Netradits_Energetika_Uch_1

отдельные предприятия, школы и др.). Они базируются главным образом на НВИЭ.

Особенно активно автономные источники энергии развиваются в Китае, Индии, Южно-Африканских странах, а также в США, Скандинавии, Германии, Новой Зеландии, Канаде, Италии.

Весьма существенная ставка на развитие водородной энергетики и топливных элементов, как и других видов нетрадиционной энергетики, сделана Евросоюзом и США. С 2003 г. США и Евросоюз скоординировали глобальное сотрудничество по ускорению развития водородной энергетики.

Как это уже неоднократно подчеркивалось, использование ископаемого углеводородного сырья (нефть, газ) ограниченно. В связи с этим мир стремится избежать мирового энергетического кризиса. При этом пессимисты утверждают, что он возможен через 20 лет, оптимисты – через 50, а это в масштабах человечества сроки весьма малые (как и разница в цифрах прогноза). Естественно, перспективен вариант с развитием атомной энергетики, чем занимаются и США и Россия. Но и атомная энергетика зависит от ограниченных запасов урана и, кроме того, наносит существенный удар по окружающей среде своими радиоактивными отходами. Еще более существенно влияет на окружающую среду использование угольных технологий. Перспективой избежать энергетического кризиса в мире является использование термоядерной энергии. Термояд – это неистощимый источник энергии (по существу, второе солнце) и практически экологически чистый (если не считать эмиссионных нейтронов). Лучшее термоядерное топливо изотоп гелий-3. На земле этот изотоп практически отсутствует, что заставляет работать с дейтерием. В изобилии этот изотоп имеется на Луне. Именно этим, а не только научным любопытством можно объяснить планы США по колонизации Луны и Марса, объявленные президентом в январе 2004 г. Это не столько космическая, сколько экономическая программа. Прагматичные США по реализации этой программы через 20 лет могут стать обладателями мирового энергетического рынка. По мнению академика Э. Алимова (институт геохимии и аналитической химии РАН), одного загруженного сжиженным гелием «Шаттла» хватит на обеспечение энергопотребления США на целый год, а двух «Шаттлов» – на годовое обеспечение всей планеты.

31

Так как не у всех стран экономические возможности позволяют осуществлять столь дорогостоящие проекты, они активизируют работы по использованию альтернативных углеводородному топливу источников энергии.

1.ВИДЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ (ВИЭ)

К возобновляемым источникам энергии относятся:

yсолнечное излучение (гелиоэнергетика);

yэнергия ветра (ветроэнергетика);

yэнергия рек и водотоков (гидроэнергетика);

yэнергия приливов и отливов;

yэнергия волн;

yгеотермальная энергия;

yрассеянная тепловая энергия: тепло воздуха, воды, океанов, морей и водоемов;

yэнергия биомассы, куда в свою очередь относятся:

–растительная биомасса, образуемая на основе фотосинтеза и включающая различные виды растений;

–биомасса животного происхождения, представляющая отходы жизнедеятельности и переработки животных, включая птицеводство;

–торф (согласно международной классификации торф относится к растительной биомассе);

–бытовые отходы антропогенной деятельности (органического состава);

–органические отходы целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и лесной промышленности, лесозаготовок.

Все это многообразие можно свести к трем глобальным видам источников:

y энергия Солнца; y энергия Земли;

y энергия орбитального движения планет.

32

Всвою очередь возобновляемые источники энергии делятся на группы:

–нетрадиционные возобновляемые источники энергии 1-й группы (НВИЭ-1), куда входят: энергия солнца, ветра, геотермальная энергия

идр.;

–нетрадиционные возобновляемые источники 2-й группы (НВИЭ-2) куда входят биомасса, продукты ее переработки, бытовые отходы и др.

Впонятие «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ) не входят возобновляемые источники энергии, получаемые за счет крупных гидроэнергетических установок (гидроэлектростанции большой мощности) в отличие от гидроэнергии, используемой за счет малых рек и водотоков.

2.ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ (ВЭР)

ВМИРЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

По данным Мирового Энергетического совета, представившего варианты прогноза ввода новых возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в миллионах тонн нефтяного эквивалента до 2020 года, в максимальном варианте они достигают 8...12 % (табл. 2.1).

Т а б л и ц а 2.1

Прогноз вклада ВИЭ в общее энергопотребление

Масштабные проекты развития малой нетрадиционной энергетики активно реализуются в Канаде, Италии, Новой Зеландии. Современная биомасса в этих проектах включает в себя отходы сельскохозяйственного производства, осадки сточных вод, органические отходы лесной, пищевой, мясомолочной, деревообрабатывающей, гидролизной и цел- люлозно-бумажной промышленности, а также твердые отходы коммунального хозяйства.

