Лекция 14. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Состояние и перспективы их использования в России. Солнечная энергетика

В России практическое применение НВЭИ существенно отстает от ведущих стран. Отсутствие законодательной и нормативной базы затрудняет практическую деятельность в этой сфере. Основная причина тормозящих факторов – затянувшееся экономическое неблагополучие в стране и, как следствие, трудности с инвестициями, низкий платежеспособный спрос и отсутствие средств на исследования. Тем не менее, работы и практические меры по использованию НВИЭ в России проводятся.

Геотермальная энергетика. Парогидротермальные месторождения вРоссии имеются только на Камчатке и Курильских островах. Поэтому геотер-мальная энергетика не может в перспективе занять значимое место в энергетике страны в целом. Она способна решить проблему энергообеспечения указанных районов, которые пользуются дорогим привозным топливом.

Первая Паужетская ГеоТЭС была введена на Камчатке в 1967 г. и име-ла мощность 5 МВт. В 1999 г. на Камчатке была введена Верхне – Мутновская ГеоТЭС (три модуля по 4 МВт). Вводится первый блок 25 МВт первой очереди Мутновской ГеоТЭС суммарной мощностью 50 МВт. Вторая очередь мощно-стью 100 МВт введена в 2004 г.

Другое использование геотермальной энергии – геотермальное тепло-снабжение давно применяется на Камчатке и на Северном Кавказе для обогре-

ва теплиц, отопления и горячего водоснабжения в жилищно-коммунальном секторе.

Ветроэнергетика. Ветер-самый непостоянный и изменчивый источ-ник энергии среди всех других видов НВИЭ. Но именно ветроэнергетика является сегодня мировым лидером по масштабам применения, так как она достигла огромных технических успехов за последние 10-15 лет и, кроме того, энергия воздушного потока повсеместно распространена. Ветроэнергетические установки можно разделить на две основные группы:

1. ВЭУ мощностью более 100 кВт, работающие в энергосистеме;

2. ВЭУ мощностью менее 100 кВт, работающие автономно и обеспе-чивающие энергоснабжение отдельных потребителей.

В настоящее время в России смонтированы две ВЭУ отечественного про-изводства мощностью по 1 МВт в качестве начала строительства Калмыцкой ВЭС проектной мощностью 22 МВт. В разных регионах страны эксплуатиру-ются до десяти отечественных ВЭУ мощностью 250 кВт и несколько более мощных ВЭУ зарубежного изготовления.

Солнечная энергетика

Солнечная электроэнергетика развита в мире более слабо, чем, например, ветроэнергетика, что объясняется значительными удельными капиталовложениями в солнечные электростанции (СЭС) и энергоустановки.

Суммарная мировая установленная мощность сетевых СЭС составляет около 400 МВт, из них 350 МВт приходится на паротурбинные СЭС, построенные в Калифорнии в конце 80-х и начале 90-х годов. Зато большое распространение получили автономные, главным образом фотоэлектрические солнечные энергоустановки, суммарная мировая установленная мощность которых достигает 500 МВт и с каждым годом увеличивается. В ряде стран Западной Европы, США и Японии получили распространение так называемые " солнечные крыши", т. е. фотоэлектрические установки, размещаемые на крышах жилых домов.

Установка работает параллельно с электрической сетью, отдавая в нее избыточную энергию. При недостатке солнечной энергии и ночью потребитель получает энергию из сети. Подобная схема позволяет без применения электрических аккумуляторов преодолеть такой существенный недостаток солнечной радиации, как ее непостоянство.

В мире насчитывается несколько тысяч " солнечных крыш", а в США предложена программа доведения их числа до 1 млн к 2010 г. При этом потребитель оплачивает меньшую часть стоимости установок, разницу же оплачивает государство в виде дотации.

В бывшем СССР имелся единичный опыт создания солнечной электро-станции. В 1985 г. в Крыму была задействована экспериментальная паротур-бинная солнечная электростанция мощностью 5 МВт (СЭС-5).

Другой аспект использования солнечной энергии — преобразование ее в тепло невысокого температурного потенциала для горячего водоснабжения и отопления. При этом основным видом оборудования является так называемый плоский солнечный коллектор, в котором осуществляется нагрев протекающего теплоносителя. В мире системы на базе солнечных коллекторов нашли широкое распространение. Их суммарная установленная тепловая мощность составляет не менее 2, 5 ГВт. В бывшем СССР имелся довольно обширный опыт создания и применения таких установок, в том числе крупных с площадью солнечных коллекторов до 1200 м².

Сейчас в России можно отметить положительный пример деятельности Южно-Русской энергетической компании в Краснодаре, которая за последние годы смонтировала для различных потребителей несколько десятков солнечных установок горячего водоснабжения. Можно полагать, что это направление использования солнечной энергии получит в России заметное развитие.

