Альтернативные источники энергии и их использование в России

Оглавление

 

Введение 3

Классификация альтернативных источников энергии 4

Альтернативные источники энергии и возможности их использования в России 8

Энергия ветра (ветровая энергетика) 8

Малая гидроэнергетика 9

Солнечная энергия 12

Энергия биомассы 14

Геотермальная энергия 17

Энергетические ресурсы морей и океанов 19

Политика России в области альтернативных источников энергии 22

Заключение 24

Список литературы 26

 

 

 

 

Введение

 

Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса  атмосферы постепенно приводят к  глобальным изменением климата. Дефицит  энергии и ограниченность топливных  ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к  альтернативным источникам энергии (АИЭ). Они экологичны, возобновляемы, основой  их служит энергия Солнца и Земли.

По прогнозам «British Petroleum» (британская нефтегазовая компания), традиционные топливно-энергетические ресурсы, при существующих темпах развития нефтегазовой отрасли, иссякнут в ближайшие 100-150 лет. Мировые запасы угля составляют 30 трлн тонн, нефти - 300 млрд тонн, газа - 220 трлн м³. Разведанные запасы угля составляют 1685 млрд тонн, нефти - 137 млрд тонн, газа - 142 трлн м³. Несмотря на то, что в последние годы было сделано много открытий месторождений нефти и газа в шельфовых зонах морей, запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет. [14]

Практически все развитые страны мира уделяют серьезное внимание проблеме использования АИЭ. В России также  разработана комплексная программа  проведения научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ по использованию АИЭ. Программой предусмотрен ряд организационных мероприятий  по освоению промышленностью производства и широкомасштабного внедрения  систем энергоснабжения, работающих на АИЭ.

 

 

Классификация альтернативных источников энергии

 

Альтернативные источники энергии  – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.

В соответствии с резолюцией № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г.) к АИЭ относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских  волн, приливов и океана, энергия  биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших  и малых водотоков. Классификация  АИЭ представлена в таблице 1.

 

Таблица 1. Альтернативные источники  энергии

Источники первичной энергии	Естественное преобразование энергии	Техническое преобразование энергии	Вторичная потребляемая энергия
Земля	Геотермальное тепло Земли	Геотермальная электростанция	Электричество
Солнце	Испарение атмосферных осадков	Гидроэлектростанции (напорные и свободнопоточные)
	Движение атмосферного воздуха	Ветроэнергетические установки
	Морские течения	Морские электростанции
	Движение волн	Волновые электростанции
	Таяние льдов	Ледниковые электростанции
	Фотосинтез	Электростанции на биомассе
		Фотоэлектричество
Луна	Приливы и отливы	Приливные электростанции

 

 

На данный момент в мире наблюдается  увеличение доли АИЭ в энергетическом балансе.

Начиная с 90-х годов по инициативе ЮНЕСКО при поддержке государств-членов ООН и заинтересованных организаций, проводятся мероприятия по продвижению  идеи широкого использования возобновляемых источников.

Главным образом на скорейший переход  к АИЭ указывают следующие  основные причины:

• Глобально-экологическая: общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т. ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI века.

• Политическая: страны, в полной мере освоившие альтернативную энергетику, будут играть существенную роль в мировой экономике энергетики.

• Экономическая: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими АИЭ, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную - постоянно растут.

• Социальная: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды.

• Эволюционно-историческая: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на АИЭ.

 

По данным "BP Statistical review of world energy 2011", годовой объем потребления  всех топливно-энергетических ресурсов России составляет около 0.9 млрд т. у. т. Технический потенциал возобновляемых источников энергии составляет порядка 4,6 млрд. т. у. т. в год, то есть в пять раз превышает объем потребления  всех топливно-энергетических ресурсов России. В настоящее время экономический  потенциал возобновляемых источников энергии существенно увеличился в связи с подорожанием традиционного  топлива и удешевлением оборудования возобновляемой энергетики за прошедшие  годы.

