Потенциал развития возобновляемой энергетики
Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. При этом их развитие сдерживается целым рядом факторов: стоимость угля, нефти и газа растет, природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными и гидроэнергетическими ресурсами или испытывают в них недостаток.
Выход из создавшегося положения многим развитым странам виделся в атомной энергетике. Но сегодня АЭС уже не является источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда – дорогостоящее и трудно добываемое сырье, запасы которого еще более ограничены и труднодоступны, при этом существует достаточно большой риск эксплуатации (аварии на АЭС). Складывается ситуация, требующая отказаться от использования ядерного топлива, закрыть все атомные электростанции и перейти на использование возобновляемых или «нетрадиционных» видов получения энергии.
Прежде всего, это установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле.
По оценкам футурологов, доля традиционной топливной энергетики в мировом энергобалансе будет непрерывно сокращаться. От темпов этого процесса в конкретной стране зависит не только ее экономическое благополучие и независимость, но и национальная безопасность. В ряде индустриальных стран приняты долгосрочные проекты по увеличению доли возобновляемой энергии в энергетики. К ним отнесены страны Европейского Союза (все страны ЕС к 2020 году должны вырабатывать не менее 20% энергии за счет возобновляемых источников), Китай (к 2020 году довести долю ВИЭ до 15% и снизить выбросы углекислого газа на 40 – 45%) и т.д. (Jager, 2011)
На сегодняшний день в альтернативную энергетику инвестируются огромные средства, исчисляемые миллиардами долларов, так например в 2010 году лидирующие позиции по этому показатели принадлежат Китаю (54,4), Германии (41,2) и США (34,0).
Международные исследования выявили, что при должном финансировании и поддержке этой отрасли к 2030 году возможен полный переход на возобновляемую энергию, и это больше относится к политической воле, нежели к технологиям. Разработанные технологии позволяют довести долю ВИЭ до 100%, причем не в отдельных странах, а в мире в целом. Уже существует долгосрочная программа по переходу на 100% энергию от возобновляемых источников в Европейском Союзе к 2050 году (Jager, 2011).
В таких странах как ЕС, Китай и США финансирование альтернативной энергетике уделяется особо значение, в результате эти страны возглавляют рейтинг стран по использованию возобновляемых источников энергии. Существует большое количество проектов по использованию ВИЭ, часть из них уже реализуется.
Россия пошла по пути модернизации своей энергосистемы и в 2009 году был принят Федеральный закон Российской Федерации № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации". В нем прописаны цели и задачи развития России в области энергосбережения. К основным направлениям отнесены:
- проведение энергоаудитов всех зданий;
- установка приборов учета ресурсов;
- снижение энергоемкости российской экономики на 40% (самое важное).
Это позволит повысить конкурентоспособность Российских предприятий в условиях мирового рынка. В северных странах (Швеция и Финляндия) на единицу потребленного топлива в нефтяном эквиваленте в год производится в 3,5 раза больше ВВП, чем в России (Дубинин, 2007).
Актуальность исследования вопросов вовлечения возобновляемой энергетики объясняется современными тенденциями синтеза экономики, энергетики, экологии, географии, теории оптимизации и информационных технологий, развитием экономики природопользования, экологической экономики, регионального эколого-экономического анализа. Энергетика мира является большой сложной развивающейся системой, основу которой в настоящее время составляют ископаемые (традиционные) источники энергии - уголь, нефть и природный газ. В 2000 году в мире было потреблено первичных топливно-энергетических ресурсов 13 млрд. тонн условного топлива, в том числе нефти - 34,6%, твердого топлива - 28,5%, газа - 22%, атомной энергии - 7,1%, гидроэнергии - 2,6%, нетрадиционных возобновляемых и других ресурсов - 0,4%.
Преобразование традиционных источников энергии в нужные для человечества формы приводит к отрицательным последствиям для планеты (загрязнение атмосферы, выбросы парниковых газов и др.). Так, по данным Мирового Энергетического Совета о запасах и потреблении первичных энергоносителей, обеспеченность текущего потребления геологическими ресурсами составляет по углю - около 850 лет, по природному газу - 270 лет, по нефти - 180 лет. Доля России в мировых запасах нефти составляет 4,6%, природного газа - 32,9%, угля -15,9%. Серьезную опасность представляют выбросы и накопление в атмосфере углекислого газа и метана, вызывающие неблагоприятные воздействия на климат и уровень Мирового океана, что может привести к экологическим катастрофам и экономическим бедствиям. Наряду с этим неравномерность распределения ископаемого топлива, его истощение, существующая система добычи, транспортировки, преобразования и потребления стали основным фактором процесса глобализации экономики, сферой политических интересов и методов воздействия одних стран на другие.
