Нетрадиционные источники энергии: экологическая “чистота” и перспективы использования

На биомассу – древесину  и органические отходы – приходится около 14% полного потребления энергии  в мире. Биомасса – обычное бытовое  топливо во многих развивающихся  странах.

Были предложения выращивать растения (в том числе и лес) как источник энергии. Быстрорастущие водяные растения способны давать до 190 т сухого продукта с гектара  в год. Такие продукты можно сжигать  в качестве топлива или пускать  на перегонку для получения жидких или газообразных углеводородов. В  Бразилии сахарный тростник был применен для производства спиртовых топлив, заменяющих бензин. Их стоимость ненамного  превышает стоимость обычных  ископаемых энергоносителей. При правильном ведении хозяйства такой энергоресурс может быть восполняемым. Необходимы дополнительные исследования, особенно быстрорастущих культур и их рентабельности с учетом затрат на сбор, транспортировку и размельчение.

В России выращивание быстрорастущих растений затруднено из-за климата.

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 геотермальных  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.

Гидроэнергия. Гидроэнергетика  дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Норвегия, где  электроэнергии на душу населения больше, чем где-либо еще, живет почти  исключительно гидроэнергией.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная  энергия воды, накапливаемой с  помощью плотин. У основания плотины  расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов  электрического тока.

Существуют очень крупные  ГЭС. Широко известны две большие  ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). Самая крупная  ГЭС в США – Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт. В 1995 на гидроэнергетику  приходилось около 7% электроэнергии, вырабатываемой в мире.

Гидроэнергия – один из самых дешевых и самых чистых энергоресурсов. Он возобновляем в  том смысле, что водохранилища  пополняются приточной речной и  дождевой водой. Остается под вопросом целесообразность строительства ГЭС  на равнинах.

Значительное развитие получило направление, связанное с использованием низкопотенциального тепла окружающей среды (воды, грунта, воздуха) с помощью теплонасосных установок (ТНУ). В ТНУ при расходе единицы электрической энергии производится 3-4 эквивалентные единицы тепловой энергии, следовательно, их применение в несколько раз выгоднее, чем прямой электрический нагрев. Они успешно конкурируют и с топливными установками.

Опыт  использования альтернативных источников энергии за рубежом

Многие страны, особенно те, которые  не имеют крупных запасов нефти, угля и газа, переходят на альтернативные источники энергии.

В Канаде, Швеции, Норвегии, Финляндии, на Аляске все более широкое применение находят солнечные 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.

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.

Область ветровой энергетики развита в Дании. 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.

В настоящее время все  больше стран обращаются к возобновляемым источникам энергии. Хроническая нехватка электричества в стране сподвигла  правительство КНР принять решение  о строительстве крупной ветряной электростанции. Ветровые турбины общей  мощностью 1 млн. кВт будут установлены  в прибрежной зоне провинции Хэбэй  в Бохайском море. Первый комплекс ветряков мощностью 50000 кВт возведут уже в этом году, а полностью  строительство ветроэлектростанции  завершится через пятнадцать лет. Стоимость  проекта составит 1,1 млрд. долларов США, инвестировать строительство  будут компании Huanghua Port Development Zone и Guohua Energy Investment. китайские власти заявили, что до 2007 года ежегодно планируется  вырабатывать дополнительные 70 млн. кВт  энергии, чтобы в целом электроэнергетическая  система КНР производила 650 млн. кВт. Только при соблюдении этого плана  Китай сможет не только обеспечить существующие сегодня потребности, но и иметь излишек электроэнергии. Сейчас города КНР живут в режиме жесткой экономии электричества - плановые блэкауты становятся все чаще, а  предприятия вынуждены переносить производство продукции на выходные дни или другое время, когда спрос  на электроэнергию снижается.

Согласно правительственным  планам, к 2020 году из возобновляемых источников, таких как энергия воды, солнца и ветра, страна будет получать около 20 млн. кВт электроэнергии. Потенциально одна лишь энергия ветра позволяет  вырабатывать 253 млн. кВт энергии, однако до сей поры использовалась только малая часть этого ресурса.

В Португалии стартует амбициозный  проект - в южной провинции Алентейо начнется строительство самой крупной  в мире электростанции, работающей на энергии солнца. В городе Моури  планируется установить 350000 солнечных  батарей, которые займут площадь  в 114 гектаров, сообщает агентство France Presse. Новая электростанция сможет вырабатывать 62 МВт электроэнергии - это в шесть  раз больше, чем производит солнечная  электростанция в Германии, крупнейшая из существующих на сегодняшний день.