Несмотря на высокий потенциал  АИЭ в России, их доля в общем  объеме производства энергии на территории страны по-прежнему мала. Доля возобновляемой энергетики в производстве электроэнергии составила в 2002 г. около 0,5% от общего производства или 4,2 млрд. кВт•ч, а объем замещения органического топлива - около 1% от общего потребления первичной энергии или около 10 млн. т. у. т. в год.

 

 

В связи с этим в мировой структуре  потребления АИЭ Россия просто теряется на фоне таких стран, как США, Германия, Испания.

 

 

Основная проблема использования  АИЭ в России - высокая стоимость  производимой ими энергии. На рисунке 6 видно, насколько дороже выходит  энергия от АИЭ в России по сравнению  с развитыми странами мира.

 

 

 

 

Рис.4. Стоимость производимой энергии в России и развитых странах мира (в цент/кВт*ч)

 

Рис.5. Самые крупные объекты  альтернативной энергетики в РФ

 

 

В области геотермальной энергетики еще в 1966г. на Камчатке была построена  экспериментальная Паужетская геотермальная  электростанция мощностью 11 МВт, а в 2003г. была пущена в эксплуатацию Мутновская ГеоЭС, мощность которой в настоящее  время составляет 60 МВт. В сфере  ветряной генерации стоит отметить Куликовскую ВЭС, крупнейшую ветряную электростанцию в России, которая  была введена в эксплуатацию в 2002г. с мощностью 5,1 МВт. [15]

 

Альтернативные  источники энергии и возможности  их использования в России

Энергия ветра (ветровая энергетика)

 

Различные виды АИЭ находятся на разных стадиях освоения. Наибольшее применение получил самый изменчивый и непостоянный вид энергии - ветер. Но ветер - это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала "месторождения" ветров и не пустила их, подобно  рекам, по руслам. Ветровая энергия  практически всегда "размазана" по огромным территориям. Основные параметры  ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее "надежным”, чем Солнце.

Суммарная мощность крупных ветровых энергетических установок и ветровых энергетических станций в мире, по разным оценкам, составляет от 10 до 20 ГВт. Помимо роста суммарной мощности ветряных установок, растет и их единичная  мощность, превысившая 1 МВт. По прогнозам  аналитиков, энергетика ветра в ближайшее  время по-прежнему будет занимать первое место среди АИЭ. На данный момент США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия - мировые лидеры по применению энергии ветра. По экспертным оценкам  валовой потенциал ветроэнергетики  в России составляет 26*106 т. у. т. /год, а экономический - 12,5*106 т. у. т. /год. Сейчас в России рядом производителей выпускаются  в основном малые ветроустановки мощностью 500 Вт - 16 кВт как для  водоподъема, так и производства электроэнергии. Разработаны ВЭУ  мощностью 100 и 250 кВт, несколько таких  установок эксплуатируется в  северных регионах страны. [9]

Различные зоны страны имеют ветровые режимы, сильно отличающиеся один от другого. Значение среднегодовой скорости ветра  в данном районе дает возможность  приближенно судить о целесообразности использования ветродвигателя и  об эффективности агрегата. Карта  ветроэнергетических ресурсов России представлена на рисунке 10. [12]

Считается, что сооружение ветровой установки мощностью до 5-6 кВт  экономически оправдано при скорости ветра, превышающей 3,5-4,0 м/с. Для больших  установок требуется скорость ветра 5,5-6,0 м/с. [2]

По зарубежным данным для сооружения ветровой энергетической установки  мощностью в несколько МВт предпочтительны районы со среднегодовой скоростью ветра 8 м/с на высоте размещения ветроколеса. Большинство областей европейской части России относятся к зоне средней интенсивности ветра. В этих районах среднегодовая скорость ветра составляет 3,5-6 м/сек. К этой же зоне относится часть территории, лежащая юго-восточнее озера Байкал. [1]

