Классификация первичной энергии

Солнечная энергия может быть использована и для производства электрической энергии. В настоящее время за рубежом и в Беларуси создаются гелиоустановки, позволяющие снимать 100 Вт с 1 м2 поверхности, освещенной солнцем.

Широкое распространение солнечной электроэнергетики сдерживается высокой стоимостью как самих фотоэлементов, так и фотоэлектрических систем (включая аккумуляторы, преобразователи). В настоящее время удельная стоимость фотоэлементов составляет 3—6 долларов США/Вт, а систем, в зависимости от мощности: для работы на сеть — 5—20 долларов США/Вт, для автономного электроснабжения — 8—40 долларов США/Вт. В последнее время созданы системы с предполагаемым ресурсом работы до 30 лет и сроком окупаемости: для подключенных к сети при среднегодовом потоке солнечной энергии 1 500 кВт*ч/м2 — от 4 до 9 лет и для автономных при 2 000 кВт*ч/м2 — от 7 до 10 лет.

В Беларуси фирма «Электрет» занимается созданием производства солнечных фотоэлементов и изделий с их применением. Построен и работает цех по выпуску элементов мощностью 250 кВт в год. Достигнут КПД элементов в батареях 13—15 %. Себестоимость элементов — на уровне 3,5 доллара США/Вт.

Завод «Измеритель» (г. Новополоцк) выпускает базовые солнечные модули мощностью 50 Вт для автономных источников энергоснабжения.

Солнечные элементы используются для изготовления источников питания радиоаппаратуры, электропастухов, для освещения передвижных доильных установок, зарядки аккумуляторных батарей питания устройств связи.

Весьма перспективным источником возобновляемой энергии для Беларуси является естественный холод. По данным Гидрометцентра Республики Беларусь, не менее 150 дней в году среднесуточная температура воздуха не превышает плюс 4 °С. При наличии оборудования, способного аккумулировать холод атмосферного воздуха и направлять его для охлаждения, появляется возможность в течение приблизительно половины года использовать «даровой» холод. Применение оборудования, использующего естественный холод в течение зимнего сезона для охлаждения молока, мяса, другой продукции, позволит экономить 160—180 млн кВт*ч электроэнергии в год. Разработанная в РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» установка охлаждения естественным холодом молока для молочно-товарной фермы на 200 голов ОМС-12, которая прошла государственные приемочные испытания и рекомендована к производству, за период с октября по апрель может экономить 7—12 тыс кВт*ч энергии и обеспечивает продление ресурса работы холодильного оборудования на 60—80 %.

Министерством топлива и энергетики Республики Беларусь в декабре 1996 г. была принята Программа проектирования, реконструкции и нового строительства малых ГЭС в системе Минтопэнерго (в настоящее время концерна «Белэнерго»). Программой предусмотрено восстановить и построить в 1997—2010 г. 29 ГЭС мощностью 6 860 кВт. Эта программа позволит лишь удвоить мощность существующих малых гидроэлектростанций в республике, но не позволит повысить уровень использования этого возобновляемого источника энергии. Более существенным шагом могло бы стать строительство каскадов ГЭС на самых крупных реках Беларуси — Западной Двине и Немане.

В бассейнах рек Неман и Западная Двина, исходя из экономической и экологической целесообразности, возможно строительство 35 ГЭС суммарной мощностью 260 МВт, что позволит увеличить долю ГЭС в общем потреблении электроэнергетики до 1 %.

Исследованы возможности использования потенциала ветроэнергетики в республике. Следует отметить, что ветродвигатели небольшой мощности эксплуатировались в Беларуси в 50—60-е гг. ХХ в. Академик М. Е. Мацепуро в своих трудах указывал, что еще в начале ХХ в. ветряные мельницы перерабатывали половину урожая зерна, но затем были вытеснены оборудованием с приводом от электромоторов или двигателей внутреннего сгорания.

Республика Беларусь относится к континентальным и сугубо равнинным странам. Среднегодовое значение скорости ветра в целом по республике не превышает 4,1 м/с. Институтом «Белагросетьпроект» и другими организациями проведен анализ так называемых «ветровых коридоров» в республике. В результате этих исследований выявлено, что в Беларуси существует 1 840 отдельных площадок на высоте 200—350 м над уровнем моря, где расчетная скорость ветра изменяется от 10 до 12 м/с, а среднегодовая составляет 6,0—7,5 м/с. На этих площадках могут быть построены традиционные ветроустановки единичной мощностью от 360 до 550 кВт. Использование только зон с повышенной активностью ветра гарантирует выработку энергии ветроустановками до 6,5—7,5 млрд кВтч с замещением органического топлива в объеме 1,9—2,0 млн т у. т. Такая выработка может быть достигнута при использовании 4 700 ветроэнергоустановок единичной мощностью 500 кВт. Ветроэнергетические установки такой мощности проектируются на номинальную скорость ветра 12—15 м/с.

