Развитие и размещение нетрадиционных источников электроэнергии РФ

4. Энергия малых рек.

Примерно 1/5 часть энергии, потребляемой во всём мире, вырабатывают на ГЭС. Её получают, преобразуя энергию  падающей воды в энергию вращения турбин, которая в свою очередь вращает генератор, вырабатывающий электричество.

Энергия малых рек  также в ряде случаев может  стать источником электроэнергии. 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.

Возможно, для использования этого  источника необходимы специфические  условия (например, речки с сильным течением), но в ряде мест, где обычное электроснабжение невыгодно, установка мини-ГЭС могла бы решить множество локальных проблем. Бесплотинные ГЭС для речек и речушек уже существуют. Этот двухметровый агрегат есть не что иное, как бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. Роторная установка диаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается на придонную “лыжу” и тросами закрепляется с двух берегов. Остальное - дело техники: мультипликатор вращает автомобильный генератор постоянного тока напряжением 14 вольт, и энергия аккумулируется. Опытный образец бесплотинной мини-ГЭС успешно зарекомендовал себя на речках Горного Алтая.

Сегодня интерес к  малым ГЭС достаточно велик. Несмотря на то, что их экономические характеристики уступают крупным ГЭС, в их пользу работают следующие аргументы. Малая ГЭС может быть сооружена даже при нынешнем дефиците капиталовложений за счет средств частного сектора экономики, фермерских хозяйств и небольших предприятий. Малая ГЭС, как правило, не требует сложных гидротехнических сооружений, в частности, больших водохранилищ, которые на равнинных реках приводят к большим площадям затоплений. Сегодняшние разработки малых ГЭС характеризуются полной автоматизацией, высокой надежностью и полным ресурсом не менее 40 лет. Малые ГЭС позволяют лучше использовать солнечную и ветровую энергию, так как водохранилища ГЭС способны компенсировать их непостоянство.

Помимо использования малых  рек, одним из интересных новых применений микро- и малых ГЭС стала 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.

       1.2.5.Энергия приливов.

Приливные колебания  уровня в морях и океанах планеты  вполне предсказуемы. Основные периоды  этих колебаний – суточные продолжительностью около 24 ч и полусуточные – около 12 ч 25 мин. Высота приливов варьируется от 0,5 до 10м. Места с большими высотами приливов обладают большими потенциалами приливной энергии. Во время приливов и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых в прибрежных проливах и между островами может достигать примерно 5 м/с. Высота, ход и периодичность приливов в большинстве прибрежных районов хорошо описаны и проанализированы благодаря потребностям навигации и океанографии. Поведение приливов может быть предсказано достаточно точно, с погрешностью менее 4%. Таким образом, приливная энергия оказывается весьма надежной формой возобновляемой энергии.

Мировая энергетика располагает позитивным опытом эксплуатации приливных электростанций. Ведь принцип работы ПЭС во многом схож с гидростанциями. Однако для их работы не требуется создания водохранилищ – плотины, внутри которых устанавливаются турбины, строятся на входах в заливы морей и океанов. Выработка ПЭС не зависит также и от водности года. От гидростанций приливные отличает и низкий напор, вследствие чего турбины ПЭС имеют особую конструкцию.

Уже разработан целый ряд современных устройств  для преобразования энергии приливных течений, один из которых показан на рис. 8. Капитальные затраты на создание подобных устройств в расчете на 1 кВт установленной мощности достаточно высоки, поэтому их строительство целесообразно лишь в отдаленных районах с высокими скоростями приливных течений, где любые альтернативные источники энергии еще более дороги.[5]

Рис. 8. Схема электростанции на приливном течении.

6. Энергия биомассы.

Одним из наиболее перспективных  источников энергии на Земле является биомасса. Биомасса - это термин, объединяющий все органические вещества растительного  и животного происхождения. Она делится на первичную (растения, животные, микроорганизмы и т.д.) и вторичную (отходы при переработке первичной биомассы и продукты жизнедеятельности человека и животных).

