- •Институт предпринимательской деятельности
- •Основы энергосбережения Учебное пособие для студентов, обучающихся по экономическим специальностям
- •1. Энергия и ее роль в жизни общества
- •1.1 Основные понятия и определения, связанные с энергосбережением и энергетикой.
- •1.2. Основные законодательные акты Республики Беларусь по вопросам энергосбережения
- •1.3. Система энергосбережения в Республике Беларусь
- •1,4. Эффективность использования энергии
- •1.5.Роль энергетики в жизни и развитии общества.
- •1.6. Основные виды энергии
- •1.7. Возобновляемые и невозобновляемые энергетические ресурсы.
- •Основные источники энергии.
- •1.8. Виды топлива
- •1.8.1. Твердое топливо.
- •1.8.2. Жидкое топливо.
- •Газообразное топливо
- •1.8.4. Ядерное топливо
- •1.8. 5. Условное топливо
- •2. Общая характеристика топливно-энергетического комплекса республики беларусь
- •2.1. Традиционные способы получения электроэнергии.
- •2.1.1. Классификация электрических станций.
- •2. По виду вырабатываемой энергии:
- •2. 1. 2. Конденсационные электростанции
- •2.1. 3. Теплоэлектроцентрали
- •2.1.4. Атомные электростанции
- •2.1.5. Гидравлические и гидроаккумулирующие электростанции
- •2.2. Нетрадиционная энергетика
- •2.2.1. Биоэнергия
- •2.2.2. Ветоэнергетика
- •2.2.3. Солнечная энергетика
- •2.2.4. Малая гидроэнергетика
- •2.2.5. Геотермальная энергетика
- •2.2.6. Водородная и термоядерная энергетика
- •3.Экономика энергетики и энергосбережения
- •3.1 Общая характеристика теплоэнергетического комплекса Республики Беларусь.
- •3.2. Надежность в энергетике
- •3.3. Качество электрической энергии
- •3.4. Производительность труда и ее определение в энергетике
- •4. Энергосбережение-основа функционирования и развития современного производства
- •4.1. Объективная необходимость энергосбережения
- •4.2. Основные резервы и принципы энергосбережения
- •4.3. Основные показатели эффективности использования энергии и энергосбережения
- •4.5. Энергоэкономические показатели по нормированию тэр
- •4.6. Методы разработки норм, порядок их согласования и утверждения
- •4.7. Системы учета электрической энергии
- •4.8. Регулирование и учет тепловой энергии, типы приборов, используемых в Республике Беларусь
- •4.9. Общая характеристика программ развития энергетики и энергосбережения.
- •5. Ориентиры и перспективы энергообеспечения и энергосбережения
- •5.1. Мировой опыт энергосбережения.
- •5.2. Международное сотрудничество в сфере развития энергетики и энергосбережения
- •5.4. Приоритетные направления энергопроизводства и энергосбережения в основных отраслях экономики страны
- •5.4.1 Энергетика
- •5.4.2 Промышленность
- •5.4.3. Сельское хозяйство
- •5.4.4 Строительный комплекс
- •5.4.5. Химическая и нефтехимическая отрасль
- •5.4.6. Жилищно-коммунальное хозяйство
- •5.4.7 Вторичные энергетические ресурсы их классификация и использование
- •5.4.8. Энергосбережение в промышленных, жилых, общественных зданиях и сооружениях
- •5.4.8.1. Тепловые потери в зданиях и сооружениях
- •5.3.8.2. Тепловая изоляция зданий и сооружений
- •5.3.8.3. Энергетическая паспортизация зданий, мониторинг застроенных территорий и экспертиза проектов теплозащиты
- •5.3.8.4. Изоляционные характеристики остекления. Стеклопакеты
- •6.Энергосбережение и экология
- •6.1. Экологические проблемы энергетики
- •6.2. Парниковый эффект
- •6.3. Экологические проблемы ядерной энергетики
- •1. Энергия и ее роль в жизни общества
- •2. Общая характеристика топливно-энергетического комплекса Республики Беларусь.
