Альтернативные источники энергии. Перспективы развития для Санкт-Петербурга и Ленинградской области

Можно указать три  основных направления использования солнечной энергии: для отопления (в том числе горячего водоснабжения) и кондиционирования воздуха, для прямого преобразования в электроэнергию посредством солнечных фотоэлектрических преобразователей и для крупномасштабного производства электроэнергии на основе теплового цикла.

Суммарная мировая мощность автономных фотоэлектрических установок достигла 500 МВт. Здесь следует упомянуть  проект «Тысяча крыш», реализованный  в Германии, где 2250 домов были оборудованы  фотоэлектрическими установками. При этом роль резервного источника играет электросеть, из которой возмещается нехватка энергии. В случае же избытка энергии она, в свою очередь, передается в сеть. Любопытно, что при реализации этого проекта до 70% стоимости установок оплачивалось из федерального и земельного бюджетов. В США принята еще более масштабная программа «Миллион солнечных крыш», рассчитанная до 2010 г. Расходы федерального бюджета на ее реализацию составят 6,3 млрд долларов. 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.

Приборы, использующиеся для получения энергии  в гелиоэнергетике:

• Солнечный водонагреватель

Солнечный коллектор

Фотоэлектрические элементы

3. Альтернативная гидроэнергетика

 На 2005 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 63 % возобновляемой и до 19 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 715 ГВт.

Абсолютным лидером  по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии, Канаде и Швеции. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии. В этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира, а также крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы и строящийся крупнейший по мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная ГЭС «Гранд Инга» мощностью 39 ГВт планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир).

На 2008 год крупнейшими  производителями гидроэнергии (включая  переработку на ГАЭС) в абсолютных значениях являются следующие страны^{[ Электроэнергетика. Строители России. XX век.» М.: Мастер, 2003. С.193.]:}

Страна	Потребление гидроэнергии в ТВт·ч
1. Китай	585
2. Канада	369
3. Бразилия	364
4. США	251
5. Россия	167
6. Норвегия	140
7. Индия	116
8. Венесуэла	87
9. Япония	69
10. Швеция	66
11. Франция	63

Крупнейшие ГЭС в мире

Наименование	Мощность,  ГВт	Среднегодовая  выработка, млрд кВт·ч	Собственник	География
Три ущелья	22,40	100,00		р. Янцзы, г. Сандоупин, Китай
Итайпу	14,00	100,00	Итайпу-Бинасионал	р. Парана, г. Фос-ду-Игуасу, Бразилия/Парагвай
Гури	10,30	40,00		р. Карони, Венесуэла
Черчилл-Фолс	5,43	35,00	Newfoundland and Labrador Hydro	р. Черчилл, Канада
Тукуруи	8,30	21,00	Eletrobrás	р. Токантинс, Бразилия

 

Гидроэлектростанции России

По состоянию на 2009 год в России имеется 15 гидравлических электростанций свыше 1000 МВт (действующих, достраиваемых или находящихся в замороженном строительстве), и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности.

Крупнейшие гидроэлектростанции России

Наименование	Мощность,  ГВт	Среднегодовая  выработка, млрд кВт·ч	Собственник	География
Саяно-Шушенская ГЭС	1,28 (6,40)[сн 1]	23,50[сн 1]	ОАО РусГидро	р. Енисей, г. Саяногорск
Красноярская ГЭС	6,00	20,40	ОАО «Красноярская ГЭС»	р. Енисей, г. Дивногорск
Братская ГЭС	4,52	22,60	ОАО Иркутскэнерго, РФФИ	р. Ангара, г. Братск
Усть-Илимская ГЭС	3,84	21,70	ОАО Иркутскэнерго,РФФИ	р. Ангара, г. Усть-Илимск
Богучанская ГЭС[сн 2]	3,00	17,60	ОАО «Богучанская ГЭС», ОАО РусГидро	р. Ангара, г. Кодинск
Волжская ГЭС	2,58	12,30	ОАО РусГидро	р. Волга, г. Волжский
Жигулёвская ГЭС	2,32	10,50	ОАО РусГидро	р. Волга, г. Жигулевск
Бурейская ГЭС	2,01	7,10	ОАО РусГидро	р. Бурея, пос. Талакан
Чебоксарская ГЭС	1,40 (0,8)[сн 3]	3,31 (2,2)[сн 3]	ОАО РусГидро	р. Волга, г. Новочебоксарск
Саратовская ГЭС	1,27	5,35	ОАО РусГидро	р. Волга, г. Балаково
Зейская ГЭС	1,33	4,91	ОАО РусГидро	р. Зея, г. Зея
Нижнекамская ГЭС	1,25 (0,45)[сн 3]	2,67 (1,8)[сн 3]	ОАО «Генерирующая компания», ОАО «Татэнерго»	р. Кама, г. Набережные Челны
Загорская ГАЭС	1,20	1,95	ОАО РусГидро	р. Кунья, пос. Богородское
Воткинская ГЭС	1,02	2,60	ОАО РусГидро	р. Кама, г. Чайковский
Чиркейская ГЭС	1,00	2,47	ОАО РусГидро	р. Сулак

Примечания:

1. ^{1 2} Восстанавливается после аварии (2009 год), в скобках указано доаварийное значение.
2. Строящиеся объекты.
3. ^{1 2 3 4} Мощность и выработка при проектном уровне водохранилища; в настоящее время фактическая мощность и выработка значительно ниже, указаны в скобках.

Типы гидроэлектростанций

• Приливные электростанции - электростанции, в которых используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины.

Приливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.

• волновые электростанции
• мини и микро ГЭС (устанавливаются в основном на малых реках)
• водопадные электростанции

4. Геотермальная энергетика

Направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

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.

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.

Типы  геотермальных электростанций

• Тепловые электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)

 

• Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта посредством теплообмена)

5. Космическая энергетика

Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на орбите Земли. Электроэнергия будет передаваться на землю в форме микроволнового излучения.

6. Водородная энергетика и сероводородная энергетика

• Водородные двигатели (для получения механической энергии)

Топливные элементы (для получения электричества)

 

7. Биотопливо

Твердые отходы и биомасса. Примерно половину твердых отходов составляет вода. Легко собрать можно лишь 15% мусора. Самое большее, что могут дать твердые отходы, – это энергию, соответствующую примерно 3% потребляемой нефти и 6% природного газа. Следовательно, без радикальных улучшений в организации сбора твердых отходов они вряд ли дадут большой вклад в производство электроэнергии.

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.

Продукты,получаемые из биотоплива

• Получение биодизеля

Получение метана и синтез-газа

Получение биогаза

8. Распределённое производство энергии

Новая тенденция  в энергетике, связанная с производством  тепловой и электрической энергии.