Использование возобновляемых источников энергии в России

Сноски подстрочные ...

ВВЕДЕНИЕ………………………….... …………………………………...….....… 3
1. Возобновляемые источники энергии: разновидности и современное состояние………………………………………...……………………………..…… 4
2. Перспективы использования и развития возобновляемых источников энергии в России………………………………………………...………………………..…. 9
3. Проблемы использования основных возобновляемых источников энергии... 13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………....………………………………….....… 17
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …………………….................18

Среди всех глобальных проблем едва ли не самая острая - проблема энергетическая. За последние тридцать лет человечество потребило энергии больше, чем за всю свою предыдущую историю. На мировые рынки вышли новые крупномасштабные потребители углеводородов — Китай, Индия, Бразилия и другие страны «догоняющего развития». И хотя мировой топливно-энергетический комплекс недоинвестируется, а геологоразведка существенно отстает от добычи, очевидна угроза исчерпания в обозримой перспективе запасов углеводородных энергоносителей. На этом тревожном фоне специалисты и политики обращают свой взор к новой, «неуглеродной» (или «малоуглеродной»), энергетике, не имеющей присущих «ископаемой» энергетике ограничений по ресурсной базе. Соответствующие поиски актуализируются экологическими мотивами, ибо сжиган ие углеводородов дает до 80% вредных выбросов в атмосферу.
В ряду альтернативных источников энергии называют прежде всего водород и «термояд», но соответствующие массово коммерчески приемлемые технологии вряд ли появятся до середины века. Другие альтернативы связываются с использованием энергии ветра, Солнца, Мирового океана и малых рек, геотермальной энергии, с применением в качестве топлива биомассы. Все перечисленные источники энергии объединяются термином «возобновляемые» (ВИЭ), акцентирующим их отличием от невоспроизводимых полезных ископаемых; согласно самым скромным оценкам, потенциал первых в десятки раз превышает нынешнее энергопотребление планеты.
В такой энергоизобильной стране, как Россия, конечно, нет необходимости разворачивать альтернативную энергетику любой ценой; сегодняшний приоритет - активное энергосбережение, экономия при потреблении традиционных энергоресурсов. Однако и ВИЭ не могут оставаться вне поля зрения власти и бизнеса.

Таяние льдов
Фотосинтез
Гидроэлектростанции (напорные и свободно­поточные)
Ветроэнергетические установки
Морские электростан­ции
Волновые электростан­ции
Ледниковые электро­станции
Электростанции на биомассе Фотоэлек­тричество
Планеты
Приливы и отливы
Приливные электростанции
Основные преимущества возобновляемых источников энергии перед традиционными не возобновляемыми видами топлива заключаются в неисчерпаемости и относительной экологической чистоте. Использование ВИЭ не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайших десятилетиях. Возобновляемые источники играют значительную роль в решении глобальных проблем, стоящих перед человечеством: обеспечение энергетической, экологической и продовольственной безопасностей.
В мире накоплен большой опыт использования солнечной и ветровой энергии. Действует большой парк гелио- и ветроэнергетических установок (ГЭУ, ВЭУ) с суммарной мощностью более 100 ГВт.
В России по разным причинам использование ВИЭ развивается слабо. В частности недостаточно исследованы условия функционирования энергоустановок, преобразующие возобновляемые виды энергии. В России с использованием ВИЭ ежегодно вырабатывается не более 8,5 млрд. кВт·ч электрической энергии (без учета гидроэлектростанций установленной мощностью более 25 МВт), что составляет менее 1 % от общего объема производства электроэнергии.
Экономический потенциал ВИЭ на территории России, выраженный в тоннах условного топлива (т.у.т.), составляет по видам источников: тепло Земли – 115 млн., энергия ветра – 10 млн., энергия малых рек – 65 млн., энергия биомассы – 35 млн., энергия Солнца – 12,5 млн.2
Вклад нетрадиционных ВИЭ (без крупных ГЭС) в энергобаланс России пока не превышает 1%. Принятые в последнее время государственные решения предписывают довести вклад ВИЭ к 2020 г. до 4,5%, что потребует ввода энергоустановок на ВИЭ суммарной мощностью 20-25 ГВт3. Однако эти решения пока не подкреплены должным образом законодательством и нормативными актами, не приняты принципиальные решения о стимулировании развития ВИЭ, что делает проблематичным выполнение принятых решений.
Россия существенно отстает от ведущих стран по разработке и освоению технологий использования ВИЭ. Тем не менее, имеются примеры реализации успешных проектов в этой области. Это относится к созданию нескольких геотермальных станций на Камчатке, ввод которых позволил существенно сократить объемы завоза дизельного топлива в этот регион. Частный бизнес осуществил «прорыв» в освоении производства древесных пеллет из отходов деревопереработки. Россия вошла в число мировых лидеров по объему производства пеллет (более 2 млн. т в год). К сожалению, они производятся преимущественно для экспорта в европейские страны, внутри страны эффективное их использование пока сдерживается административными и экономическими барьерами. Имеются определенные успехи в создании приливных энергоустановок с использованием оригинальных отечественных разработок. Ряд компаний уделяют большое внимание освоению технологий масштабного производства фотоэлектрических преобразователей, но, опять же, с ориентацией преимущественно на экспорт.
2. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В РОССИИ
Развитие возобновляемой энергетики является ключевым фактором энергетической безопасности и устойчивого развития страны. Возможность применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ) как один из вариантов диверсификации энергоснабжения, отказа от ориентации на один, возможно даже не ограниченный и дорогой энергоресурс, составляет основное содержание и цель энергетических политик как развитых, так и бурно развивающихся стран.
Несмотря на то, что наша страна богата углеводородным сырьем, есть регионы, в которых уже сейчас можно активно развивать возобновляемую нетрадиционную энергетику. Это в основном северные прибрежные регионы, где имеется большой потенциал для развития ветроэнергетики; южные регионы, богатые солнечной энергией; регионы со значительным гидропотенциалом. К районам, где по экономическим, экологическим и социальным условиям целесообразно приоритетное развитие возобновляемой энергетики, в том числе нетрадиционной и малой относятся следующие4:
зоны децентрализованного энергоснабжения с низкой плотностью населения, в первую очередь, районы Крайнего Севера и приравненные к ним территории;
зоны централизованного энергоснабжения с большим дефицитом мощности и значительными материальными потерями из-за частых отключений потребителей энергии;
города и места массового отдыха и лечения населения со сложной экологической обстановкой, что обусловлено вредными выбросами в атмосферу от промышленных и городских котельных, работающих на ископаемом топливе;
зоны с проблемами обеспечения энергией индивидуального жилья, фермерских хозяйств, мест сезонной работы, садово-огородных участков.
В настоящее время одними из ключевых факторов, сдерживающих развитие ВИЭ в России, являются дефицит инвестиций для реализации необходимых проектов, а также недостатки нормативно-правовой базы.
Широкое использование возобновляемых источников энергии соответствует высшим приоритетам и задачам энергетической стратегии России, поскольку во многом энергетическая безопасность формируется на региональном уровне. Степень обеспеченности регионов собственными топливно-энергетическими ресурсами является одним из основных показателей восприимчивости регионов к угрозам энергетической безопасности. Освоение и использование местных энергетических ресурсов (гидроэнергетика малых рек, торф, небольшие месторождения угле - водородных топлив и др.), а также использование других, в первую очередь возобновляемых, энергетических ресурсов (солнечная, ветровая, геотермальная энергия, энергия биомассы) позволят многие регионы страны перевести на энергообеспечение за счет ВИЭ, обеспечив их энергетическую независимость.
Расширение использования ВИЭ будет также способствовать развитию национальной промышленности, постоянному увеличению в экспорте доли машин и оборудования, созданию дополнительных рабочих мест, реализации имеющегося высокого научно-технического потенциала России, выполнению международных обязательств Российской Федерации по ограничению выбросов парниковых газов.
Проблема нетрадиционных источников энергии достаточно тесно связана с реализацией программы энергосбережения. Та страна, которая имеет такие богатейшие ресурсы, должна уметь их весьма рационально расходовать и использовать все виды энергии, которые сейчас возможно получать. В России есть такие регионы, для которых стоимость вырабатываемого 1 кВт-ч, например, дизельными электростанциями с учетом завозного топлива составляет примерно 8 руб. Это превышает все разумные пределы в 8-9 раз. Если же там поставить ветроэнергетическую установку, то тот же самый кВт- ч будет стоить уже 1,5-2 руб. Мы видим, что это реально, интересно и выгодно. С этих позиций развитие нетрадиционных видов энергии в России имеет весьма широкие и основательные перспективы.
Развитие возобновляемой энергетики означает5:
1. Повышение энергетической безопасности субъектов РФ и эффективности их энергоснабжения, т.е. достигается:
обеспечение устойчивого, соответствующего принятым в аналогичных климатических условиях тепло- и электроснабжения населения и производства в зоне децентрализованного энергоснабжения, в первую очередь в удаленных и труднодоступных районах, районах Крайнего Севера и приравненных к ним территорий;
повышение надежности (энергетической безопасности) субъектов Российской Федерации, в том числе энергоснабжения населения и производства (особенно сельскохозяйственного) в зонах неустойчивого централизованного энергоснабжения, снижение или полное предотвращение ущербов от аварийных и ограничительных отключений, в том числе населения в сельской местности и сельской перерабатывающей промышленности;
2. Исключение риска техногенных катастроф от установок на базе ВИЭ и снижение риска техногенных катастроф от энергетики;
3. Повышение экологической безопасности в локальных территориях, т.е. снижение вредных выбросов от электрических и котельных установок в городах со сложной экологической обстановкой, в местах массового отдыха населения, санитарно-курортных местностях и заповедных зонах;
4. Обеспечение диверсификации топливно-энергетического баланса субъектов РФ за счет увеличения производства электрической и тепловой энергии на базе ВИЭ и, в конечном счете, повышение доли ВИЭ в федеральном балансе производства и потребления электрической, тепловой и первичной энергии страны.
