Альтернативные источники энергии

Уменьшение  зависимости энергопотребителей от централизованных энергосетей и энергетических монополистов станет важнейшей особенностью энергетики XXI века. Районы децентрализованного энергоснабжения занимают около 60% территории России и находятся главным образом на севере страны. По мнению специалистов, решить проблемы энергетики северных регионов только за счет крупного энергостроительства невозможно ни в ближайшей, ни в отдаленной перспективе.

В энергетическом балансе Северных районов России свыше 70% мощностей приходится на экологически “грязные”, органические виды топлива  — уголь, мазут и дрова, завоз  которых весьма дорог. Поэтому все  острее становится проблема экологизации северной энергетики, которая должна стать более эффективной в экстремальных условиях Севера. Она должна базироваться на возобновляемых энергоресурсах (ГЭС, геотермальные ТЭС, ветроэлектростанции и т.д.). Огромные пространства редконаселенного Севера в первую очередь нуждаются в децентрализованной автономной системе энергообеспечения, независимой от дорогостоящих поставок органического топлива.

Возможности новых технологий очень широки —  достаточно проследить путь, пройденный за два десятилетия компьютерной отраслью (от производства громоздких электронно-вычислительных и допотопных счетно-решающих машин до компактных карманных ноутбуков).

Если XX век  можно назвать “нефтяным”, то XXI век реально может стать эрой водородной энергетики. Ученые считают, что открытие дешевого и эффективного способа электролиза воды могло бы превратить водород в господствующий энергоноситель в недалеком будущем. Так, большие перспективы открываются у топливных элементов. Топливные элементы сегодня применяются в легковых автомобилях, автобусах, больницах, на военных базах, предприятиях по переработке промышленных стоков, разрабатываются они и для сотовых телефонов, ноутбуков. Использование малогабаритных топливных элементов и других альтернативных возобновляемых автономных источников энергии позволит децентрализировать энергосистему, сократить расстояние между источником энергии и ее потребителем.

Ветроустановки, как и солнечные электростанции, особенно эффективны в небольших поселениях, для автономных энергопотребителей, отдаленных от централизованных систем энергоснабжения. Для них энергия ветра и Солнца является самым экономичным источником электричества. Характерен в этом отношении пример Дании, разбросанной на многочисленных островах, которые трудно объединить централизованной энергосистемой. Сегодня здесь насчитывается свыше 4 тысяч ветроустановок, на которые приходится около 5% всей вырабатываемой в стране электроэнергии. Заметим, что энергии не только самой экологически чистой, но и дешевой. Если в начале 1990-х гг. 1 кВт ч ее стоил одну шведскую крону, то теперь — в 4 раза дешевле. Это значительно меньше аналогичного показателя для АЭС и угольных ТЭС, и даже конкурентоспособной дешевой шведской гидроэнергии. Датские ветроустановки пользуются большим спросом — свыше половины мирового спроса на них удовлетворяется датскими фирмами и их лицензиатами. Это явилось результатом стратегического предвидения государства, восприимчивого к нововведениям и к стратегическому партнерству с промышленностью, что позволяло Дании занять выгодные позиции в преддверии новой постиндустриальной эры.

Россия обладает колоссальным суммарным потенциалом  энергии ветра. Вдоль берегов Северного Ледовитого океана на протяжении 12 тыс. км господствуют ветры со среднегодовой скоростью свыше 5-7 м/с. (Считается, что ветроустановки эффективны при среднегодовых скоростях ветра выше 4-5 м/с.) Суммарная мощность ветра на Севере достигает 45 млрд. кВт, Успешно работают ветроэлектростанции на Новой Земле, в Амдерме, на мысе Уэлен, на островах Врангеля, Шмидта, Командорах (остров Беринга). Ветроустановки успешно заменяют на Севере малые дизельные электростанции, для работы которых необходимо завозить дорогостоящее (иногда импортное) топливо. Только доставка топлива к дизельным электростанциям, расположенным на Севере Канады, обходится вдвое дороже его самого.

Все шире используется на Севере и энергия приливов. В России на северном побережье Кольского полуострова построена Кислогубская приливная электростанция (ПЭС). Опыт эксплуатации этой станции позволил разработать новое проектное решение для строительства ПЭС на Кольском полуострове мощностью до 40 тыс. кВт.