- •3.Экономика энергетики и энергосбережения
- •4. Энергосбережение-основа функционирования и развития современного производства
- •5. Ориентиры и перспективы энергообеспечения и энергосбережения
- •6.Энергосбережение и экология
- •Литература Основная
- •Дополнительная
2.2.5. Геотермальная энергетика
Помимо названных источников в европейских странах также активно используют геотермальную энергию и приступают к освоению энергии океана (приливной, волновой и пр.). Геотермальная энергия применяется в основном для локального отопления (климатизации) и борьбы со льдом на дорогах и взлетных полосах. Совокупная мощность основанных на ней установок на территории ЕС достигает ныне 820 МВт. Положительные стороны такого вида энергии - постоянство поступления, экологическая чистота, отлаженность оборудования для улавливания, независимость от погоды и климата; отрицательные неравномерность поступления тепла и его низкие температуры. Отсюда необходимость дополнения улавливающих установок аккумулирующими устройствами. Поэтому технический прогресс здесь направлен не только на освоение поверхностных выходов горячей воды и пара, но и на бурение специальных скважин к высокотемпературным участкам земной коры с прогонкой по ним воды (это уже дает до 4500 МВт тепла). Важное значение приобретает также установка тепловых насосов позволяющих отбирать тепло Земли даже при температуре среды до 3-15°С, причем как из вода, так и из почвы. Предполагается, что на территории ЕС таким путем можно собирать 1500 МВт тепловой энергии. Согласно прогнозам, издержки производства геотермальной энергии к 2020 г. снизятся до 0.02-0.05 долл./кВт-ч, сто сделает ее конкурентоспособной по отношению к иным источникам локального электроснабжения.
Технология отбора энергии океана в ЕС пока носит экспериментальный характер и не выдерживает конкуренции с другими возобновляемыми источниками энергии. Существует ряд демонстрационных проектов приливных электростанций, но основные усилия разработчиков в них сосредоточены на освоении механической энергии волн, благо между 40-й и 60-й параллелями, где расположено побережье ЕС, она максимальна. Предполагается, что страны Евросоюза в итоге могут получать из этого источника до 7 ТВт-ч энергии в год при установленной мощности оборудования в 200 тыс. МВт. Ученые рассчитывают также на "приручение" со временем энергии морских течений и тепла морской воды. Пока же, к примеру, Франция получает 520 ГВт-ч электроэнергии в год за счет приливных электростанций.
2.2.6. Водородная и термоядерная энергетика
Вместе с тем в центр внимания выдвигается проблема освоения не только уже известных источников энергии, но и действительно новых - водорода и термоядерной реакции, которые уже рассматриваются как реальные элементы неуглеродной энергетики будущего. Обладая всего одним протоном и одним электроном, водород является простейшим и наиболее распространенным химическим элементом и энергоносителем во Вселенной и на Земле. "Заманчивость водорода в этом качестве состоит в наличии экологически чистых способов получения и прямого преобразования энергии его окисления в электрическую и тепловую энергию с достаточно высоким кпд. В сфере транспорта оно реализуется через установку на автомобилях топливных элементов с КПД 60% против 20-30% -для двигателей внутреннего сгорания. Это принципиально новое топливо уже применяется в экспериментальном порядке на общественном транспорте девяти крупных городов ЕС. Пока для его производства требуется больше энергии, чем оно само выделяет. К тому же сеть специализированных заправок для такого транспорта грозит стать очень дорогой. Однако уже с 2010 г. водород появляется как самостоятельная строка в энергетических прогнозах ЕС (0.2 млн. т н.э. в 2020г.)