По прогнозу мирового энергетического конгресса, к 2020 году доля возобновляемых ресурсов в балансе мировой энергетики может достигнуть 20 % и при этом биомасса составит более одной трети, что примерно в 2...3 раза превышает ожидаемые доли реализации других возобновляемых источников (солнечной, геотермальной, ветровой) [13].

В мире, по данным Международного энергетического агентства, производство электроэнергии с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии к 2002 г. оценивалось более чем в 200 млрд кВтч, что составляет примерно 2 % общемировой выработки энергии. Мощность нетрадиционных энергоустановок, например в США, составляет около 1 % всей мощности электростанций страны. В Дании уже сейчас более 15 % электроэнергии производится нетрадиционными возобновляемыми источниками.

3.ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ РОССИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Российская Федерация располагает значительными возобновляемыми энергоресурсами, что видно из табл. 2.2.

Следовательно, использование энергии биомассы дает экономический потенциал достаточно весомый, значительно превышающий потенциал от энергии ветра, солнечной энергии, сопоставимый с гидроэнергоресурсами для малых ГЭС. Особенно важно, что эти ресурсы в достаточном количестве имеются в большинстве регионов, в первую очередь в проблемных с точки зрения энергоснабжения.

Потребность расширения использования возобновляемых источников энергии и местных энергоресурсов для России актуальна, в связи

34

с тем, что примерно на 70 % территории страны, где постоянно проживает около 20 млн человек, нет централизованного энергоснабжения, а во многих случаях оно экономически неоправданно. Приходится завозить в эти регионы с большими трудностями и расходами топливо и крайне неэффективно его использовать.

Развитие нетрадиционной энергетики позволяет решить проблему энергообеспечения отдаленных труднодоступных и экологически напряженных регионов.

Распространение возобновляемых источников энергии, кроме того, способствует уменьшению объемов строительства линий электропередачи, особенно в труднодоступных и отдаленных местах; оптимизации графиков загрузки оборудования на базовых электростанциях с учетом их сезонного использования; сокращению выбросов СО2 и NOx

идругих вредных веществ.

Ксожалению, на 2002 г. общий вклад невозобновляемых источников энергии в России составляет весьма малую величину и не превы-

шает 0,1 %.

В то же время, как известно, основные фонды энергетической отрасли ускоренно стареют. К 2010 г. парк генерирующего оборудова-

35

ния, выработавшего свой ресурс, может достигнуть 100 млн кВт, что примерно составляет 50 % установленной мощности. В этих условиях целесообразно увеличить долю нетрадиционной энергетики в балансе электроэнергии.

Для этого необходимо предусмотреть увеличение доли нетрадиционной энергетики в балансе электростанций в программе «Схема развития ОЭС России на период до 2010 года».

Россия обладает значительными ресурсами растительной биомассы. В табл. 2.3 по данным Гипролестранса на 1995 г. [13] приводятся объемы лесозаготовок и ресурсы отходов лесопереработки, а в табл. 2.4 – запасы торфа и возможные масштабы его годовой добычи по регионам.

Т а б л и ц а 2.3

Сводные данные по заготовке и переработке леса в России, млн м3 (по расчету Гипролестранса на 1995 г.)

Т а б л и ц а 2.4

Запасы торфа и возможные масштабы его годовой добычи, млн т

Кроме того, в городах образуются значительные количества твердых бытовых отходов – более 400 кг на человека в год, органическая часть которых превышает 50 %.

Вцелом, доступные для энергетического использования ресурсы растительной биомассы в России эквивалентны, примерно 400 млн т у.т. (а по некоторым оценкам даже 1 млрд т у.т.) [13].

Впределах России ежегодно конвертируется до 227×1021 Дж солнечной энергии и продуцируется до 15 млрд т биомассы (в результате усвоения миллиардов тонн углекислого газа). Энергия химических

связей этого количества биомассы составляет 0,24×1024 Дж, что эквивалентно 8,2 млрд т условного топлива.

В стране за год накапливается до 320 млн т органических отходов (сухого вещества), из которых 250 млн т в сельском хозяйстве и 60 млн т в виде твердых бытовых отходов [14].