В Тургурском и Пенжинском заливах Охотского моря, в районе Шантарских островов (здесь приливы достигают 13 м), перспективно строительство приливных электростанций мощностью от 7 до 25 млн. кВт.

В Канаде, Швеции, Норвегии, Финляндии, на Аляске все  более широкое применение, помимо малых гидроэлектростанций, находятсолнечные электростанции. В 2000 г. доля солнечной энергии в энергоснабжении Канадского Севера достигла 5%. Повышение эффективности солнечных элементов и качества материалов позволило за два последних десятилетия снизить на 80% затраты на их сооружение. Сейчас солнечные элементы встраивают в кровельную черепицу, керамические плитки и оконные стекла, что позволяет получать электричество и в отдельных зданиях. Суммарная мощность солнечных батарей возросла в мире со 150 МВт в 1985 г. до 900 МВт к 1999 г.

Опыт работы солнечных электростанций показал, что в условиях длительного полярного дня большую пользу приносит не только пассивное использование солнечной энергии (зеркальные веранды, усиленная теплоизоляция), но и пассивные системы теплоснабжения (солнечные коллекторы с водой или с другим аккумулятором тепла). Не потеряли своего значения и активные системы фотоэлементов, функционирующих также и при облачной погоде.

За прошлое  столетие люди научились использовать перегретый пар вулканических областей для получения дешевой геотермальной электроэнергии. Еще в 1970-е годы белорусский академик Герасим Богомолов предлагал использовать тепло подземных вод. Но тогда эту идею "списали", потому что стоимость нефтепродуктов была очень низкой. Стакан бензина стоил дешевле стакана газировки. Теперь отечественные ученые советуют обратить внимание на энергию подземных вод.

Интерес к  этому виду энергии резко возрос в последнее время, когда появилась  угроза т.н. "энергетического голода". Хотя в последние годы наметилась тенденция к сокращению использования  геотермальной энергии. Мощности ГеоТЭС в мире к концу 1990-х гг. сократились более чем вдвое — всего до 3.6 млн. кВт. Причина снижения интереса к геотермальным источникам энергии — трудности в эксплуатации станций, их негативное воздействие на окружающую среду и возрастающая стоимость 1 кВт установленной мощности. К тому же геотермальная энергетика не мобильна, она территориально привязана к источникам, находящимся порой в труднодоступных, малоосвоенных, преимущественно горных районах (за исключением, пожалуй, Исландии). Еще одна сложность использования геотермальных вод – их высокая минерализация. В отдельных местах она достигает 400 граммов на литр. Из-за этого может наступить закупоривание скважин.

Зарубежный  опыт показывает, что затраты на строительство геотермальныъ ЭС сначала получаются больше. Однако поскольку эта энергия "дармовая", предлагаемая нам самой природой и к тому же возобновляемая, отопление потом становится дешевле в два раза. Для обеспечения экологической чистоты в технологической схеме ГеоЭС предусмотрены система закачки конденсата и сепарата обратно в земные пласты, а также системы снеготаяния и предотвращения выбросов сероводорода в атмосферу. По мнению российских ученых, большой прогресс по удешевлению и уменьшению эксплуатационных издержек будет достигнут применением в геотермальных турбинах верхнего выхлопа отвода пара

Тем не менее геотермальные ресурсы перспективны в использование в северных районах России. Геотермальные станции используют энергию горячего пара или воды, получаемых из недр Земли. Этот вид возобновляемой энергии широко используется в мире. Артезианские бассейны термальных вод выявлены в Саяно-Байкальской горной системе, в Бурятии (здесь насчитывается около 400 термальных источников), в Якутии, на севере Западной Сибири, Чукотке (здесь известны 13 высокотермальных источников с суммарным дебитом 166 л/с). Самый “горячий” район — Курило-Камчатский вулканический пояс. На Камчатке выявлено 70 групп термальных источников, 40 из них имеют температуру около 100°С. Только наиболее крупные источники дают столько тепла, сколько можно получить от сжигания 200 тыс. т у.т. Себестоимость получения 4.2 ГДж тепла в системах геотермального теплоснабжения Камчатки в 10 раз ниже, чем в котельных Петропавловска-Камчатского.