5. Развитие наукоемких технологий и оборудования:
в технологиях возобновляемой энергетики реализуются последние достижения многих научных направлений и технологий: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо- и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологии, материаловедения и т.д.;
в свою очередь развитие наукоемких технологий имеет значительный социальный и макроэкономический эффект в виде создания дополнительных рабочих мест за счет сохранения и расширения научной, производственной и эксплуатационной инфраструктуры энергетики, а также создания возможности экспорта наукоемкого оборудования;
6. Повышение экономичности работы электрических сетей: включение источника электрической энергии (генератора) в конце линии электропередач приводит к снижению потерь энергии, пропорционально объему выработанной генератором электрической энергии, чем длиннее линия, тем больше в ней потерь. Снижение потерь на передачу электрической энергии может оказаться существенным фактором в экономическом обосновании сооружения объекта возобновляемой энергетики.
Ускоренное развитие ВИЭ в России необходимо рассматривать как важный фактор модернизации экономики, в том числе связанной с развитием инновационных производств, разработкой новых инновационных технологий, развитием малого и среднего бизнеса, созданием новых рабочих мест, улучшением социальных условий, улучшением экологии и т.п.
Государство должно быть заинтересованным в развитии ВИЭ и активно содействовать развитию этого нового направления в энергетике, прежде всего, путем создания стимулов для бизнеса.
3. ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
Рассмотрим основные существующие возобновляемые источники энергии и вопросы, связанные с их использованием. Наиболее известные среди них - это солнечные батареи, ветрогенераторы, различные динамо-машины, устройства, работающие от энергии воды и т.д.
Указанные источники энергии имеют как положительные, так и отрицательные свойства. К положительным относятся повсеместная распространенность большинства их видов, экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников как бы бесплатная.
Больше неприятностей доставляет изменчивость во времени таких источников энергии, как солнечное излучение, ветер, приливы, сток малых рек, тепло окружающей среды. Если, например, изменение энергии приливов строго циклично, то процесс поступления солнечной энергии, хотя в целом и закономерен, содержит, тем не менее, значительный элемент случайности, связанный с погодными условиями. Еще более изменчива и непредсказуема энергия ветра. Зато геотермальные установки при неизменном дебите геотермального флюида в скважинах гарантируют постоянную выработку энергии (электрической или тепловой).
Отрицательные качества - это малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. Первое обстоятельство заставляет создавать большие площади энергоустановок, «перехватывающие» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций и т.п.).
Основная проблема солнечных батарей – зависимость от времени суток. Как известно, при одинаковой площади, весе и т.д. их КПД (коэффициент полезного действия) бывает совершенно разным. Отсюда возникает ситуация, при которой аккумулятор видеокамеры, например, в течение светового дня может быть заряжен полностью, либо только наполовину. Вдобавок, длительность суток зимой в России сильно сокращает возможности даже наиболее эффективных солнечных батарей. Вторая проблема этих источников питания была преодолена только в последние пять лет. Речь идет о надежности и хрупкости: ещё в прошлом столетии стеклянной или пластиковой защиты элементов не хватало, чтобы противостоять падению камня, зато терялось до 5-10% эффективности, в зависимости от использования типа защитного материала. И лишь недавно зарубежные компании стали предлагать потребителям гибкие аналоги, которые можно сжать в руке без последствий для самой батареи (прежде всего – для ее поверхности). Хотя это решение для широких масс было создано учёными в ущерб генерируемой мощности. В нашей стране так называемые «мягкие генераторы» пока неизвестны, да и подходят только для южных районов нашей страны в местах с низкой облачностью. Справедливости ради необходимо подчеркнуть тот факт, что даже половина крыши, выложенная солнечными панелями, обеспечивает частный дом на 20-30% требуемой энергией в течение дня, при этом для наших широт эта альтернатива является вполне приемлемой; многих потребителей останавливает лишь конечная стоимость таких панелей.
Что касается ветряных двигателей, то здесь главная проблема кроется в зависимости от природных условий, ландшафта местности, а также их довольно громоздкие конструкции и, чаще всего, не очень высокое КПД (зависящее от климата).
Самое главное, в отличие от солнечных батарей, такие генераторы до сих пор не рассматриваются как источник энергии, да и просто не прижились на территории РФ и стран Азии, а значит, их массовое производство для рядового потребителя в ближайшее время не планируется. Также, здесь возникает много нюансов, как связанных с законодательством, так и с индивидуальными особенностями землевладельцев: если участок потребителя расположен на территории, окруженной лесом, то его генераторы будут находиться в режиме ожидания до 30% времени, либо придется тратиться на дорогостоящие высотные опоры. Вдобавок, вполне реальна ситуация, когда владелец такой установки может быть оштрафован за генерацию электроэнергии без соответствующей лицензии6.
Известные в странах, прилегающих к океанскому побережью, генераторы приливной волны отличаются своим постоянством. Мощь волн, как правило, достаточна, чтобы обеспечивать электроснабжение первой линии домов. Но дешевизна в эксплуатации, легкость установки и другие преимущества меркнут при возможных потерях этих генераторов при сильных наводнениях и штормах. Перед стихией бессильны как способы жёсткого крепления на дне, так и на импровизированных подвижных платформах и буях.