Решение указанных проблем делает актуальным рассмотрение в качестве возобновляемых источников энергии энергию солнца, земли, ветра, води и др. Энергетика, базирующаяся на использовании указанных возобновляемых источников энергии (ВИЭ), рассматривается как альтернативна современной энергетики.
В настоящее время интерес к развитию возобновляемой энергетики существенно возрастает, что подтверждается самым большим уровнем роста использования ВИЭ среди всех источников энергии в мировом балансе. Если потребление первичных энергоресурсов возрастет по прогнозам с 2000 по 2020 годы в 1,47 раза, то потребление энергии от возобновляемых источников более чем в 5 раз. Однако это незначительная часть экономически реализуемого потенциала возобновляемой энергетики, который, по минимальным оценкам, составляет 20 млрд. тонн условного топлива в год.
Широкое использование возобновляемых источников энергии сдерживается малыми плотностями их потока и изменчивостью во времени, достаточно высокой стоимостью большинства технологий преобразования, ориентацией промышленности и потребителей на использование органического топлива.
С учетом актуальности рассматриваемых проблем возобновляемой энергетики их решение базируется на широком международном сотрудничестве в рамках Организации Объединенных Наций, Европейского экономического сообщества и других организаций, превратившемся в крупное научно-техническое и практическое направление разработки путей развития энергетики, экологии, социального положения стран и отдельных регионов. Во многих странах мира в основе энергетических стратегий развитие возобновляемой энергетики стало предметом государственной политики. Разрабатываются финансируемые научно-технические программы. Ежегодные расходы на НИОКР в сфере возобновляемых источников энергии составляет в мире не менее 1 млрд. долларов. Принимаются нормативно-законодательные акты. Экономическое стимулирование осуществляется за счет налоговых и кредитных льгот, благоприятных тарифов, дотаций и т.п. Особенно это законодательство активно развивается в США и ФРГ. Создается организационная основа развития возобновляемой энергетики в виде определения государственного органа, ответственного за данное направление. Проводятся маркетинговые исследования на внутреннем и внешнем рынке, создаются демонстрационные объекты.
Наиболее перспективными источниками возобновляемой энергии в настоящий момент являются:
- энергия биомассы,
- низкопотенциальная энергия земли,
- энергия ветра и воды,
- энергия солнца.
Биомасса. Работа по переводу части котельных на местные виды топлива, такие как торф, отходы деревообработки и др. положительно сказывается на эффективности энергетики. В Финляндии, например, до 26% энергопотребления покрывает торфом и древесными отходами. В первую очередь это относится к предприятиям в сфере сельского хозяйства. Сырьем для производства возобновляемого источника энергии – биогаза могут быть растительные культуры и биологические отходы: навоз, отходы бойни, отходы растений, канализационные стоки, жиры, биомусор, отходы пищевой промышленности, садовые отходы и солодовый осадок.
Технологию производства биогаза особо целесообразно применять на водоочистных предприятиях крупных городов и населенных пунктов. Сырьем для них служат канализационные стоки. Очистку сточных вод необходимо проводить в любом случае, используя эту технологию позволит получать дополнительную прибыль. За счет этих установок реализуется возможность полностью удовлетворить свои потребности в электроэнергии и тепле.
Производство биогаза оправдывает себя на свалках бытовых отходов. На месте мусорных полигонов можно организовать добычу метана. Это будет выполнять несколько функций: переработка бытовых отходов, генерация новых энергоресурсов, уменьшение выброса парниковых газов и улучшение экологии. Проблема утилизации бытовых отходов очень остро стоит в большинстве крупных населенных пунктах.
Тепловые насосы. Технология применения «теплового насоса», по сравнению с ветровой и солнечной энергией, не подвержена влиянию погодных условий. Она основывается на отборе низкопотенциального тепла из среды (земли, воды или воздуха). Наибольшая эффективность достигается при использовании воды в качестве источника этого тепла. Это связано с тем, что вода обладает одним из наибольших показателей удельной теплоемкости. Размещение испарителя в водоем позволит значительно снизить первоначальные затраты на строительство ТН, это особо целесообразно в на территориях с большими запасами водных ресурсов. Тепловые насосы могут быть малыми, предназначенными для нужд отдельного дома, и крупными, способными удовлетворить потребности в отоплении и горячей воде целые районы. Одним из крупнейших тепловых насосов является проект Katri Vala в Финляндии город Хельсинки его общая мощность 90 МВт тепловой энергией и 60 МВт холода. В последнее десятилетие эта технология получила особо широкое распространение. Сегодня в Японии эксплуатируется около 3 млн установок, в Швеции около 500 000 домов обогревается тепловыми насосами различных типов.