Получение энергии из биомассы является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей во многих странах мира. Этому способствуют такие ее свойства, как большой энергетический потенциал и возобновляемость. А также тот фактор, что она может быть произведена и использована без значительных финансовых затрат, что немаловажно для малоразвитых стран.

В зависимости от влажности  биомасса перерабатывается термохимическими или биологическими способами. Биомасса с низкой влажностью (сельскохозяйственные и городские твердые отходы) перерабатывается термохимическими процессами: прямым сжиганием, пиролизом (термическое разложение), ожижением, гидролизом. В результате получают водяной пар, электроэнергию, топливный газ, водород, жидкое топливо, древесный уголь, глюкозу. Биомасса с высокой влажностью (сточные воды, бытовые отходы, продукты гидролиза органических остатков) перерабатывается биологическими процессами: анаэробным сбраживанием и ферментацией. В результате этих процессов получают биогаз (метан и углекислый газ), органические кислоты, спирты, ацетон. Биогаз может использоваться как топливо в двигателях внутреннего сгорания для производства механической и/или электрической энергии. В настоящее время в мире действуют десятки установок для получения биогаза из мусора с использованием его в основном для производства электроэнергии и тепла суммарной мощностью сотни МВт.

Одним из самых широко применяемых методов переработки  биомассы является прямое сжигание (древесины  и древесных отходов, соломы, торфа, городских твердых отходов и  др.). В сельскохозяйственном производстве в качестве источников тепла можно принять любые растительные отходы, непригодные для использования по прямому назначению или не нашедшие иного хозяйственного применения. Теплотворная способность сжигания 1 т сухого вещества соломы эквивалентна 415 кг сырой нефти, теплотворность 1 кг пшеничной соломы и сухих кукурузных стеблей равна 15,5 МДж, соевой соломы - 14,9, рисовой шелухи - 14,3, подсолнечной лузги - 17,2 МДж. По этому показателю растительные отходы полеводства приближаются к дровам - 14,6-15,9 МДж/кг и превосходят бурый уголь - 12,5 МДж/кг[5].

3. Значение и место "нетрадиционной" энергетики в экономике России.

Чтобы показать роль в  целом нетрадиционной энергетики и  ее вклад в энергообеспечение, обратимся  к очень важному графику, который  показывает взаимосвязь между ВВП (валовым внутренним продуктом) и душевым энергопотреблением (Рис. 9).

                          Рис.9.

Считается, чем больше энергопотребление, тем выше уровень  жизни. Также полагается, что при превышении некоторого критического уровня ВВП, равного примерно 18 тысячам долларов на человека, общество чувствует себя комфортно, и дальнейшее увеличение ВВП уже не оказывает столь радикального влияния.

В нижней части графика находятся такие страны с низким энергопотреблением и уровнем жизни, как Китай и Индия. Россия тоже, к сожалению, находится в нижней части графика, хотя имеет весьма высокий уровень энергопотребления. Значительно выше критического уровня находятся страны ЕС, Япония, США, Канада. Но при этом четко выделяются две группы стран с высоким уровнем жизни. Один и тот же высокий уровень жизни может быть достигнут при существенно различных уровнях энергопотребления. Это означает, что такие страны, как Япония, Германия и другие, очень большое внимание уделяют энергосбережению.

Учитывая, что основная задача энергетики заключается в  необходимости достаточного энергообеспечения, можно сделать вывод, что необходимый  уровень энергообеспечения достигается  не только валовым количеством производства энергии, но и путем энергоресурсосбережения. Этот же вывод касается и России. Как показано стрелками на графике, достичь высокого уровня жизни можно как огромным увеличением производства энергии (это очень длительный путь), так и используя принципы энергоресурсосбережения, почти не увеличивая производство энергии. В этом состоит чрезвычайно тесная связь между производством энергии, потреблением энергии и энергоресурсосбережением.