В республике уже имеется положительный опыт использования зарубежной ветротехники. Опыт эксплуатации ветроэнергетических установок мощностью 270 кВт фирмы «Нордекс» и мощностью 600 кВт фирмы «Якобс», установленных в поселке Дружная Мядельского района (район озера Нарочь), подтверждает эффективность работы лопастных ВЭУ в условиях Республики Беларусь.

В РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» ведутся работы по внедрению на животноводческих комплексах зарубежных технологий и оборудования по переработке органических отходов и получению биогаза, а также разрабатываются типовые модули биогазовых установок мощностного ряда 125, 500 и 2 000 кВт с повышенным выходом биогаза. В сравнении с аналогами, эффективность предлагаемых типовых моделей характеризуется более высокими значениями выхода биогаза.

Стоки животноводческих и птицеводческих хозяйств экологически опасны. При переработке стоков наименее энергозатратной из существующих технологий является анаэробная. Анаэробно сброженные стоки экологически безопасны и являются ценными органическими удобрениями. При этом вырабатывается 60—70 % метана, одновременно сложные химические соединения разлагаются до простых, легко усваиваемых растениями, исчезает неприятный запах. Таким образом, анаэробная технология решает следующие проблемы: агрохимическую, экологическую, энергетическую, социальную. Общее количество стоков достигает 14,7 млн т в год, в т. ч. стоков крупных свиноводческих комплексов — 4,1 млн т в год. Анаэробная переработка всех стоков обеспечивает выход биогаза в объеме 450 млн м3 в год с энергетическим эквивалентом (при содержании 65 % метана в биогазе), составляющим 380 тыс. т у. т. в год.

В целом прогнозные ресурсы геотермальной энергии в Беларуси оцениваются в 100 млрд т у. т. В республике известны 2 перспективных района для извлечения геотермальной энергии с плотностью запасов более 2 т у. т./м2: центральная и северная зоны Припятского прогиба в Гомельской области и территория западнее линии Высокое — Жабинка — Малорита в Брестской области.

В первом из этих районов в скважинах на глубине 1 400—1 800 м обнаружена вода температуры 50 °С, на глубине 3 800 м — 90—95 °С и на глубине 4 200 м — 100 °С. Плотность запасов тепловой энергии здесь составляет от 4 до 6 т у. т./м2. Во втором районе (Брестская область) плотность запасов не превосходит 4 т у. т./м2, но глубина расположения тепловых подземных источников несколько меньше, чем в первом районе. Кроме вышеназванных районов, обнаружены также благоприятные зоны недалеко от Гродно и в Оршанской впадине. Однако высокая минерализация термальных вод и в целом слабая изученность ситуации позволяют сделать вывод о необходимости усиления проведения дальнейших работ в направлении возможности использования значительного прогнозного потенциала геотермальной энергии.

Из местных видов топлива значительным энергетическим ресурсом в Беларуси является древесина. Как показывает опыт, себестоимость древесной массы в 2—4 раза ниже, по сравнению с экспортируемым углеводородным топливом. Экологически целесообразный потенциал использования древесины существующих лесов, включая отходы деревообработки, в качестве топлива равен 2,5—2,7 млн т у. т. в год.

В настоящее время в республике действует 461 котельная установка, работающая на совместном сжигании древесного и других видов топлива, и 1 022 котельных на угле с общим топливопотреблением 563 тыс. т у. т. Увеличение использования древесной массы в качестве топлива может быть осуществлено за счет модернизации угольных котельных, строительства новых котельных и ТЭЦ на древесине. Кроме того, древесную биомассу можно использовать для получения из древесины экспортной топливной продукции.

РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» располагает научными и производственными разработками в области получения гранулированного топлива из отходов сельскохозяйственного производства и предприятий лесной и деревообрабатывающей промышленности. Созданная технологическая линия приспособлена, главным образом, для получения древесных гранул. Основой разработанной технологии является паротермическая обработка исходного сырья перегретым паром с последующим прессованием в матричном грануляторе. Роль паротермической обработки и заключается в доведении древесной массы до ее деструкции. При этом из опилок выделяются смолы, которые при последующем прессовании обеспечивают повышенную прочность, малую гигроскопичность, в результате изменения химического состава древесины увеличивается ее теплотворная способность. Пар действует на обрабатываемый продукт как смазка. Благодаря этому увеличиваются производительность и срок службы гранулятора. При себестоимости древесных гранул 70 долларов США/т цена продажи на экспорт составляет 130—160 долларов США.

В 2007 г. по разработанной в РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» технологии получения древесных гранул в республике функционирует более 10 комплектов оборудования общей производительностью около 3 тыс. т гранулированного топлива в месяц (30 тыс. т в год), что составляет более 10 % потребности в твердом топливе агропромышленного комплекса страны. Однако в республике отсутствует топочное оборудование для эффективного сжигания этого топлива, в связи с этим данный вид топлива в основном экспортируется за рубеж. При внедрении топочного оборудования для сжигания гранулированного топлива из отходов растениеводства в количестве 30—40 комплектов можно заменить до 40 % твердого топлива (т. е. 100—120 тыс. т у. т.). Разработанная технология и оборудование, предназначенные для получения гранул (пеллет) из древесины, после соответствующей модернизации могут быть легко приспособлены для получения брикетов или гранул из соломы рапса.

