Перспективы развития солнечной энергетики в России.

По мнению экспертов, в России солнечная энергетика имеет большой потенциал развития. Учитывая показатели инсоляции различных регионов России, фотоэнергетика может стать реальной альтернативой традиционным источникам энергии в Южном Федеральном округе, на юге Сибири и Дальнего Востока. К примеру, Краснодарский край и большая часть Сибири по инсоляции (4,0–4,5 кВт ч/м² день) сравнимы с югом Франции и центральной частью Италии, где солнечная энергетика сейчас развивается бурными темпами.

В Лаборатории возобновляемых источников энергии и энергосбережения ИВТ РАН завершена разработка Атласа распределения ресурсов солнечной энергии по территории России, создана климатическая база данных, ориентированная на исследования в области солнечной энергетики.

Построение карт позволило системно оценить потенциал солнечной энергии в различных регионах страны. На изображенной выше карте приведено среднегодовое распределение ресурсов энергии солнечной радиации, поступающей в среднем за день на 1 м² площадки южной ориентации с оптимальным углом наклона к горизонту (для каждой географической точки это свой угол, при котором суммарное за год поступление энергии солнечной радиации на единичную площадку максимально). Очевидно, что в сегодняшних границах России наиболее "солнечными" являются не районы Северного Кавказа, как предполагают многие, а регионы Приморья и юга Сибири (от 4,5 до 5,0 кВтч/м² день). Интересно, что Северный Кавказ, включая известные российские черноморские курорты (Сочи и др.), по среднегодовому поступлению солнечной радиации относятся к той же зоне, что и большая часть Сибири, включая Якутию (4,0-4,5 кВтч/м² день). Более 60% территории России, в том числе и многие северные районы, характеризуются среднегодовым поступлением от 3,5 до 4,5 кВт ×ч/м² день.

Важным фактором, определяющим экономическую эффективность применения солнечных установок, является продолжительность их использования в течение года. Проблема заключается в том, что для высокоширотных районов различие в поступлении радиации летом и зимой может быть достаточно велико. Так, для территорий, расположенных за Полярным кругом, значительная часть зимнего времени приходится на полярную ночь. В средней полосе России, в том числе и в Москве, поступление энергии солнечного излучения в летний период в пять раз больше, чем в зимний. В этой ситуации возникает вопрос: какие водонагревательные установки наиболее целесообразно предлагать потребителям: сезонные, работающие только в теплый период, или круглый год? Очевидно, что в последнем случае солнечные водонагревательные установки (СВУ) должны иметь большую поверхность солнечных коллекторов для сбора менее интенсивных потоков радиации. Кроме того, в них должен использоваться незамерзающий теплоноситель и, следовательно, дополнительные теплообменники для передачи тепла к воде. Очевидно, что такие агрегаты будут более дорогими и экономически менее привлекательными.

 

Рис 1.1Среднедневные суммы солнечной радиации за год

 

Если взглянуть на карту распределения поступления солнечной радиации на поверхность земли по территории России за летний период(рис 1.1), то видно, что большинство районов страны вплоть до 65^о северной широты характеризуются примерно одинаковыми высокими значениями среднедневной радиации от 4,5 до 5 кВт ч/м2 день, и с этой точки зрения энергетическая эффективность СВУ на всей этой территории оказывается приблизительно одинаковой[11].

Энергия биомассы.

В зависимости от свойств "органического сырья" возможны различные технологии его энергетического использования.

Для использования сухой биомассы наиболее эффективны термохимические технологии (прямое сжигание, газификация, пиролиз и т.п.). Для влажной биомассы - биохимические технологии переработки с получением биогаза (анаэробное разложение органического сырья) или жидких биотоплив (процессы сбраживания).

Газификация древесных отходов обеспечивает получение топливного газа, основу которого составляет СО, Н₂ и N₂ и который может быть использован в качестве газообразного топлива в котельных, газовых турбинах и двигателях внутреннего сгорания.

Прямое сжигание древесины хорошо известно на бытовом уровне. Технологии энергетического использования древесных отходов постоянно совершенствуется.

Наиболее распространенным является перевод котельных с жидкого топлива или угля на древесные отходы, что требует реконструкции топочных устройств и создания необходимой инфраструктуры хранения и подготовки топлива.

Среди биохимических технологий переработки жидких органических отходов наиболее широкое применение во многих странах мира получила технология анаэробного (в отсутствии атмосферного кислорода) разложения органического сырья с получением биогаза, состоящего на 55-60 % из метана.

 

Вклад биомассы в мировое производство энергии

Скорость прироста вклада биомассы в энерго­баланс мира намного меньше, чем у других типов возобновляемых источников энергии. Но вклад биомассы в 2001 г. составлял 1,1 - 1,2 млрд. тонн нефтяного эквивалента (т н.э.) при общем вкладе всех ВИЭ — 1,36 млрд. т н.э. при общем произ­водстве энергии в мире — 10 млрд. т н.э (табл. 1.2).

К 2040 г. общее потребление энергии в мире прогнозируется на уровне 13,5 млрд. т н. э. (100%), вклад всех ВИЭ к этому периоду — 47,7% или 6,44 млрд. т н.э., тогда как вклад биомассы составит 23,8% или 3,21 млрд. т н.э.

В 2003 г. вклад биомассы в общий энергоба­ланс Европейского Союза (15 стран) составил 3,6%, что несколько выше, чем все остальные возобновляемые источники энергии (3,4%). К 2010 г. этот вклад планируется довести до 12% (25 стран ЕС)[12] , что обусловлено необходимос­тью защиты окружающей среды, особенно от транспортных выбросов, и уменьшения зависи­мости ЕС от импорта энергоносителей.

Вышесказанное может отразиться и на эк­спорте российских энергоносителей, хотя Рос­сия может восполнить возможные потери в эк­спорте традиционных энергоносителей произ­водством и экспортом экологически чистых видов топлива.

Таблица1.2

Рост вклада биомассы в общее потребление энергии в отдельных странах[13]

 

Страны	Традиционная биомасса (в процентах к общему использованию энергии)
	1980 г.	1997 г.
Дания	0,4	5,9
Япония	0,1	1,6
Германия	0,3	1,3
Нидерланды	0,0	1,1
Швеция	7,7	17,9
Швейцария	0,9	6,0
ОК (Англия)	0,0	3,3
США	1,3	3,8

 

Основными направлениями использования биомассы в целях энергетики Европейского Со­юза[14] являются:

производство пеллет и древесной щепы (пря­мое сжигание);

газификация и пиролиз («синтез»- газ или по-европейски — «биосингаз», «сингаз»», ме­танол для транспорта);

производство биоэтанола;

производство биодизельного топлива;

производство биоводорода;

производство биогаза.

Прогноз потребления биотоплив в Европе 2005, 2010 и 2020 гг. дает соответственно 5,0, 17,0 и 37,0 млн. т н.э./год при стоимости 1 т н.э. — 350 - 450 EURO.