18 августа  1966 года здесь была построена  Паужетская геотермальная станция мощностью 11 тыс. кВт с тремя агрегатами, которая использует энергию паро-гидротермального месторождения. Энергоустановка создавалась на Подольском турбинном заводе Работает очень надежно. И это не смотря на то, что она находится в районе, где часто происходят землетрясения. Недавно введена в строй Верхне-Мутновская геотермальная станция обеспечивая более четверти потребности области в электроэнергии.. Работой геотермальной станции будут управлять операторы из Москвы посредством спутника. Для этого германская фирма Siemens разработала комплекс. Такая система будет первой по счету в России и третьей – в мире. Мощность Мутновского месторождения оценивается в 300 мегаватт, а общий геотермальный потенциал Камчатки еще значительней. Но пока в конкретных планах рассматривается только расширение ранее введенных геотермальных станций (Паужетская, Верхне-Мутновская). Так, планируется размещение на них новых энергоустановок на основе бинарного цикла – когда горячая термальная вода используется повторно для выработки дополнительной электроэнергии, что, кстати, на Мутновке позволит увеличить мощность станции на 20 мегаватт.

Хотя в  наши дни размеры Паужетской геотермальной станции на Камчатке пока еще невелики, возможности таких станций открывают громадные перспективы. За годы своего существования Паужетская геотермальная станция была прибыльной всегда, независимо от величины тарифов. Сегодня этот энергетический узел отпускает энергию по самым низким в области тарифам. И при этом станция остаётся самоокупаемой и самодостаточной. Средний тариф на электроэнергию составляет 1 рубль 40 копеек. Электроотопление для населения стоит 75 копеек за 1 кВт/час. В ближайшие годы планируется создать каскад станций, мощностью до 300 МВт. Интересный факт – в скором будущем на Паужетской геотермальной станции будет установлена турбина, снятая с утилизированной подводной лодки.. Её наработка на подводной лодке составила меньше года. Хоть лодка была в строю несколько лет, но по ходовым часам ресурс турбины использован очень мало. Была проведена серьёзная подготовительная работа: обследование оборудования с привлечением проектировщика с завода-изготовителя, выполнен проект реконструкции этой турбины для геотермального энергоносителя. Центр по утилизации вооружения выполнил подгонку под другие параметры. А надолго ли хватит природного источника энергии для функционирования Паужетки? При работе в нынешнем режиме, по прогнозам специалистов, запасов Паужетского месторождения хватит как минимум лет на 30. Если изыскать средства и провести дополнительную разведку, примерно в двух километрах к югу, то мощность паро-гидротерм составит 30 мегаватт. Возможно, весь этот объём пока и не потребуется, но вполне можно наращивать мощности станции.

Сегодня геотермальную  энергию используют в 40 странах мира. В Швейцарии 10 тысяч теплоносителей забирают тепло из-под грунта. Сотни  тысяч киловатт дают станции районов  Лардерелло в Италии, Вайракей в Новой Зеландии. Треть электроэнергии для Сан-Франциско также дают геотермальные станции. Сегодня мощность канадских ГеоТЭС достигла 0.7 млн. кВт. Поляки начали заниматься геотермальной энергией десять назад. В Польше есть уже четыре геотермальные станции. Одна из них, в курортном Закопане. В Литве вся Клайпеда обеспечивается горячей водой с помощью геотермальной станции.

В Японии с  помощью геотермальной энергетики растапливают снег на дороге. Геотермальная  энергетика в Японии занимает значительное место – ее доля составляет 21 % . Основным сдерживающим фактором для развития стали экологические движения. Это  связанно с тем, что станции расположены  в природных парках и дальнейшее их развитие затруднено опасностью нанести ущерб охраняемым и заповедным территориям. Ядерные станции дают 35% общего энергопроизводства, работающие на природном газе – 24%. У нас максимум потребления электроэнергии приходятся на зимние, самые холодные месяцы, а в Японии – на лето, когда из-за жары основное потребление электроэнергии связано с работой оборудования, вырабатывающего холодный воздух.

Но дальше всех в использовании геотермальных  ресурсов продвинулась Исландия. Например, столица Исландии Рейкьявик с 1943 года использует геотермальные воды для обогрева домов, учреждений, магазинов  и фабрик. Установленная мощность всех исландских геотермальных станций  еще в 1988 г. составляла 39 МВт.

За последние 200 лет концентрация ртутных паров  в атмосфере повысилась более  чем в три раза. Произошло это в результате сжигания городских отходов и некоторых сортов углей, в которых содержится ртуть. Мы заинтересованы в развитии нетрадиционных источников энергетики для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.