Другие возобновляемые источники энергии
Волновая энергия. В структуре возобновляемых энергоресурсов весьма перспективным энергоносителем являются океанские волны. Специалисты утверждают, что уже сейчас за счет энергии океанских волн возможно получение электроэнергии производительностью до 10 млрд. кВт. Это лишь незначительная доля совокупной мощности волн морей и океанов Земли. Вместе с тем она больше мощности всех электростанций, работавших на земле в 1990 г. Наиболее совершенен проект "Кивающая утка", предложенный конструктором С. Солтером (S. Salter, Эдинбургский университет, Шотландия). Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 кВт/ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это - 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 кВт/ч).
Энергию приливов вполне можно "приручить" на приливных ГЭС, которые демонстрируют достаточно хорошие экономические показатели, но ресурс их ограничен - требуются специфические природные условия - узкий вход в бухту и т.п. Совокупная энергия приливов оценивается в 0,09*1015 кВт*час в год.
Существуют приливные 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.(7,с.41)
Биомасса представляет собой весьма широкий класс энергоресурсов. Ее энергетическое использование возможно через сжигание, газификацию (термохимические газогенераторы, перерабатывающие твердые органические отходы в газообразное топливо), пиролиз и биохимическую переработку анаэробного сбраживания жидких отходов с получением спиртов или биогаза. Каждый из этих процессов имеет свою область применения и назначение.
Некоммерческое использование биомассы (проще говоря, сжигание дров) наносит большой ущерб окружающей среде. Хорошо известны проблемы опустынивания в Африке, сведения тропических лесов в Южной Америке. С другой стороны, использование древесины от энергетических плантаций является примером получения энергии от органического сырья с суммарными нулевыми выбросами диоксида углерода. 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. (7,с. 32).
Низкопотенциальное тепло также относят к возобновляемым источникам энергии. Использование систем теплонасосного отбора рассеянного тепла поверхностных слоев грунта обеспечивают более чем 3-х кратную экономию электроэнергии при выработке тепла.(6,с27).
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.(6,с. 42).
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.
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.(6,с. 45)
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.(7,с. 51)
Перспективы применения альтернативных источников энергии в РФ
В Российской Федерации, к счастью, нет дефицита традиционных энергоносителей — наша страна на долгие годы вперед обеспечена ископаемым топливом. Однако использование альтернативных и возобновляемых источников энергии интересно и для России.
На территории РФ альтернативные источники могут применяться в разных областях. Во-первых, ВИЭ позволяют обеспечить энергией северные районы, а также другие труднодоступные и удаленные уголки страны, не подключенные к централизованным энергосистемам. Завоз топлива в такие районы очень дорог и проблематичен, в связи с чем стоимость электроэнергии, выработанной на основе привозного топлива, становится неприемлемо высокой.
Другой сферой возможного применения альтернативных источников энергии в РФ может стать создание генерирующих мощностей в энергодефицитных районах, где постоянно происходят аварийные отключения электричества. В таких регионах сегодня проживает более 15 миллионов россиян. Ненадежное электроснабжение не только создает неудобства для жителей, но и наносит серьезный ущерб промышленности и сельскому хозяйству. Использование альтернативных источников — в первую очередь, энергии ветра, микро-ГЭС и биомассы — позволило бы существенно сократить потери.(6,с77).
В перспективе нетрадиционные ВИЭ — солнечные коллекторы, биогенераторы, тепловые насосы, ветроустановки — смогут снабжать электричеством и теплом отдаленные изолированные поселения, семейные фермы и загородные дома. В число потребителей альтернативных источников в будущем могут войти предприятия лесной и рыбной промышленности, нефтяные и газовые платформы, радары и маяки, а также метеорологические, коммуникационные, археологические и геологические станции.
По мнению экспертов, наша страна обладает значительными ресурсами ВИЭ: энергия ветра, солнца, биомассы, геотермальная энергия и гидроэнергетические ресурсы малых рек. Ученые считают, что практически в каждом регионе России имеется хотя бы один тип альтернативных источников, использование которого может быть целесообразным и оправданным с коммерческой точки зрения.
К сожалению, несмотря на огромный потенциал ВИЭ в России, практическое применение альтернативных источников пока что сильно затруднено. По словам отечественных экспертов, сегодня в России на базе нетрадиционных ВИЭ получают лишь 4% тепла. Что касается производства электроэнергии, то, согласно данным за 2008 год, посредством альтернативных источников в нашей стране вырабатывается менее 1% от общего объема произведенной электроэнергии. Другими словами, по темпам развития альтернативной энергетики Россия сильно уступает многим странам мира.(6,с79).
Биотопливо, получаемое из пищевого сырья, (т. н. биотопливо первого поколения) в России практически не производится. По причине высоких цен на масличные культуры биодизель отечественного производства неконкурентоспособен ни на внутреннем, ни на внешнем рынках. Что касается этанола, то у нас нет излишков кукурузы, необходимых для его рентабельного производства. Кроме того, в России цены на кукурузу значительно выше, чем во многих других странах, а акцизный налог на этанол очень высок.
