ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ. НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ

ENERGY AND ECOLOGY

The article has entered in publishing office 02.09.13 . Ed. reg. No. 1746

Статья поступила в редакцию 02.09.13. Ред. рег. № 1746 УДК 621.311.24

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ. НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Е.В. Соломин

Южно-Уральский государственный университет 454080 г. Челябинск, пр. Ленина 76 Тел.: (912) 317-1805, факс: (351) 264-7694, e-mail: [email protected]

Заключение совета рецензентов: 10.09.13 Заключение совета экспертов: 17.09.13 Принято к публикации: 23.09.13

В статье рассматривается применение возобновляемых источников энергии и преимущества ветровой и солнечной энергетики.

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, ветроэнергетика, гидроэнергетика, солнечная энергетика

RENEWABLE ENERGY SOURCES. NEW OPPORTUNITIES

E.V. Solomin

South-Urals State University 76 Lenin St., Chelyabinsk, 454080, Russia Tel.: (912) 317-1805, fax: (351) 264-7694, e-mail: [email protected]

Referred: 10.09.13 Expertise: 17.09.13 Accepted: 23.09.13

The article describes application of renewable energy sources and advantages of wind and solar energy. Key words: renewable energy sources, wind power, hydropower, solar power.

Привычный мягкий климат нашей планеты меняется на глазах. И чем дальше, тем больше. Мощные торнадо, приносящие крупные разрушения, стали постоянным явлением не только в традиционных местах их появления на территории центральных штатов США, но и в Центральной России, уже не говоря о степях Казахстана и Монголии. Аномальные холода в Европе заставляют задуматься над корректировкой строительных стандартов Евросоюза с учетом утепления зданий. Таяние льдов в Арктике рано или поздно может привести к затоплению густонаселенных островов и даже части континентов. Многое говорит о непредсказуемых последствиях, которые готовит нам Природа в случае продолжения варварского обращения с окружающей нас средой.

Энергия - основа всех основ!

Энергии обязан целый Мир!

Энергия не знает берегов, Энергия - Вселенной эликсир!

Ученые спорят, связаны ли глобальные изменения климата с периодическими естественными колебаниями или все же с техногенным давлением на природу. Ответ на этот вопрос предстоит получить нашим потомкам. Однако в наших силах уже сегодня постараться сделать все от себя зависящее для того, чтобы грядущие поколения рождались под чистым небом, пили чистую воду и имели кров над головой...

Человечество продолжает наращивать темпы потребления природных ископаемых. Неизбежно в местах обнаружения залежей природных ресурсов возникают локальные геополитические конфликты, на этой основе углубляется разобщенность людей. С ростом цен на энергоносители проблемы будут только увеличиваться и расширяться. При этом необходимо пони-

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (132) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

Е.В. Соломин. Возобновляемые источники энергии. Новые возможности человечества

мать, что рано или поздно природные богатства будут исчерпаны. И к этому времени человечество должно изобрести способ дальнейшего существования уже без использования природных «даров».

Любая цивилизация характеризуется энергетическим уровнем, будь то современное устройство мира или древние племена. На каждом этапе эволюции человечество пользуется достижениями прогресса, основой которого являются именно энергетические возможности. Без энергии невозможно создание крупных материальных ценностей, производительных сил, коммуникаций, ограничена научно-исследовательская деятельность и развитие в целом. Более того, человек еще до исчезновения природных энергоносителей должен найти альтернативный способ получения электроэнергии, поскольку устройства преобразования доступной природной энергии также необходимо производить на основе имеющегося оборудования и ресурсов. При этом опыт эксплуатации природных энергетических явлений накоплен человечеством еще с древних времен - энергия ветра использовалась для движения парусных судов, энергия рек - для размола зерна, энергия солнца -для обогрева жилья, энергия биогаза из компостных ям - для приготовления пищи.

