ХАр ка нетрадиционной энергетики и ее потенциал
Л.Браун (2003) и Г.Шеер (2002) считают возможным в обозримом будущем обеспечить мир за счет ВИЭ, в первую очередь - солнца и ветра. Эксперты МИРЭС, стоящие на позициях поли энергетического сценария, также возлагают большие надежды на развитие нетрадиционной энергетики на основе новых ВИЭ (солнце, ветер, тепло Земли, приливы и отливы, энергия малых водотоков и т.д.). Рассмотрим перспективы различных вариантов нетрадиционной энергетики.
Гелиоэнергетика.
При физическом варианте энергия аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на полупроводниках или концентрируется системой зеркал. У физической гелиоэнергетики есть ограничения, которые сдерживают ее развитие.
Недостатком СЭС (солнечных электростанций) являются очень большие затраты металла на их сооружение: в пересчете на единицу производимой энергии они в 10-12 раз выше, чем при производстве энергии на ТЭС или АЭС. Затраты цемента при этом еще выше - в 50-70 раз. СЭС занимают большие площади,и потому их строительство перспективно только в пуСТынях. Есть проекты сооружения СЭС в пустынях Гоби и Сахара с использованием водорода в качестве энергоносителя. Л.Браун (2003) говорит даже о гелио-водородной энергетике как о новом перспективном направлении развития отрасли.
Поскольку строительство СЭС экономически рентабельно в случае, если число часов солнечного сияния не ниже 2000 в год, а интенсивность поступления солнечного света составляет 600-800 Вт/м , в условиях РФ возможно строительство СЭС лишь в некоторых районах (Астраханская, Волгоградская и Ростовская области, Ставрополье, Калмыкия, Северный Кавказ, Читинская область, Бурятия, Тыва).
Использование солнечных элементов сдерживается отсутствием рентабельной технологии получения химически чистого кремния, который пока стоит столько же, сколько и уран для АЭС.
При биологическом варианте гелиоэнергетики используется солнечная энергия, накопленная в процессе фотосинтеза в органическом веществе растений (обычно в древесине). Количество диоксида углерода, которое выделяется при сжигании растительной массы, равно его усвоению при росте растений (так называемые «суммарные нулевые выбросы»). По сей день 55% древесины, которая используется человеком, - это топливо, причем, в странах третьего мира древесина сжигается в очагах для приготовления пищи и обогрева помещений.
Австрия планирует в ближайшие годы получать от сжигания древесины до 1/3 необходимой ей электроэнергии. Для этих же целей в Великобритании планируется засадить лесом около I млн. га земель, непригодных для сельскохозяйственного использования. Высаживаются быстрорастущие породы, такие, как тополь, срезку которого производят уже через 3 года после посадки (высота деревьев около 4 м, диаметр стволиков больше 6 см). В Бразилии из отходов сахарного тростника получают этиловый спирт, который используют в качестве топлива; в США работают электростанции, сжигаютпие отходы кукурузы.
Биологическим вариантом гелиоэнергетики является получение биогаза из органических остатков, в первую очередь навоза. Несложные установки для получения биогаза широко распространены в Китае и Индии. Уже в 80-х гг. в Индии действовало 50 тысяч таких установок. В Германии работают более 2000 биогазовых установок, в которых перерабатываются органические отходы, получаемые в результате сортировки мусора. В мире есть опьгг утилизации «свалочного» газа, который образуется в результате гниения органических отходов на свалках.
Ветроэнергетика.
В настоящее время наибольшего развития ветроэнергетика достигла в Германии, Англии, Голландии, Дании, США (только в штате Калифорния работает 15 тыс. ветряков). Наиболее оправданны небольшие ветряные энергетические установки (ВЭУ) мощностью до 15 кВт, хотя сооружаются и установки мощностью 100-500 кВт. Обычно на одной площадке устанавливается большое число ВЭУ, образующих так называемую ветровую ферму. Самая большая ферма сооружена в Калифорнии и состоит почти из 1000 ВЭУ, ее общая мощность 100 МВт.
