Пути преодоления мировых энергетических кризисов

Энергосберегающие технологии позволяют относительно простыми методами госрегулирования значительно снизить  нагрузку на государственный и федеральные  бюджеты, сдержать рост тарифов, повысить конкурентоспособность экономики, увеличить предложения на рынке  труда.

На современном этапе  можно выделить три основных направления  энергосбережения:

• Полезное использование (утилизация) энергетических потерь;
• Модернизация оборудования с целью уменьшения потерь энергии;
• Интенсивное энергосбережение.

Цели энергосбережения

Основной целью энергосбережения является повышение энергоэффективности всех отраслей, во всех пунктах населения, а также в стране в целом.

Перед тем, как разработать  и назначить необходимые меры для обеспечения успешного внедрения  комплекса мер по энергосбережению и повышению энергоэффективности для конкретного предприятия или здания, проводят энергоаудит. Энергетическое обследование — сбор информации об использовании энергетических ресурсов с целью получения достоверных данных об объеме используемых энергетических ресурсов, показателях энергетической эффективности, выявление возможностей энергосберегающих технологий и повышения энергетической эффективности с отражением полученных результатов в энергетическом паспорте. Энергоаудит помогает грамотно применить существующие технологии энергосбережения в центрах непосредственного потребления энергии.

Важнейшей стратегической задачей  государственной политики энергосбережения является создание совершенной системы  управления энергетической эффективностью и энергосбережением. В неё входит обязательное оснащение предприятий, госучреждений и жилых комплексов приборами учета энергии.

Помимо этого в созданной  Правительством РФ законодательной  базе прописаны приоритетные задачи развития энергосберегающих технологий:

• Снижать энергопотребление в сопоставимых условиях не менее чем на 3% в год в течение пяти лет;
• Создание новой идеологии государственных закупок, включающее в себя замену освещения на энергосберегающие лампы и осветительные приборы, введение права устанавливать минимальные требования по энергоэффективности при закупке товаров для нужд государства;
• Введение требований для производителей и импортеров товаров по обязательной маркировке продукции по классам энергоэффективности;
• Изменение тарифной политики путем применения долгосрочных методов тарифного регулирования;
• Введение требований к организациям коммунального комплекса, обязывающих учитывать при формировании инвестиционных программ мероприятия по энергосбережению и повышению энергоэффективности.

В последнее время энергетика обеспечивает значительный рост благосостояния во всем мире за счет увеличения производства энергоресурсов, их эффективного использования  и внедрения энергосберегающих  технологий. Поэтому повышение энергетической эффективности экономики является главной задачей энергетической стратегии России.

2.2 Развитие альтернативных источников  энергии

Возобновляемые источники  энергии – это источники на основе постоянно  существующих  или  периодически  возникающих  в  окружающей  среде потоков  энергии.  Возобновляемая  энергия  не  является  следствием  целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.

В  соответствии  с резолюцией № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г.) к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся:  солнечная,  ветровая,  геотермальная,  энергия морских волн,  приливов  и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков. Классификация НВИЭ представлена в таблице 3. [3]

Таблица 3 - Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Начиная с 90-х годов по инициативе ЮНЕСКО при поддержке государств-членов ООН и заинтересованных организаций, проводятся мероприятия по продвижению идеи широкого использования возобновляемых источников.

Энергия ветра (ветровая энергетика). Различные виды НВИЭ находятся на разных стадиях освоения. Наибольшее применение получил самый изменчивый и непостоянный вид энергии - ветер. Но ветер - это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения” ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда “размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее “надежным”, чем Солнце.

Суммарная мировая установленная  мощность крупных ВЭУ и ВЭС, по разным оценкам, составляет от 10 до 20 ГВт. Кажущийся парадокс объясняется  тем, что удельные капиталовложения в ВЭУ ниже, чем при использовании  большинства других видов НВИЭ. Растет не только суммарная мощность ветряных установок, но и их единичная мощность, превысившая 1 МВт. По-видимому, и в  ближайшей перспективе ветроэнергетика  сохранит свои передовые позиции. Мировыми лидерами по применению энергии ветра  являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия. По экспертным оценкам валовой потенциал ветровой энергии в России составляет 26*10⁶ т.у.т./год, а экономический – 12,5*10⁶ т.у.т./год. Сейчас в России рядом производителей выпускаются в основном малые ветроустановки мощностью 500 Вт – 16 кВт как для водоподъема, так и производства электроэнергии. Разработаны ВЭУ мощностью 100 и 250 кВт, несколько таких установок эксплуатируется в северных регионах страны.[13]

Изданный в 2002 г. «Атлас ветров России» позволяет рационально выбрать место установки с технико-экономическими показателями, рекомендуемых ветроэлектрических установок (ВЭУ). Различные  зоны  страны  имеют  ветровые  режимы,  сильно  отличающиеся  один  от  другого.  Значение  среднегодовой  скорости  ветра  в  данном районе дает возможность приближенно судить о целесообразности использования  ветродвигателя и  об  эффективности  агрегата. Карта  ветроэнергетических ресурсов России представлена на рисунке 2. [9]

  Считается, что сооружение  ветровой установки мощностью  до 5-6 кВт экономически оправдано  при скорости ветра, превышающей  3,5-4,0 м/с. Для больших установок требуется скорость ветра 5,5-6,0 м/с. [8] 

По зарубежным данным для  сооружения ветровой энергетической установки  мощностью в несколько мегаватт предпочтительны районы со среднегодовой  скоростью ветра 8 м/с на высоте размещения ветроколеса. Большинство областей европейской части России относятся к зоне средней интенсивности ветра. В этих районах среднегодовая скорость ветра составляет от 3,5 до 6 м/сек. К этой же зоне относится часть территории, лежащая юго-восточнее озера Байкал. [4]

Рисунок 5 - Карта ветроэнергетических ресурсов России.