У нас имеются все необходимые и достаточные

'С:

условия для утилизации энергии, которую дает нам природа. Рассмотрим лишь некоторые аспекты использования природных энергетических возможностей. Мощным, доступным, но опасным источником энергии является ядерная энергетика. Однако события в Челябинске, Чернобыле, Фукусиме ясно показали, что человек пока не готов подчинить энергию атома в полной мере. Поэтому эта отрасль в данный момент не может рассматриваться в виде надежного источника и должна пройти длительную апробацию для обеспечения безопасности. Биогазовое оборудование, внедряемое в развитых странах, может считаться воистину спасением человечества от загрязнения окружающей среды отходами животноводства и птицеводства, в противном случае необходимы сотни и тысячи гектар свободных отчужденных территорий для утилизации этих опасных компонентов, являющихся далеко не полезными и далеко не удобрениями. Тем не менее, для эффективной работы биогазовых заводов требуется уникальное оборудование и высококачественное сырье в виде ряда сельскохозяйственных культур, что ведет к увеличению стоимости основных фондов, организации засева полей, выведению крупных территорий под нужны растениеводства.

Геотермальная энергия не является общедоступной. Концентрация энергетических потенциалов сосредоточена в сейсмоактивных регионах, что серьезно ограничивает использование этого природного ресурса.

Одними из наиболее доступных является энергия рек, ветра и солнца. Из них гидроэнергетика является очень ограниченной отраслью, поскольку для строи-

тельства крупных гидроэлектростанций требуются плотины, заливные территории с выселением населения, а малые реки имеют низкий энергетический потенциал, что серьезно тормозит развитие этого направления. Солнце и ветер - явление практически повсеместное, и может являться основой для извлечения энергии в любой точке мира, включая леса и пустыни, экваториальные и полюсные регионы, горы и равнины.

Но сколько же можно получить энергии из возобновляемых источников?

Ресурсы альтернативной энергии практически необозримы. В табл. 1 приведена оценка глобального потенциала возобновляемой энергии на поверхности Земли.

Таблица 1

Глобальный потенциал возобновляемой энергии на поверхности Земли

Table 1

Global potential of renewable energy on the Earth surface

Ресурс Возобновляемые, ТВт Ресурсная база, ТВт

Солнечное излучение 1000 90 000

Ветер 10 1200

Волны 0,5 3

Приливы 0,1 30

Геотермальные потоки - 30

Биомасса на корню - 450 (в год)

Геотермальное тепло > 50 10-11 (в год)

Энергия атмосферных и океанических течений - -

Для сравнения можно привести данные общей установленной мощности электростанций РФ, которая составляет немногим менее 250 ГВт. Комментарии излишни, очевидно, что возобновляемые ресурсы могут с запасом обеспечить все нужды человечества. Причем объем этих ресурсов неисчерпаем.

Ветровая и солнечная энергетика могут рассматриваться как наиболее перспективные отрасли еще и в связи с возможностью локального производства электрической и/или тепловой энергии. Сегодня для этого направления введен термин «распределенная энергетика», или локальное рассредоточение энергогенери-рующих мощностей, при создании которых отпадает необходимость прокладывания дорогостоящих линий электропередач, каждый потребитель может иметь свой автономный источник. Более того, такой вариант распределенной энергетики также выгоден с государственной точки зрения, поскольку в этом случае расходы на монтаж, обслуживание и ремонт полностью относятся на счет владельца оборудования, и в случае его повреждения государство в целом не несет ответ-

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10 (132) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

Энергетика и экология

ственности за перебои в энергоснабжении, в отличие от аварий в крупных магистральных сетях.