Строительство мощных ВЭУ на суше себя не оправдало, г.к. они являются источником сильного шума, поэтому крупные ВЭУ устанавливают в море. В целом по морским ВЭУ пока лидирует Дания. Лидерство же в разработке проектов принадлежит ФРГ, где разработан проект морской ВЭУ с диаметром ротора 100 м и мощностью 5 МВт.
Небольшие ВЭУ - идеальные источники энергии для сельскохозяйственных ферм. Они могут быть подключены к центральной системе энергоснабжения, дшощей ферме энергию в период безветрия и, напротив, принимающей излишки энергии от ВЭУ в особо ветреную погоду.
По мощности ВЭУ Россия отстала от развитых стран Запада и даже Индии на несколько порядков. Так, установленная мощность ВЭУ, подключенных к электрическим сетям, в 2000 г. в некоторых странах мира составляла (в МВт): Германия -6113, Испания - 2250, США - 2554, Дания - 2140, Индия -1167. В России мощность ветроустановок составляет всего 5 МВт.
Геотермальная энергетика.
Доля геотермальной энергетики на Филиппинах составляет 19%, в Мексике - 4%, в США (с учетом использования «напрямую» для отопления, т.е. без переработки в электрическую энергию) — около 1%. Геотермальная энергия обеспечивает теплом столицу Исландии Рейкьявик. В РФ на Камчатке работает Г'еоТЭС мощностью 11 МВт и строится еще одна мощностью 200 МВт. Перспективным районом для развития геотермальной энергетики является также Северный Кавказ.
Приливно-отливная энергетика.
Приливно-отливные электростанции (ПЭС) подобны обычным ГЭС на реках, но «водохранилище» заполняется во время прилива. При этом лопасти турбины вращаются и при повышении уровня воды, и при понижении. В настоящее время ПЭС ограниченной мощности распространены во многих странах мира (сооружено около 30 ПЭС). Первая ПЭС в России создана в Кислой губе Белого моря и имеет мощность 400 кВт, В конце 60-х годов ПЭС построена в Магаданской области.
Приливно-отливная энергетика - не единственный вариант использования энергии океана^ Уже появились первые электростанции, использующие энергию волн, в Японии, Великобритании, Норвегии (наиболее крупная из них создана в Норвегии и имеет мощность 500 кВт). Разрабатываются проекты использования тепловой энергии мирового океана и энергии крупных течений (Гольфстрим, Куросио).
Использование малых водотоков.
Экологические недостатки, которые сопровождают строительство крупных ГЭС на равнине или в горах, отсутствуют при сооружении малых ГЭС. Возможно создание экологически безопасных ГЭС на больших реках, но при особом варианте свободиопроточных ГЭС с мощностью от нескольких десятков до нескольких сотен кВт, позволяющих обходится без строительства плотин. Кроме того, сооружаются рукавные микро-ГЭС. В Китае построено 60 тысяч,мини-ГЭС, которые снабжают электроэнергией населенные пункты.
Программы строительства малых ГЭС ныне приняты в ряде регионов РФ, т.к. с малыми реками связано до 1/3 энергетического потенциала ее водных ресурсов. Малые ГЭС позволяют децентрализовать производство энергии и решить проблемы энергетики Севера, Камчатки и других районов, где сегодня основным источником энергии остается завозное дизельное топливо, что очень дорого. Стоимость электроэнергии, получаемой на малых ГЭС, выше, чем на больших, однако малые ГЭС более экологичны.
В целом, по прогнозам ООН, предполагается, что в 2020 г. доля энергии из нетрадиционных, источников достигнет 3% общего энергопотребления. В программе, принятой на форуме в Йоханнесбурге, намечено к 2015 г. довести долю этой энергетики до 5%. Сейчас она составляет 2%.