Ветер. Рациональное использование распределенного ветрового потенциала позволяет его использовать как в автономных ветроэнергетических установках, так и при работе ВЭУ в составе местных энергетических систем. Валовой ветровой потенциал России оценивается в 80*1015 кВт/ч/ год, экономический – 40*109 кВт/ч/год. (Пургин, 2006).
Помимо крупных установок, мощность которых превышает 7 МВт, существуют ветряки средней и малой мощность. Такие установки будут востребованы среди частных лиц и небольших предприятий. Ветровую энергию в первую очередь необходимо осваивать и использовать на островах и в труднодоступных и отдаленных районах, где отсутствует центральное энергоснабжение.
Гидроэнергетика. Принято считать, что впервые для выработки электричества гидроэнергию использовал в 1878 году англичанин Уильям Армстронг для питания единственной электродуговой лампы в своей художественной галерее.
Первая электростанция была запущена в 1882 году на Фокс-Ривер в городе Эплтон, штат Висконсин, США. Через пять лет в США и Канаде было уже 45 гидроэлектростанций, а к 1889 году – 200.
Гидроэнергетика обеспечивает производство до 88 % возобновляемой и до 20 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 777 ГВт.
Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке — 98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях.
Наиболее активное гидростроительство ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии. В этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира, а также крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы и строящийся крупнейший по мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная ГЭС «Гранд Инга» мощностью 39 ГВт планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир).
Крупнейшими производителями гидроэнергии (включая переработку на ГАЭС) в абсолютных значениях являются следующие страны:
|
Страна |
Потребление гидроэнергии в ТВт·ч |
|---|---|
|
1. Китай |
585 |
|
2. США |
369 |
|
3. Монгол |
364 |
|
4. Бразилия |
251 |
|
5. Россия |
167 |
|
6. Норвегия |
140 |
|
7. Индия |
116 |
|
8. Венесуэла |
87 |
|
9. Япония |
69 |
|
10. Швеция |
66 |
|
11. Франция |
63 |
Солнце. Для большинства территорий применение установок по использованию солнечной энергии экономически оправдано. В первую очередь, преобразующие солнечное излучение в тепло. Это могут быть абсолютно разные установки от самых элементарных (черная бочка с водой на крыше) до более сложных (стеклянных вакуумных трубок).
С конца 90-х годов в мире получило распространение строительство домов с «солнечной» архитектурой, которая позволяет снизить энергозатраты дома и максимально использовать энергию солнца. Так же получили применение установки различной конструкции для нагрева воды и воздуха (солнечные коллекторы). Они используются не только в южных широтах, но и на севере (Финляндия, Швеция, Канада и др.). Во всех случаях солнечные отопительные панели использовались в качестве дополнительного источника тепла, тем не менее, они значительно сокращают расходы на отопление до нескольких тысяч кВтч за год.
Выработка электроэнергии на основе солнечной энергии, так же получила распространение не только в южных территориях, но и в северных широтах. Совместное использование солнечной энергии с дизельными генераторами позволяет получить существенную экономию топлива, при этом происходит сокращение выбросов продуктов горения в атмосферу.
Литература
Jager D., Klessmann C., Renewable Energy in the European Energy Market,URL;
http://ec.europa.eu/energy/renewables/studies/doc/renewables/2011_financing_renewable.pdf
Гидроэнергетический потенциал малых рек. Bellona. 2006. – URL,
http://bellona.ru/2008/06/06/gidroenergeticheskj-potentsial-maly.
Акентьева Е.М., Сидоренко Г.И., Тюсов Г.А. К оценке влияния наблюдаемых и ожидаемых в будущем климатических изменений на гидроэнергетический потенцияа регионов РФ // Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. 2014. №570. С.95-105.
Пургин С.А. Энергия ветра – неисчерпаемый потенциал России // Инвестиции в Приволжском федеральном округе. 2006. С. 30-38.