37

4.СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ, СЕБЕСТОИМОСТИ И СРОКОВ ОКУПАЕМОСТИ

ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК В ТРАДИЦИОННОМ ИСПОЛНЕНИИ И С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИЭ

Существующая устойчивая тенденция роста капитальных вложений в традиционную энергетику стимулирует в свою очередь их снижение при внедрении технологий с использованием возобновляемых источников энергии.

С 1980 по 1999 гг. удельные капитальные вложения на тепловых электростанциях повысились с 750 долл. за киловатт установленной мощности до 1000...1100 долл.; на атомных электростанциях с 1500 долл./кВт до 2200 долл./кВт.

Например, для строящейся электростанции Пуэртольяно (Испания), являющейся крупнейшей в мире угольной ТЭС, использующей газификацию угля и комбинированный парогазовый цикл производства электроэнергии удельные капитальные вложения составляют

1714 долл./кВт.

За этот же период (1980–1999 гг.) удельные капитальные вложения в ветроустановки снизились с 4000 долл./кВт до 900 долл./кВт. Удельная стоимость фотоэлектрических модулей за этот период снизилась с 50000 долл./кВт до 4000–5000 долл./кВт. Отечественное оборудование для ВИЭ дешевле импортного на 30–50 % и более. Например, удельная стоимость 1 кВт установленной мощности в России для малых ГЭС составляет 1000–1200 долл., а для микроГЭС, работающих изолированно — 600–700 долл., тогда как в Европе удельная стоимость для этих установок равна 1500–1800 долл. [12].

Цена 1 кВтч электроэнергии для электростанций на угле в настоящее время (2000 г.) составляет 5,2–8 центов, на газе 5–6,5 центов, на атомных электростанциях 4–8 центов.

Цена1 кВтчэлектроэнергииотВИЭзарубежомсоставляет(табл. 2.5):

–для микро- и малых ТЭС 3–4 цента;

–для ветростанций 4–5 центов;

–для геотермальных станций 5–6 центов;

–для электростанций на отходах деревообработки 6–7 центов.

38

Т а б л и ц а 2.5

Усредненные максимальные и минимальные цены на электроэнергию от разных источников [17]

Цена на электроэнергию в России в централизованных энергосистемах составляет 1,5–2,0 цента/кВтч, а в автономных энергосистемах – 4–30 центов/кВтч и более.

В Дании, например, стоимость электроэнергии от угольных ТЭС повысилась за период 1980–1998 гг. с 0,045 экю за 1 кВтч до 0,05 экю,

ацена электроэнергии за этот же период от ветростанций снизилась с 0,13 экю за 1 кВтч до 0,035 экю.

Срок окупаемости капитальных вложений в энергетике составляет 8–10 лет. Кроме того, тепловая электрическая станция строится 6–8 лет,

акрупная гидростанция 10–12 лет.

39

Ветростанция, например мощностью 50 МВт, за рубежом строится за 5–6 месяцев, начиная от подписания контракта, и окупается за

8–10 лет.

По расчетам Минэнерго России [12] срок окупаемости различных проектов на ВИЭ составляет от 3 до 15 лет. Федеральной программой «Развитие нетрадиционной энергетики России на 2001–2005 гг.» предусматривается приращение замещения органического топлива в объеме 2,2 млн т условного топлива в год. При этом предусматривается срок окупаемости капитальных затрат на указанный объем 5 лет. Расчеты, проведенные Минэнерго РФ [12] для различного сочетания факторов, влияющих на срок окупаемости объектов возобновляемой энергетики, показали следующее:

–в централизованных энергосистемах приемлемый срок окупаемости 5–10 лет – имеет место при удельных капитальных вложениях 1500 долл./кВт и менее при числе часов использования установленной мощности 2000 часов и более в год;

–для автономных энергосистем – соответственно 2000 долл./кВт и 1500 часов в год;

–установленным критериям соответствуют практически все виды оборудования возобновляемой энергетики.

5.ФАКТОРЫ, СТИМУЛИРУЮЩИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИЭ

5.1.СТИМУЛИРУЮЩИЕ ПРИЧИНЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИЭ

ВРАЗВИТЫХ СТРАНАХ

Основными причинами, по которым развитые страны активно занимаются использованием ВИЭ, являются следующие.

– Обеспечение энергетической безопасности. Со времени топливного кризиса 1973 г. в период 1973–1976 гг. разработаны и реализованы с превышением планы развития энергетики на возобновляемых ресурсах. Это вызвано необходимостью смягчения зависимости от импорта нефти.

В последние годы (начиная с 2000 г.) вновь повышается актуальность использования ВИЭ в связи с повышением признаков нового экономического кризиса (повышение цен на нефть и газ).

40