Необходимо иметь в виду, что  даже к одному работающему ветряку  близко подходить не желательно, и  притом с любой стороны, так как  при изменениях направления ветра  направление оси ротора тоже изменяется. Для размещения же сотен, тысяч и  тем более миллионов ветряков потребовались бы обширные площади  в сотни тысяч гектаров. Дело в  том, что ветроагрегаты близко друг к другу ставить нельзя, так  как они могут создавать взаимные помехи в работе, "отнимая ветер" один от другого. А на занимаемой ветроагрегатами  площади уже ничего другого делать будет нельзя. Работающие ветродвигатели создают значительный шум, и что особенно плохо - генерируют неслышимые ухом, но вредно действующие на людей инфразвуковые колебания с частотами ниже 16 Гц. Кроме этого, ветряки распугивают птиц и зверей, нарушая их естественный образ жизни, а при большом их скоплении на одной площадке - могут существенно исказить естественное движение воздушных потоков с непредсказуемыми последствиями. Отсюда следует, что при строительстве ветряных электростанций, нужно брать во внимание не только скорость ветра в данном районе, но и наличие населенных пунктов и лесов поблизости.

Использование ветряных электростанций в России имеет массу преимуществ  при установке их в районах, не обеспеченных централизованным энергоснабжением и использующих дорогое привозное  топливо. В этих случаях использование  энергии ветра имеет также  большое социальное значение, увеличивая надежность энергоснабжения. [9]

Малая гидроэнергетика

 

К малым ГЭС условно относят  гидроэнергетические агрегаты мощностью  от 100 кВт до 10 МВт. Меньшие агрегаты относятся к категории микро-ГЭС. Суммарная мощность в 2008 году малых  ГЭС в мире превышала 85 ГВт.

В последние годы малая гидроэнергетика  занимает одно из ведущих мест в  электроэнергетике многих стран  мира. В некоторых странах суммарная  мощность микро-ГЭС превышает 1 млн. кВт (Италия, Франция, Испания, Швеция, Канада, США). Их используют как локальные  экологически чистые источники энергии, за счет которых экономятся традиционные виды топлива, уменьшая выброс углекислого  газа в атмосферу. Лидирующие позиции  в развитии малой гидроэнергетики  занимает Китай, если в 2000 году в этой стране совокупная мощность малых ГЭС  составляла около 25 ГВт, то к началу 2010 года работало 45 тыс. малых ГЭС  общей мощностью более 55 ГВт, обеспечивающих значительную часть потребностей в  электроэнергии сельского населения  страны. [1]

В России работает несколько десятков малых гидроэлектростанций общей  мощностью порядка 250 МВт. Многие из них были введены в строй более 50 лет назад и нуждаются в  реконструкции. А в 50-е годы прошлого столетия, в России функционировало  более 6 тысяч микро-ГЭС, но, в итоге  более устойчивое положение в  энергетике страны заняло крупное гидроэнергостроительство, а малые гидроэлектростанции  со временем отошли на второй план. В  наши дни интерес к малым ГЭС  возрос. Независимо от того, что крупные  ГЭС являются экономически более  выгодными, у малых гидроэлектростанций  есть свои плюсы. Во-первых, строительство  малых ГЭС менее затратно и  может быть организовано за счет частных  предприятий и фермерских хозяйств. Немаловажным фактом является то, что  малые ГЭС зачастую не требуют  сложных технических элементов, таких как большие водохранилища, являющиеся причиной затопления больших  площадей на равнинных реках. Современные  малые гидроэлектростанции полностью  автоматизированы. А их высокая надежность и полный ресурс не менее 40 лет только доказывают необходимость их использования. [1] Технически возможный потенциал  малой гидроэнергетики в России составляет примерно 41 ГВт мощности и 372 млрд кВтч ежегодной выработки. Экономически эффективный к использованию  потенциал точно не определен, ориентировочно он составляет порядка 55% от технического. А по другим данным сегодняшними доступными средствами на малых ГЭС в России можно производить около 500 млрд. кВт*ч электроэнергии в год. [10]