Для России потенциал  энергосбережения просто огромен. Он составляет более 40% от общего энергопотребления. Это означает, что почти половину производимой энергии мы тратим впустую, обогревая внешнюю среду. Но для реализации такого потенциала энергосбережения необходимы значительные целевые инвестиции, которых у России просто нет.

Существующий на сегодня вклад  ВИЭ в энергетику виден из двух таблиц, которые демонстрируют установленную  мощность ВИЭ в мире по различным  видам энергии и вклад ВИЭ  в общее энергопотребление и  производство электроэнергии. Наибольший вклад в производство тепла дает биомасса, а в производство электроэнергии - биомасса, малые реки и ветер. Но в целом вклад ВИЭ, например в мировое производство электроэнергии, чрезвычайно мал - всего 1,6%. Как сегодня, так и в обозримом будущем (до 2020 года) в России вклад ВИЭ в энергетику пренебрежимо мал - 1-2% по производству электроэнергии. Это прогноз в соответствии с Энергетической стратегией РФ. В то же время в Европейском сообществе планы грандиозные и более чем на порядок превышают планы России. По последним данным 48 стран, в том числе 14 развивающихся, планируют к 2012 году производить от 5 до 30% электроэнергии за счет ВИЭ. Другие данные: в 2004 году наблюдался резкий рост инвестиций в мире в развитие ВИЭ - 30 млрд долл. А это 20-25% от общих инвестиций в энергетику.[4]

Тогда каковы же побудительные  мотивы использования возобновляемых источников энергии в России, учитывая их пренебрежимо малый вклад в  энергетику? В целом мотивы такие  же, как и для энергоресурсосбережения. Прежде всего, истощаемость запасов  органического топлива. Так, по официальным прогнозам легко добываемого газа в России хватит на 80 лет, а нефти - на 20 лет. Другой мотив - энергетическая безопасность страны. Далее - экология. Общеизвестно, что наибольший вклад в загрязнение окружающей среды вносит традиционная энергетика на органическом топливе. А, в частности, в соответствии с Киотским протоколом в 2008-2012 годах выбросы СО₂ должны оставаться на уровне 1990 года, что означает значительное сокращение темпов сжигания органического топлива традиционными методами. Хотя для России в связи с резким сокращением промышленного производства последняя проблема неактуальна.

По-видимому, для России главным побудительным мотивом  использования ВИЭ является специфика, связанная с труднодоступностью многих районов страны (особенно Сибири) для централизованного энергоснабжения. По некоторым оценкам от 50 до 70% территории России с населением 20 млн. человек не охвачены централизованным электроснабжением. И поэтому для многих регионов возобновляемые источники энергии могут быть единственным источником энергии, а значит, и существования. [1]

Экономический потенциал  ВИЭ на территории России, выраженный в тоннах условного топлива (т.у.т.), составляет по видам источников: энергия  Солнца - 12,5 млн., энергия ветра - 10 млн., тепло Земли - 115 млн., энергия биомассы -35 млн., энергия малых рек - 65 млн., энергия низкопотенциальных источников тепла - 31.5,млн., всего - 270 млн. т.у.т. (Таблица 3).

Таблица 3. Энергетический потенциал возобновляемых источников

энергии в России, млн. т.у.т.

В соответствии с Федеральной  целевой программой «Энергоэффективная экономика» на 2002-2005 годы и на перспективу до 2010 года финансирование мероприятий по эффективному энергообеспечению регионов на основе использования ВИЭ и местных видов топлива в 2002-2010 гг. составит около 57 млрд. рублей, что составляет менее 1 % от общего объема финансирования Федеральной программы. В структуре финансирования основная часть расходов (92 %) приходится на внебюджетные источники (Таблица 4).

Таблица 4. Финансовые расходы по разделу 7 «Эффективное энергообеспечение регионов, в том числе северных и приравненных к ним территорий на основе