Вопреки первоначальным ожиданиям термоядерная энергия сможет выйти на коммерческий рынок не ранее середины века, хотя для ее освоения уже строится экспериментальная установка в г. Кадараш (Франция). Обсуждаются по крайней мере еще пять концептуальных проектов термоядерных энергетических реакторов мощностью 1500 МВт каждый. Но пока атомная энергетика в ЕС основывается главным образом на реакции деления урана. Уже сейчас в электроэнергетике Евросоюза АЭС дают 30% энергии против 55% по газу и углю, 10% - по ГЭС и всего 5% по возобновляемым источникам энергии.
Наконец, стоит упомянуть и химические источники тока, которые пока используются в ЕС в форме аккумуляторных батарей, хотя и имеют свой обширный рынок в информатике, медицине и на транспорте. Здесь имеются большие надежды на новые аккумуляторные батареи, созданные с помощью нанотехнологий. Такие батареи имеют небольшой вес и время на подзарядку сокращается в десятки раз
За ускоренным развитием ВИЭ стоит не только технический прогресс, но и нехватка обычной энергии. По политическим соображениям они получают мощную бюджетную и административную поддержку в рамках "Новой энергетической политики ЕС". Однако не менее важно и то, что в возобновляемые источники начал верить бизнес - и в Европе, и в мире уже складывается обширный рынок соответствующего оборудования и услуг.
С 2005 г. в странах Евросоюза конечное потребление энергии из возобновляемых источников выросло с 87 млн. т н.э. до более чем 100 млн.т. н. э. Структура ее производства в 2007 г. представлена в табл. 2.4.
По оценке Сгееnpeace, инвестиции в развитие возобновляемых энергоносителей в ЕС выросли в 2007 г. почти до 70 млрд. долл. против 15 млрд. в 2004 г. Лишь сфера преобразования ветровой энергии ныне обеспечивает работой 180 тыс. человек, биотоплива - 150 тыс., малая гидроэнергетика - еще 20 тыс. человек. Только на одной установке по выработке солнечной тепловой энергии на 100 МВт могут быть использованы 400 человек и еще 630 - в порядке межотраслевых связей и т.д.
2.4. Структура производства энергии из
возобновляемых источников в ЕС-27
Виды энергии |
Доля в производстве, % |
биомасса, в том числе |
67.8 |
древесина |
52.2 |
бытовые отходы |
8.2 |
биотопливо |
3.8 |
гидроэнергия |
22.0 |
ветровая |
5.1 |
геотермальная |
4.5 |
солнечная |
0.7 |
Наряду с ростом внутреннего спроса возрастают и экспортные продажи, например, ограничиваемые в самом Евросоюзе продажи атомного энергетического оборудования. В настоящее время в мире строятся 29 атомных энергетических реакторов, готовятся к сооружению - 40 и планируются еще 70. Объем мирового рынка гелиоэлектрических установок уже превысил продажи полупроводниковых приборов. По прогнозам, к 2025 г. он достигнет 250 млрд. евро.
Среди крупных корпораций лидером здесь выступает Вritish Реtrolеum, которая в 2007 г. произвела 763 млн. галлонов биоэтанола и готовится к вводу мощностей еще на 420 млн. л в год. Она же строит в Испании гелиоэлектростанции на 14 МВт с перспективой роста мощности еще на 700 МВт, сооружает водородную энергоустановку в Абу-Даби на 420 МВт, имеет заказы на ветроэнергетическое оборудование в размере 340 МВт. Корпорация уже вложила в НИОКР в этой области 1.5 млрд. долл. и собирается вложить еще 8 млрд. в следующие десять лет 21. Интерес к альтернативной энергетике проявляют и нидерландские компании, которые в 2020 г. намерены вырабатывать на базе ВИЭ 30% тепла и 20% электроэнергии. Американский нефтяной гигант ExxonMobil готовится к росту спроса на солнечную и ветровую энергию. Ожидается, что в период до 2030 г. спрос на них будет увеличиваться век и еще 630 - в порядке межотраслевых связей и т.д.
