Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
12.1. Экоэнергетика. Нетрадиционные экологически чистые источники энергии. Возобновляемые источники энергии
Понятие устойчивого развития включает в себя как обязательный компонент постепенный переход от энергетики, основанной на сжигании органического топлива (нефть, уголь, газ и др.), к нетрадиционной (альтернативной) энергетике, использующей возобновляемые экологически чистые источники энергии – солнце, ветер, энергию биомассы, подземное тепло и др.
В послании международной экологической организации Гринпис правительствам всех стран отмечается, что «правительства должны признать, что углеводородное топливо – основная причина изменения климата и что единственной стабильной системой энергоснабжения, способной отвечать нашим энергетическим потребностям, может быть система, основанная на возобновляемых источниках энергии».
Основные преимущества возобновляемых источников энергии хорошо известны: практическая неисчерпаемость запасов и относительная экологическая безвредность, в связи с отсутствием побочных эффектов, загрязняющих природную среду. Сдерживает их развитие недостаточный на сегодняшний день технический уровень индустриальных методов использования.
В жилищно-строительной сфере, как и во всех других видах человеческой деятельности, использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии получило широкое развитие.
Энергия Солнца. В современной мировой практике энергоснабжения излучение Солнца – возможно, главный нетрадиционный источник энергии. Появилась новая отрасль энергетики – гелиоэнергетика, созданы специальные энергетические установки – гелиосистемы.
«Ливень» солнечной энергии неисчерпаем. Лишь незначительная часть излучения Солнца (0,02 %) попадает в биосферу Земли, но и этого количества энергии достаточно, чтобы в тысячи раз перекрыть общую мощность всех электростанций мира.
К недостаткам солнечной энергии относят дискретность (прерывистость) ее поступления на поверхность Земли (по часам суток, времени года, географическим поясам) и зависимость от метеорологических условий.
К нетрадиционным источникам энергии относятся следующие виды:
– солнечная энергия;
– энергия ветра;
– энергия приливов и отливов;
– геотермальная энергия;
– энергия биомассы;
– водородная энергетика.
Необходимость повышения энергоэффективности и ресурсоотдачи, энергосбережения и улучшения экологической обстановки неоспорима. Эти вопросы привлекают все большее внимание общественности, политиков, деловых кругов. Уже не надо объяснять, что без решения задач ресурсосбережение невозможна не только реализация сколько-нибудь амбициозных политических и экономических планов, но и вообще движение вперед.
Сегодня энергоэффективное производство электроэнергии требует внедрения современных специальных энергоэкологических технологий, использующих минимум невозобновляемых энергоресурсов или не использующих их совсем.
В промышленно развитых странах Западной Европы и Америки при производстве электроэнергии уже давно и активно внедряются такие энергоэффективные технологии, как: парогазовые установки с КПД 50–60 %, детандер-генераторы для «бестопливной» выработки электроэнергии на газопроводах, установки, использующие низкопотенциальное тепло уходящих газов, технологический пар различных производств, мусоросжигание для выработки энергии, другие ресурсосберегающие технологии. По данным направлениям ведется активная научно-исследовательская и инновационная деятельность. У нас же массовое внедрение этих технологий только начинается.
Между тем, тенденции развития общества требуют резкого повышения эффективности использования природных ресурсов; принятия новых нетрадиционных решений, способных в кратчайшие сроки и с минимальными затратами решить проблемы нехватки электроэнергетических мощностей и модернизации энергетики, в соответствии с требованиями XXI века. Приоритетным должно считаться внедрение энергоэффективных (с высоким КПД – более 50 %) технологий получения электроэнергии, освоение «бросовых» и возобновляемых источников энергии, которые имеются в любом регионе. Это важно и для роста региональных экономик, в частности, таких отраслей как энергомашиностроение. В этом случае для энергомашиностроительных предприятий, складывается благоприятная рыночная ситуация, связанная с обновлением энергетики, позволяющая активно продвинуть в жизнь имеющиеся разработки в области повышения эффективности ТЭК, реализовать новые экоэнергетические технологии, довести эти инновации до потенциальных заказчиков и внедрить их в практику. Сегодня очень важна высокая амбициозная инновационная активность этих предприятий по продвижению своей продукции.
Оценки специалистов показывают, что ожидаемая суммарная мощность таких установок и потребность в оборудовании для них превышает суммарную мощность традиционных энергоустановок, выпущенных заводами за всю историю энергомашиностроения. В перспективе – это перевод всей энергетики мира на энергоэкологические технологии реализующие, прежде всего, «бестопливные» технологии получения электроэнергии и технологии освоения «бросовых» топливных ресурсов, возобновляемых ресурсов и др.
На сегодняшний день предприятиями для энергоэффективных энергосберегающих технологий предлагается оборудование по следующим направлениям:
– паровые турбины и турбогенераторы для использования «бросовой» энергии понижения давления пара в промышленных, коммунальных и технологических котельных.
– оборудование (газовые и паровые турбины) для парогазовых технологий выработки электроэнергии, позволяющее в 1,5–2 раза увеличить эффективность использования топлива на 1 кВт электрической мощности.