Станция Leipziger Land находится  в Эспенхайне, недалеко от Лейпцига. Она состоит из 33500 модулей общей  мощностью около 10 МВт. Электроэнергии, вырабатываемой солнечной электростанцией, хватает для обеспечения потребностей 1800 домов, что позволяет сократить  выбросы углекислого газа на 3,7 тысяч  тонн в год. . Стоимость проекта  оценивается в 250 млн. евро (307 млн. долларов США). На Алентейо выбор пал не случайно - провинция считается одной из самых солнечных территорий в  Европе. По оценкам специалистов, Португалия может получать около 39% от всей вырабатываемой в стране электроэнергии из возобновляемых источников.

Перспективы применения альтернативных источников энергии в РФ

В нашей стране проблема нехватки энергоносителей и электроэнергии пока остро не стоит. Но поскольку  цены на нефть все растут, а запасы ее отнюдь не бесконечны, то эта проблема может остро проявиться в относительно недалеком будущем. В России есть условия для исподьзования всех типов возобновляемых источников энергии.

Однако вложения в эту  отрасль окупаются далеко не сразу. И несмотря на то, что в перспективе  электростанции, использующие возобновляемые источники энергии окупают себя, начальные капиталовложения очень  велики, и далеко не всякое предприятие  может себе это позволить. К тому же, элекроэнергия, получаемая из традиционных источников все еще дешевле, хотя при существующих темпах роста тарифов  нельзя быть увереным, что через  несколько лет ситуация не изменится. Энергия же, получаемая из возобновляемых источников становиться все дешевле. А как только использование альтернативных источников станет выгодным, в эту  отрасль тут же последуют огромные капиталовложения. Но у традиционных, экологически вредных видов электростанций есть важное преимущество перед альтернативными  – их мощность и относительно малые  площади. Поэтому можно с уверенностью утверждать, что полностью вытеснить  традиционные энергоносители из использование  альтернативным в обозримом будущем  не удасться.

У возобновляемых источников энергии хорошие перспективы  массового применения в северных районах нашей страны, где нет  единой энергосети. Их уже активно  используют, но перспективы расширения там еще велики.

Спрос на маломощные установки, использующие возобновляемые источники  энергии в нашей стране довольно низок по нескольким причинам. Первая из них – высокие начальные  капиталовложения. Вторая – психологический  фактор. Люди привыкли к использованию  существующих энергосетей, многие просто не доверяют новым технологиям. Поэтому  без длительной и дорогостоящей  рекламной компании нечего и думать о появлении высокого спроса на маломощные установки, работающие на альтернативных источниках энергии, со стороны населения. Шум производимый ветряными электростанциями, самыми дешевыми из альтернативных, сильно снижает их привлекательность в  глазах покупателей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Запасы традиционных энергоносителей  не бесконечны. По некоторым прогнозам  их запасы могут критически уменьшится еще при моей жизни. Поэтому переход  к возобновляемым источникам энергии  неизбежен. У всех электоростанций, использующих альтернативные источники  энергии имеют свои плюсы и  минусы.

Солнечную энергию можно  эффектикно использовать почти везде, но это дорого, требует больших  площадей и огромных затрат кремния, производство которого наносит сильный  вред окружающей среде.

Ветряную энергию можно  эффективно использовать только в определенных типах местности. Но начальные капиталовложения в эту отрасль относительно низкие. К тому же, сейчас стоимость электроэнергии, полученой с помощью ветряных электростанций, почти равна стоимости  энергии с ТЭЦ. Поэтому у ветроэнергетики  большие перспективы.

Другие виды альтернативных источников энергии тожже имеют  хорошие перспективы массового  применения.

Общими плюсами для  всех является возобновляемость и меньший  урон экологии от большинства. Минусами являются дороговизна, привязаность к  определенным типам местности и  относительно малая мощность. Поскольку  установки, использующие возобновляемые источники энергии относительно маломощны, привязаны к определенным типам местности и давольно дороги, то пока реально возмоно только комбинированое использование альтернативных и  традиционных. Это позволит снизить  потребности в нефти, угле и газе, уменишить или просто остановить рост темпов их добычи, что отсрочит энергетический кризис.

Источники:

Интернет-документы:

1. Интернет издание «Мембарана.Ру». (www.membrana.ru)
2. Солнечная энергетика и солнечные батареи (http://solar-battery.narod.ru)