РФ относится к наиболее энергообеспеченным государствам мира. Причем основа энергетического благосостояния страны заключается не только в богатстве ископаемых ресурсов, но и в масштабности территории. Именно территориальным фактором обусловлено разнообразие ландшафтных, геологических и климатических зон, что предопределяет, в том числе, широкие возможности использования ветроэнергетики. По различным оценкам экономически оправданный энергетический потенциал ВИЭ в России составляет 270-320 млн. т.у.т. (тонн условного топлива, теплота сгорания 1 кг или 1 нм3 которого равна 7000 ккал). Из них технический потенциал ветроэнергетики составляет 2,3 млн. т.у.т. (по другим оценкам 11500 млрд. кВт-ч/год), а экономический потенциал - 11,2 млн. т.у.т. При этом совокупный потенциал солнечной энергии оценивается в 2450000 млн. т.у.т., технический потенциал в 2400 млн. т.у.т. и экономический - в 12,6 млн. т.у.т.

В табл. 2. показаны доли производства электроэнергии в РФ различными отраслями в настоящее время.

Таблица 2

Доли производства электроэнергии в РФ

Table 2

Shares of electric energy production in RF

Энергоноситель Доля в производстве электроэнергии, %

Уголь 50

Ядерная энергия 20

Газ природный 20

Гидроэнергетика 7

Мазут < 2

Ветроэнергетика < 1

Солнечная энергетика < 0,5

Из табл. 2 видно, что Россия находится в самом начале пути эксплуатации возобновляемой энергии. Однако это не может не радовать, поскольку это потребление не наносит вред окружающей среде, а генерирующее оборудование может быть оставлено потомкам.

За последнее десятилетие законодательная база в области возобновляемых источников энергии и энергосбережения претерпела серьезные изменения. Только в России был издан ряд законодательных актов, направленных на поддержку развития альтернативной энергетики:

- Постановление Правительства РФ от 03.06.2008 № 426 "О квалификации генерирующего объекта, функционирующего на основе использования возобновляемых источников энергии".

- Указ Президента РФ от 04.06.08 № 889 "О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики".

- Концепция долгосрочного социально-экономического развития РФ (утверждена Распоряжением Правительства РФ от 17.11.2008 № 1662-р).

- Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года от 08.01.2009 г. (Председатель Правительства РФ В. Путин) [Распоряжение Правительства РФ от 08.01.2009 № 1-р "Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 г."]. На период до 2020 г. устанавливаются следующие значения целевых показателей объема производства и потребления электрической энергии с использованием возобновляемых источников энергии (кроме гидроэлектростанций установленной мощностью более 25 МВт): в 2010 г. - 1,5%; в 2015 г. - 2,5%; в 2020 г. - 4,5%. Минэнерго России осуществляет дифференцирование указанных значений по каждому из видов возобновляемых источников энергии, а также введение дополнительных индикативных целевых показателей (установленная мощность, производство электрической энергии и иных), характеризующих достижение установленных целей.

- ФЗ № 28-ФЗ "Об энергосбережении" от 3 апреля 1996 г. (с изменениями от 5 апреля 2003 г., 18 декабря 2006 г., 23 июля, 30 декабря 2008 г.). В основные понятия включен термин «возобновляемые источники энергии» - энергия солнца, ветра, тепла земли, естественного движения водных потоков, а также энергия существующих в природе градиентов температур.

- Анализ возможностей и целевых показателей роста электрогенерации в России на базе ВИЭ до 2020 г. / Отчет делегации Европейской комиссии в рамках программы ЕС ТЛСШ для РФ. Февраль, 2009.

- ФЗ № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ" от 23.11.2009 г. Закон призван не только сократить потребление энергии предприятиями, но и способствовать замещению традиционных источников энергии альтернативными.

Если рассуждать в самом общем плане, то необходимо подчеркнуть, что одной отраслью возобновляемых источников, одной схемой, как и одним типоразмером конкретного устройства, не удовлетворить потребности всех регионов даже одной страны. Возобновляемая энергетика, как подотрасль энергетики, станет конкурентоспособной только при условии развития различных направлений, способных создать устойчивый государственный рынок и занять прочное место в энергетическом балансе.

Г>С1 — TATA — LXJ

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (132) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013