Согласно данным Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь, годовой прирост соломы рапса достигает 6—7 т/га, что в 3—4 раза выше прироста древесины (1,7 т/га), 1 га леса обеспечивает годовой прирост древесины, эквивалентный ~ 0,7 т у. т., что почти в 8 раз меньше энергетического эквивалента биомассы с 1 га. Важнейшей особенностью рапса как сельскохозяйственной культуры является то, что при выращивании на загрязненных радионуклидами территориях основное их количество накапливается в соломе, только незначительная часть в жмыхе и практически не содержится в масле. Поэтому комплексная переработка рапса, выращенного на загрязненных территориях, позволит получать не только экологически чистое биодизельное топливо и большое количество гранулированного топлива, но одновременно и рекультивировать зараженные почвы, постепенно возвращая их в сельскохозяйственный оборот. Однако сжигание загрязненного радионуклидами рапсового гранулированного топлива следует проводить в определенных топках с предотвращением уноса твердых частиц в атмосферу и складировать в строго определенных местах.

В соответствии с программой развития масложировой отрасли Беларуси в 2010 г. производство масла рапса должно быть доведено до 150 тыс. т в год. Из такого количества масла может быть получено биотопливо, эквивалентное 207 тыс. т у. т. Переработка биомассы растительных культур в газообразное и жидкое топливо требует более дорогостоящих технологий, чем при производстве твердых видов топлива, и приводит к существенному ухудшению энергетического потенциала исходного сырья. Потенциально республике можно вовлечь в топливный баланс аграрного сектора экономики 400—450 тыс. т рапсового масла на технические нужды — в качестве топлива для дизельных двигателей (в частности, для комбайнов) и котельных установок, а также смазочных материалов, и более 2 млн т гранулированного топлива. Указанное количество масла и твердого топлива из соломы рапса можно получить за счет увеличения площадей под посевы рапса до 700 тыс. га, в т. ч. на загрязненных радионуклидами территориях.

В соответствии с директивой Президента Республики Беларусь № 3 от 15 июня 2007 г. о максимальном использовании местных видов топлива и поставленной задачей в 2008 г. обеспечить перевод котельных в населенных пунктах численностью до 20 тыс. человек, работающих на топочном мазуте, на использование в основном местных видов топлива, РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» совместно с ГНУ «Институт тепло- и массообмена НАН Беларуси» в 2007 г. создана технология и оборудование для производства высокодисперсных топливных смесей на основе мазута с использованием отходов и местных видов топлива, таких как обводненные мазутом, нефтесодержащие сточные воды, низшие спирты, сивушные, рапсовые масла, отработанные масла и смазывающие охлаждающие жидкости, нефтешлаковые, торфяные, угольные и древесные отходы. В результате проведенного анализа потребляемый в республике мазут имеет достаточно высокое содержание воды — от 6 до 10 %, что, вероятно, связано как с очисткой водой резервуаров хранения мазута, так и с подогревом его при помощи парообработки в ряде котельных. В связи с этим нередки случаи, когда при переводе снабжения котлоагрегатов на топливо из новой емкости вследствие большого количества влаги, выпавшей в осадок, имеет место срыв процесса горения в котлоагрегатах. Производство высокодисперсных топливных смесей позволяет исключить возможность таких срывов процесса горения, при этом на 35—40 % снижаются вредные выбросы в атмосферу.

В агропромышленном комплексе страны ежегодно накапливается до 700 тыс. т нефтесодержащих сточных вод, до 30 тыс. т сивушных и отработанных масел, накоплено около 1 млн т отходов (мелкой крошки) торфа, угля и более 500 тыс. т нефтешламов. Следует отметить, что внедрение 15 комплектов разработанного оборудования позволит сберечь до 20 % традиционного жидкого топлива, потребляемого агропромышленным комплексом, и снизить на 35—40 % вредные выбросы в атмосферу за счет сжигания топливных смесей с этими отходами.

Внедрение только разработок РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» по получению гранулированного топлива, гелионагревательному оборудованию и оборудованию, использующему естественный холод, позволит получить дополнительно для агропромышленного комплекса Беларуси около 400 тыс. т у. т., что позволит значительно расширить общий топливный баланс республики, сократит дефицит расхода топливно-энергетических ресурсов, в особенности на бытовые нужды, и будет способствовать сохранению здоровья населения.

Большое значение в решении проблемы широкомасштабного использования возобновляемых нетрадиционных источников энергии и местных видов топлива в республике принадлежит также кадровому обеспечению развития энергетики агропромышленного комплекса. К сожалению, в настоящее время острой проблемой стал дефицит достаточного количества и качества опытного квалифицированного персонала. Для восполнения этого пробела необходимо организовать при УО «Белорусский государственный аграрный технический университет» и «Белорусский национальный технический университет» подготовку и повышение квалификации специалистов по использованию возобновляемых нетрадиционных источников энергии и местных видов топлива в Республики Беларусь.