Сегодня основной сферой интересов российских ученых и производителей в области альтернативной энергетики является биотопливо, получаемое из растительной целлюлозы, — целлюлозный этанол. Сырьем для него служат трава, опилки, солома и прочие непищевые отходы, поэтому производство такого этанола не сказывается негативно на пищевом балансе страны. К сожалению, пока что себестоимость целлюлозного этанола существенно выше, чем зернового. Но прогресс не стоит на месте, и производство биоэтанола постепенно дешевеет.
Развитие альтернативной энергетики в РФ сдерживается не только высокой себестоимостью энергии, получаемой с помощью ВИЭ, но и отсутствием в стране необходимой нормативно-правовой базы, а также хорошо проработанных федеральных и региональных программ поддержки. Информированность россиян о современных ресурсах, технологиях и возможностях возобновляемых источников энергии, по мнению экспертов, тоже оставляет желать лучшего.
Правда, сейчас отношение государства к альтернативной энергетике и роли ВИЭ в энергетике будущего стало меняться. Экологические требования к традиционным электростанциям становятся жестче, совершенствуется оборудование для производства энергии путем внедрения нетрадиционных технологий, в результате чего альтернативная энергия становится все более конкурентоспособной и перспективной.(6,с81).
Заключение
В настоящее время возобновляемые источники энергии (энергия рек, ветра, солнца, биомассы, тепла Земли) в энергобалансе России составляют 22%. Ведущую роль занимает большая гидроэнергетика (20%). При рассмотрении стратегии развития энергетики России необходимо учитывать, что, согласно данным Института мировых ресурсов и других международных организаций, запасов жидкого ископаемого топлива в России осталось на 1-2 поколения, угля и урана на 2-4 поколения жителей России.
Сегодня вклад ВИЭ в энергетический баланс России, несмотря на их огромный потенциал, незначителен. Основным препятствием развития этого направления является отсутствие законодательства по стимулированию возобновляемой энергетики и экономических механизмов его реализации, недостаток финансирования и комплексного подхода к решению этой проблемы: наука – производство - широкомасштабное использование.
Несмотря на то, что электроэнергия и тепло, получаемые от различных ВИЭ, сегодня, как правило, дороже, чем от традиционных источников, существует значительный рынок, где использование ВИЭ конкурентоспособно. Это прежде всего относится к регионам, где источником энергии является дорогое привозное топливо, рекреационным зонам, где на первый план выступает экологическая чистота ВИЭ, к ряду случаев, когда имеющиеся сооружения и объекты позволяют существенно снизить капитальные затраты для сооружаемых ВИЭ (пробуренные скважины для геотермального теплоснабжения, гидротехнические сооружения для малых ГЭС, большое количество различных отходов, подлежащих утилизации).
Состояние производственной базы для производства оборудования для различных ВИЭ в стране различно. Значительны успехи в создании крупных геотермальных электростанций на Камчатке. Отечественные предприятия сегодня производят малыми сериями конкурентоспособное оборудование для малых ГЭС, биогазовых установок небольшой мощности, фотопреобразователи, солнечные водонагревательные установки, малые ветроэнергетические установки, тепловые насосы средней мощности. При ограниченном платежеспособном спросе объем этих производств достаточен. Однако по мере экономического роста потребуется расширение производственной базы по выпуску оборудования для ВИЭ.
Отечественные разработки и производство крупных (мегаваттного класса) ветроэнергетических агрегатов существенно отстают от зарубежных фирм.
Список литературы
Аугусто Голдин. Океаны энергии. – Пер. с англ. Оксфорд-пресс.1983 г.
Марченко, О. В., Соломин, С. В. Анализ эффективности производства водорода с применением ветроэнергетических установок и его использования в автономной энергосистеме О. В. Марченко, СВ. Соломин. - Н.: «Наука» 2007
Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М., Зайцев С.В., Муругов В.П., Пузаков В.Н. "Возобновляемая энергия" . 2005.
Марченко, О. В. Математическая модель энергосистемы с возобновляемыми источниками энергии [Текст] // О. В. Марченко. - Изв. РАН. Энергетика 2006
Беккер, А. Т., Солоницын, А. Г., Грибков, С. В. Локальные энергетические системы [Текст] // А. Т. Беккер, А. Г. Солоницын, С. В. Грибков. — М.: «Экология и развитие» 2008
Данилов Н.И., Щеклеин С.Е., Велкин В.В., Шестак А.Н., Малетин А.П. Возобновляемая энергетика - альтернативная в электрификации удаленных районов. Эффективная энергетика, Изд. УГТУ, 2004.
Попель, О. С. Автономные энергоустановки на возобновляемых источниках энергии О. С. Попель. - Энергосбережение 2006. - №3