Постепенно снижаются издержки производства альтернативной энергии, хотя пока они все еще намного выше, чем издержки традиционной (за исключением энергии ГЭС и АЭС). Так, стоимость электроэнергии, снимаемой с фотопреобразователей, снизилась с 0,55 – 1.1 долл./кВт-ч в 1990 г. до 0.22-0.44 долл. 2008 г. В перспективе ожидается ее дальнейшее падение до 0.11-0.12 долл. в 2020 г. и 0.13 долл./кВт-ч в 2030 г. Сократились сроки окупаемости бытовых тепловых насосов – в ФРГ, Швеции и Австрии они доведены до трех лет. КПД сгорания древесных гранул ныне достигает 85-95%. Только в ФРГ работает миллион котлов и печей, в которых в 2006 г. было сожжено 4 млн. т таких гранул. Установка солнечных панелей на крышах ряда домов в Кельне и 3игене(ФРГ) увеличила квартплату на 1.25-2 евро за кв. м, но дала экономию расходов на энергию в 50-70 евро. И таких примеров достаточно.
Иногда к снижению издержек ведет и рост единичных мощностей новых энергоустановок. В частности, в ФРГ мощность новых заводов производству древесных гранул доведен 1 млн. т в год, что привело к снижению их розничной цены - в настоящее время она составляет 290 евро за тонну. Гелиоэнергостанция под Лейпцигом состоит из 93 тыс. модулей и имеет мощность 40 МВт, крупнейшая станция в Португалии– из 52 тыс. при мощности - 11 МВт и т.д.
Табл.2 .5. Производство энергии из возобновляемых источников, млн. т н.э.
|
2005 (факт) |
2020 (сценарии) |
|||
I |
II |
Ш |
IV |
||
Валовое производство энергии, в том числе |
896 |
725 |
774 |
733 |
763 |
ВИЭ |
122 |
193 |
213 |
247 |
|
АЭС |
257 |
221 |
249 |
218 |
233 |
Общий спрос на первичную энергию, в том числе |
1811 |
1968 |
1903 |
1701 |
1672 |
ВИЭ |
123 |
97 |
221 |
270 |
274 |
АЭС |
257 |
221 |
249 |
218 |
223 |
Сценарии: I - консервативный, при цене нефти 61 долл. за 1 барр.; 11 - тот же, при цене нефти 100 долл. за 1 барр.; 111 - оптимистический, при полной реализации мер "Новой энергетической политики" ЕС и цене нефти 61 долл. за 1 барр.; 1У - тот же, при цене нефти 100 долл. за 1 барр.
Более развернутые прогнозы на этот счет дает Европейский совет по возобновляемой энергии. По оптимистичным прогнозам доля ВИЭ в электропотреблении ЕС может составить 19.7% в 2010 г. и 33-40% в 2020 г. против 16% в 2006 г. Конечно, это еще не решение всех энергопроблем и не грядущая неуглеродная (малоуглеродная) революция в энергетике, но, безусловно, подспорье в их решении и перспективное направление технологического поиска.
Во-первых, "возобновляемые" еще не означает бескрайние или неисчерпаемые. Свои пределы имеют гидроресурсы, запасы уранового сырья ресурсы биомассы. Подчас использование какого-либо ресурса в сфере энергетики лишает возможности применения его в других отраслях. В частности, использование биомассы для снижения энергозависимости ЕС на пять процентных пунктов потребовало бы отведения под ее целевое выращивание до 20% агроплощадей .
Во-вторых, сам процесс получения энергии из этих источников нестабилен, что делает необходимым подсоединение к генерирующим установкам еще и резервных и накопительных мощностей. Иными словами, такая энергия (энергия ветра, Солнца, геотермальных вод), как правило, не годится для прямой передачи в стационарные сети электро- и теплоснабжения даже с целью покрытия пиковых нагрузок. Крайне разнородно и само исходное энергосырье. Например, даже по таким относительно гомогенным изделиям, как древесные гранулы, стандарты по размерам, плотности, влажности, зольности, теплоте сгорания, насыпной массе и пылевидности в Германии, Австрии и Швеции значительно различаются.