Использование энергии биомассы. Под термином" биомасса" понима-ется органическое вещество растительного или животного происхождения, которое может быть использовано для получения энергии или технически удобных видов топлива путем термохимической (прямое сжигание, пиролиз, газификация) или биологической конверсии. Если говорить о древесном топливе, то следует вспомнить, что в начале XX века в России его доля составляла 40 % в балансе всех первичных источников энергии, а в 1998 г. — всего 0, 4%. Замена древесного топлива более калорийным ископаемым топливом (уголь, нефть и производные, газ) считалась несомненным техническим прогрессом. Между тем сегодня в таких странах, как Швеция и Финляндия, доля древесного топлива в топливном балансе составляет 18-20%. При этом его потребление не превышает естественного прироста, так что данный источник энергии вполне соответствует понятию " возобновляемый".

Россия обладает собственными лесными ресурсами, составляющими 24 % мировых. Качество древесины как топлива делает ее пригодной для энерго-установок относительно малой мощности. Газогенераторная энергоустановка на древесине вполне конкурентоспособна, например, с дизель-электрической установкой сопоставимой мощности. В России выпускается соответствующее оборудование для таких газогенераторных энергетических установок. Это направление имеет в нашей стране несомненные перспективы развития.

Другое направление использования энергии биомассы — биоконверсия органических отходов растениеводства, животноводства и птицеводства, а также органической составляющей городского мусора. Это направление активно развивается в мире. Помимо биогаза (основная его часть — метан), пригодного для производства электроэнергии или тепла, результатом биоконверсии указанных отходов являются также экологически чистые удобрения.

Таким образом, наряду с энергетической решается не менее важная экологическая задача, заключающаяся в ликвидации отходов, загрязняющих окружающую среду. В России разрабатываются и производятся биогазовые установки различной производительности по биогазу, в том числе для фермерских хозяйств. Срок окупаемости таких установок — 1-2 года. Их широкое распространение сдерживается лишь ограниченным платежеспособным спросом.

Малая гидроэнергетика. Хотя малую гидроэнергетику относят к нетра-диционной энергетике, она отличается от большой только уровнем мощности.

Обычно принято считать, что к малым относятся ГЭС, суммарная установлен-ная мощность которых не превышает 30 МВт при мощности единичного агре-гата не более 10 МВт. В малой гидроэнергетике выделяют также категорию микроГЭС, мощность которых составляет от сотен ватт до десятков киловатт.

В свое время в бывшем СССР малые ГЭС имели достаточно широкое распространение. В 50-е годы их число превышало 6, 6 тыс. при суммарной установленной мощности 332 МВт и годовой выработке электроэнергии 466

млн кВт ч. В последующем их число резко снизилось. Тенденция к сокращению числа и установленной мощности малых ГЭС в этот период наблюдалась во многих странах и являлась общемировой. В последние 10-15 лет эта тенденция

в мире и России сменилась на обратную. Малая гидроэнергетика получила ин-тенсивное развитие во многих странах.

В России потенциал малой гидроэнергетики весьма велик. Наибольшая его часть приходится на Дальневосточный и Восточно-Сибирский регионы, которые, следует отметить, являются наиболее энергодефицитными. В настоящее время оборудование для малых и микроГЭС выпускается рядом фирм. Вследствие невысокого уровня мощности объекты малой гидроэнергетики требуют небольших капиталовложений.

Приливная энергетика. Сегодня в мире существует лишь одна мощная приливная электростанция (ПЭС) — Ране во Франции мощностью 240 МВт, производящая самую дешевую электроэнергию в этой стране. В России имеется одна экспериментальная Кислогубская ПЭС мощностью 0, 4 МВт, введенная в 1967 г. с целью экспериментальной отработки строительных решений и режимов эксплуатации.

Основные исследованные в России створы для возможного создания ПЭС таковы, что мощность этих станций должна быть весьма велика. Проектные проработки показали, что, например, мощность Тугурской ПЭС на Охотском море должна составлять 7, 8 ГВт, а Мезенской ПЭС на Белом море — 19, 2 ГВт. При этом количество гидроагрегатов исчисляется сотнями. Огромная мощность таких ПЭС требует чрезвычайно больших капитальных вложений, но пока эко-номика страны не позволяет приступить к проектам подобного масштаба.

Рассматривая в целом перспективы использования НВИЭ в России, можно отметить следующее. С одной стороны, в стране есть достаточные ресурсы всех видов НВИЭ. Имеется и очевидная потребность в их использовании, особенно на региональном и локальном уровнях. В России существует промышленное производство почти всех видов необходимого для этого оборудования. Есть и научно-технический потенциал, хотя и значительно ослабленный вследствие почти полного отсутствия финансирования в данной сфере.