– технологии, турбогенераторы и тепломеханическое оборудование для утилизации сбрасываемого тепла газовыхлопа автономных газотурбинных электростанций.
– технологии, турбогенераторы и тепломеханическое оборудование для компрессорных станций газопроводов и нефтепроводов, использующие сбрасываемую тепловую энергию турбоприводов нагнетателей газа.
– технологии и оборудование для мусоросжигательных заводов, использующие мусор в качестве топлива.
– технологии и оборудование для утилизации энергии технологического пара в химических, металлургических и лесоперерабатывающих производствах, агропромышленном секторе.
– технологии и оборудование для геотермальных электростанций, использующих тепло Земли для получения электроэнергии.
– технологии и детандер-генераторные установки, использующие «бросовую» энергию понижения давления газа перед подачей его из газопровода потребителю.
– технологии и оборудование для освоения и рационального использования вторичных ресурсов газа (малых и истощенных месторождений, источников нефтяного газа и пр.), в т.ч. для производства на месте дешевой электроэнергии.
– технологии и центрифуги для очистных сооружений городов (в т.ч. с возможностью использования осадка в качестве источника энергии для производства дешевой электроэнергии), а также для очистки нефтешламов, разделения масляных отходов, обработки спиртовой барды и др.
Все активнее ведутся работы по созданию и внедрению технологий и установок для энергетики будущего, в частности, технологий и установок, утилизирующих сбрасываемое низкопотенциальное тепло (например, тепло дымовых газов, теплых стоков городов и промышленных предприятий и др.); оборудования по использованию возобновляемых источников энергии; установок использующих гидро-, ветро- и биопотенциал древесных и сельхозотходов.
Многократно подтвержден на различных выставках нарастающий интерес рынка к энергоресурсосберегающим, экоэнергетическим технологиям. К тому же заниматься сбережением ресурсов, энергоэкологией становится все более выгодно. По разным оценкам эффективность капиталовложений при реализации энергосберегающих технологий в 2–4 раза выше, чем в обычной энергетике. При реализации проектов сроки окупаемости вложенных средств составляют 2–5 лет при относительно небольшой (в сравнении со строительством мощных электростанций) стоимости. Это позволяет привлекать капиталы частных лиц, широко реализовывать лизинговые схемы осуществления проектов и, как следствие, проводить модернизацию ТЭК ускоренными темпами.
Упомянутые выше технологии и решения весьма привлекательны для развития энергоснабжения в регионах и их экономического роста. При целеустремленной амбициозной позиции региональной власти можно достичь энергонезависимости региона с использованием этих технологий.
Выгоды от использования упомянутых, прежде всего, «бестопливных» технологий уже подтверждены рядом реализованных проектов. Эти технологии предназначены для реализации во многих ныне реформируемых секторах экономики. Они актуальны и эффективны при внедрении в жилищно-коммунальном секторе, в системах газораспределения, газотранспорта, газодобычи, в электроэнергетике, нефтяной и газовой промышленности, металлургии, химической и лесоперерабатывающей промышленности, агропромышленном секторе, т.е. практически во всех базисных секторах экономики. Практически в каждой стране, в каждом регионе есть условия для их применения. Они могут стать базой для формирования эффективной децентрализованной региональной экоэнергетики, основанной на использовании «бросовых» промышленных и природных ресурсов, возобновляемых источников энергии региона, а также на основе высокоэффективного использования закупаемых ТЭР, сэкономленных в результате энергосберегающих мероприятий.
Сомнения в экономической эффективности проектов развития собственной экоэнергетики в регионах, не имеющих собственных ископаемых энергоресурсов, неосновательны. Пример – страны Западной Европы. Там активно создаются малые энергоисточники, основанные на возобновляемых ресурсах (ветер, солнце, гидропотенциал), активно используются «бестопливные» технологии (в частности, детандеры); активно продвигается идеология «зеленого» электричества, принимаются законы, инициирующие комбинированное производство электроэнергии и тепла, создающие все условия для развития малой региональной децентрализованной энергетики. Создание децентрализованной экоэнергетики – это: уменьшение зависимости региона от внешних поставок ТЭР, дополнительные рабочие места, дополнительные источники для реализации социальных программ, улучшение экологической обстановки.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это те ресурсы, которые человек может использовать, не причиняя вреда окружающей среде.
Энергетика, использующая возобновляемые источники, называется «альтернативной энергетикой» (в отношении традиционных источников – газа, нефтепродуктов, углей и крупной гидрогенерации), что указывает на минимальный вред окружающей среде.
Как правило, в мире развитие «альтернативной энергетики» является дополняющим к традиционной генерации и финансируется по целевым программам за счет средств последней.
Преимущества использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) связаны с экологией, воспроизводимостью (неисчерпаемостью) ресурсов, а также с возможностями получения энергии в труднодоступных местах проживания населения. К недостаткам энергетики на ВИЭ часто относят низкий КПД технологий выработки энергии на таких ресурсах (на текущий момент времени), недостаточность мощностей для промышленного потребления энергии, потребность в значительных территориях посева «зеленых агрокультур», наличие повышенного шумо-и виброуровня (для ветровой энергетики), а также сложности добычи редкоземельных металлов (для солнечной энергетики).