Цифрами обозначены зоны со среднегодовыми скоростями ветра:

1 – выше 6 м/сек; 2 –   от 3,5 до 6 м/сек; 3 – до 3,5 м/сек.

Третья зона занимает обширную территорию Восточной Сибири и Дальнего Востока, некоторых областей европейской  части России. В этой зоне скорости ветра относительно невелики – до 3,5 м/с, и широкое применение здесь  ветроэнергетических установок  не рекомендуется.

В отдельных районах России скорости ветра достигают 8 м/с и более. В то же время в районах восточнее реки Енисея до побережья Охотского моря преобладают ветры слабой интенсивности - от 1,5 до 3,5 м/с; только на самом побережье она повышается.

Отсюда можно увидеть  определенную закономерность - высокие  скорости ветра характерны для морских  побережий и горных перевалов. Эта  закономерность подтверждается также  зарубежными исследователями. Например, западногерманские специалисты, изучавшие  возможность создания системы мощных ветровых электростанций в Германии, сообщает о том, что скорости ветра  на Балтийском побережье Германии находятся в интервале 6-7,5 м/с, во внутренних же районах эти значения меньше. Одновременно они приводят данные о периоде затишья. Оказалось, что периоды затишья (штиля) наблюдаются, как правило, летом, на морском побережье Германии продолжительностью 7-10 ч, во внутренних районах страны - 16-30 ч максимально до 130 ч. Эти же специалисты указывают еще на одну деталь при определении скорости ветра. [8]

Необходимо иметь в  виду, что даже к одному работающему  ветряку близко подходить не желательно, и притом с любой стороны, так  как при изменениях направления  ветра направление оси ротора тоже изменяется. Для размещения же сотен, тысяч и тем более миллионов  ветряков потребовались бы обширные площади в сотни тысяч гектаров. Дело в том, что ветроагрегаты близко друг к другу ставить нельзя, так как они могут создавать взаимные помехи в работе, "отнимая ветер" один от другого. А на занимаемой ветроагрегатами площади уже ничего другого делать будет нельзя. Работающие ветродвигатели создают значительный шум, и что особенно плохо — генерируют неслышимые ухом, но вредно действующие на людей инфразвуковые колебания с частотами ниже 16 Гц. Кроме этого, ветряки распугивают птиц и зверей, нарушая их естественный образ жизни, а при большом их скоплении на одной площадке — могут существенно исказить естественное движение воздушных потоков с непредсказуемыми последствиями. 

Использование ветра в  качестве возобновляемого источника  энергии (ВИЭ) на территории России возможно на территориям страны, не обеспеченным централизованным энергоснабжением и использующим дорогое привозное топливо. В этих случаях использование энергии ветра имеет также большое социальное значение, увеличивая надежность энергоснабжения. [13]

Солнечная энергия. Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекундно дает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Большую часть этой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть её достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той её части, которую получает Земля, в 5 млрд. раз. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции. Нужно только уметь пользоваться им.

В последнее время интерес  к проблеме использования солнечной  энергии резко возрос. Потенциальные  возможности энергетики, основанные на использовании непосредственного  солнечного излучения, чрезвычайно  велики.

Использование всего лишь 0,0125% энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности  мировой энергетики, а использование 0,5% полностью покрыть потребности  на перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти громадные потенциальные  ресурсы удастся реализовать  в больших масштабах. Только очень  небольшая часть этой энергии  может быть практически использована. Едва ли не главная причина подобной ситуации – слабая плотность солнечной  энергии. Простой расчет показывает, что если снимаемая с 1 м² освещенной солнцем поверхности мощность в среднем составляет 160 Вт, то для генерирования 100 тыс. кВт нужно снимать энергию с площади в 1,6 км². Ни один из известных в настоящее время способов преобразования энергии не может обеспечить экономическую эффективность такой трансформации.[5]

Доказано, что в высоких  широтах плотность солнечной  энергии составляет 80-130 Вт/м², в умеренном поясе – 130-210, а в пустынях тропического пояса - 210-250 Вт /м². Это означает, что наиболее благоприятные условия для использования солнечной энергии существуют в развивающихся странах Африки, Южной Америки, в Японии, Израиле, Австралии, в отдельных районах США (Флорида, Калифорния). В СНГ в районах, благоприятных для этого, живет примерно 130 млн. человек, в том числе 60 млн. в сельской местности. [8]

Рисунок 6 - Распределение плотности солнечного излучения на Земле

Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу  времени, зависит от ряда факторов: широты, местного климата, сезона года, угла наклона поверхности по отношению  к Солнцу.

Таким образом, количество солнечной  радиации существенно различается  в зависимости от времени года и географического положения (рисунок 2). Этот фактор необходимо учитывать  при использовании солнечной  энергии.