве электроэнергии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4. Особенности энергетики России

    Россия  – крупнейший экспортер энергоресурсов в мире: внутри страны потребляется всего 20% нефти, а 80% идет на экспорт. У  нее лидирующее положение в мире по запасам традиционных топливно-энергетических ресурсов: первое место по природному газу (23% мировых запасов), второе место по запасам угля, пятое–седьмое, по разным оценкам, по запасам нефти (4–5% мировых запасов); Россия обеспечивает 8% мировой добычи урана. Примерно 45% российских энергоресурсов от общего объема их добычи экспортируются в натуральном виде; еще 13% приходятся на экспорт энергии в виде различной продукции низкого передела – металлов, цемента, удобрений. Около 6% энергии тратится на транспортировку этих энергоресурсов и продуктов по огромной территории России. Таким образом, внутри страны остается примерно 36% от всей добываемой энергии, что свидетельствует об энергорасточительной государственной политике.

    В какой-то степени ситуацию можно понять: нефтегазовый комплекс обеспечивает 17% российского ВВП и более 40% поступлений консолидированного бюджета. Отказаться от эксплуатации этих ресурсов и от большой части бюджетных поступлений непросто, однако государству рано или поздно придется изменить расточительное отношение к энергоресурсам и позаботиться о будущих поколениях.

    Интегрально с точки зрения экологии российская ситуация выглядит неплохо: в результате резкого спада промышленного  производства в 1990-х годах выбросы СО2 снизились на 35%. По имеющимся прогнозам, до 2030 г. Россия не выйдет на уровень 1990 г. по выбросам, что ослабляет давление на Россию в соответствии с принятыми международными обязательствами.

    Хотя  найти конкурентоспособное место  в централизованной энергетике ВИЭ пока достаточно сложно, реальное положение дел таково, что в России централизованным энергоснабжением охвачена лишь треть территории, а две трети находятся в зоне децентрализованного и автономного энергоснабжения, где проживают около 20 миллионов человек, которые тоже хотят получать тепло и свет. Во многие такие регионы приходится завозить топливо, и в ряде мест затраты на электроэнергию, генерируемую дизельными установкам малой мощности (по крайней мере, те, за которые отчитывается местное начальство), доходит до 100 рублей за киловатт-час, а затраты в 17–20 рублей отмечается сплошь и рядом. Ясно, что при такой стоимости энергии ВИЭ могли бы во многих районах страны быть конкурентоспособными по экономическим показателям и постепенно заменять дизельные энергоустановки, с эксплуатацией которых связаны также и значительные экологические проблемы (выбросы, топливные контейнеры и т.п.).