В-третьих, именно поэтому энергоустановки на возобновляемых источниках хороши пока лишь для ограниченного, локального энергоснабжения и с трудом поддаются кольцеванию или включению в стационарные энергосети. Есть у них свои пределы и по единичным установленным мощностям и коэффициентам загрузки. К примеру, Румыния имеет в малой гидроэнергетике мощности в 6.3 МВт, но они складываются из 1900 отдельных малых плотин и агрегатов. В Финляндии действуют 56 таких малых плотин, в Хорватии - 29. Строго локализованы и геотермальные установки, а биомассу вообще проще утилизировать на местах, чем транспортировать на крупные ТЭЦ.
В-четвертых, энергия из возобновляемых источников не имеет универсального применения - она заведомо адресна. Возобновляемые источники годятся в основном для получения либо электроэнергии (малая гидроэнергетика, приливы, волны, АЭС, ветер), либо тепла (геотермальная), либо энергии движения (водород).
В-пятых, сказанное о различиях в сфере применения справедливо и в отношении географии использования, которая охватывает не всю территорию ЕС, а, как правило, небольшую группу стран. Так, ветровые установки используются главным образом в Германии, Испании, Нидерландах, Дании, гелиоэнергетические - в Германии, Испании, Португалии, Греции. Приливные ГЭС эксплуатируются только во Франции, геотермальные источники - в Италии, Франции и Исландии, а непищевую биомассу сжигают в основном Центральная и Восточная Европа.
В-шестых, вектор стоимости энергии из возобновляемых источников вовсе не направлен однозначно на ее снижение. Необходимость выращивания пищевой биомассы не на плодородных землях, а на пустошах и неудобьях, конечно же, повышает издержки ее производства. Чем меньше дебит и напор воды, тем дороже малая гидроэнергетика. Например, в 2007 г. в Испании гелиоэлектроэнергия подорожала с установок мощностью менее 10 МВт - до 0.44 долл./кВт/ч. мощностью 10 МВт - до 0.42 долл./кВт/ч и свыше 10 МВт - до 0.23 долл./кВт/ч.
В-седьмых, энергоустановки для выработки альтернативной энергии пока еще имеют пилотный характер, поэтому в инвестициях непропорционально высокую долю занимает первоначальный монтаж. Например, в цене гелиоэлектрического модуля его собственная стоимость составляет только 75%, а 25% - затраты на установку.
В ЕС возобновляемые носители и получаемая с них энергия пока еще не стали предметом международной торговли. Несмотря на высокую энергозависимость, Евросоюз ограничивает импорт такой энергии. Слабы и ее перетоки внутри единого европейского рынка. По-видимому, это объясняется все тем же локальным характером использования альтернативной энергии, особенно тепла, а также ее нестандартным качеством и известными проблемами с ограниченностью мощностей по трансграничной передаче электроэнергии. Защищая внутреннего производителя и собственную энергобезопасность, ЕС существенно ограничивает, например, ввоз чужого топлива. За исключением сферы термоядерных исследований здесь слабо развивается и научно-техническое сотрудничество с третьими странами.
Традиционные углеводородные источники энергии не собираются сдавать своих позиций. Совершенствуются технологии ввода в хозяйственный оборот тяжелых видов нефти, битуминозных песчаников и газогидратов. Их запасы в мире примерно равны газонефтяным запасам. Модифицируются технологии "чистой" газификации угля, регенерации ядерного топлива, улавливания и повторного использования углерода и т.д. Главное же, впечатляющих успехов повсеместно достигает экономия энергии и именно она, а не возобновляемые источники, служит ныне главным компенсаторным фактором в энергобалансе.