НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА: ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАЗВИТИЯ

Роль страны на мировых энергетических рынках во многом определяет её геополитическое влияние. Энергетический сектор обеспечивает жизнедеятельность всех отраслей национального хозяйства, способствует консолидации субъектов Российской Федерации, во многом определяет формирование основных финансово-экономических показателей страны. Природные топливно-энергетические ресурсы, производственный, научно-технический и кадровый потенциал энергетического сектора экономики являются национальным достоянием России. Эффективное его использование создает необходимые предпосылки для вывода экономики страны на путь устойчивого развития, обеспечивающего рост благосостояния и повышение уровня жизни населения.

В последнее время одной из ключевых проблем развития электроэнергетики является нарастание объемов генерирующего оборудования, выработавшего свой ресурс. По данным ОАО «Институт «Энергосетьпроект» при сниженных темпах технического перевооружения устаревшего оборудования в Европейской части ЕЭС России недовыработка электроэнергии на уровне 2020 года может составить 110 млрд. кВт.ч. В этих условиях актуальным кажется разработка эффективной инновационной политики в энергетической отрасли.

Научно-техническая и инновационная политика в энергетическом секторе опирается на современные достижения и прогноз приоритетных направлений фундаментальной и прикладной отечественной и мировой науки в энергетической сфере. Развитие фундаментальных исследований – важнейшее условие создания новых высокоэффективных технологий в энергетическом секторе российской экономики.

Приоритетами государственной научно-технической и инновационной политики в отраслях ТЭК в прогнозируемый период являются:

• воссоздание и развитие научно-технического потенциала, включая фундаментальную науку и прикладные разработки, модернизацию экспериментальной базы и системы научно-технической информации;
• создание благоприятных условий для развития инновационной деятельности, направленной на коренное обновление производственно-технологической базы ТЭК, ресурсосбережение и улучшение потребительских свойств продукции топливно-энергетического комплекса;
• совершенствование всех стадий инновационного процесса, повышение востребованности и эффективности использования результатов научной деятельности;
• защита прав на результаты научно-технической деятельности;
• использование потенциала международного сотрудничества для применения лучших мировых достижений и вывода отечественных разработок на более высокий уровень;
• сохранение и развитие кадрового потенциала и научной базы, интеграция науки и образования.

В условиях ограниченности топливно-энергетических ресурсов  реализация данных задач невозможна без развития нетрадиционной энергетики. К нетрадиционным возобновляемым источникам энергии относят установки и устройства, использующие энергию ветра, солнца, биомасс, геотермальную энергию, а также тепловые насосы, использующие низкопотенциальное тепло, содержащееся в приземных слоях воздуха, воды, верхних слоях Земли и промышленных выбросах (табл.1).

Таблица 1. Современное и прогнозируемое использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии в мире, млрд. кВт*ч

К возобновляемым нетрадиционным источникам энергии относят следующие виды энергии:

• солнечная энергия. Среднегодовая выработка энергии Солнца – 10000 ТВт, что примерно в 1000 раз превышает нынешнее потребление энергии в мире. Важнейшее достоинство солнечного излучения – безвредность для окружающей среды процесса превращения его энергии в полезные виды. Солнечная электростанция вырабатывает энергию путем нагрева парового котла турбины с помощью системы зеркал, собирающих солнечный свет. Другой путь получения солнечной энергии – это использование установок с фотоэлементами, которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электричество, однако такие установки дороги из-за высокой стоимости фотоэлементов. При использовании солнечной энергии необходимо решать две основные проблемы, возникающие в связи с малой плотностью потока энергии излучения и его неравномерностью из-за смены дня и ночи, перемены погоды – концентрация солнечной энергии и ее накопление (аккумуляция);
• геотермальная энергия. В настоящее время действует около 20 геотермальных электростанций мощностью от нескольких МВт до 500 МВт каждая. Их общая мощность около 1,5 ГВт. В среднем одна буровая скважина со сроком использования от 10 до 20 лет может дать около 5 МВт. Анализ работы геотермальных электростанций в Италии и Новой Зеландии показал, что со временем падают давление и температура в скважине и значительно оседает поверхность земли вокруг скважины на площади около 6 км², а производительность скважин убывает со временем. Однако с учетом отсутствия  выбросов вредных парниковых газов в атмосферу геотермальные электростанции имеют заметное экологическое преимущество по сравнению с тепловыми электростанциями, работающими на органическом топливе. Доля энергии, вырабатываемой в России геотермальными электрическими станциями, в перспективе может стать весьма ощутимой – до 8% от общей выработки энергии на ТЭС, ТЭЦ, АЭС;
• энергия ветра. Дующие на Земле ветры обладают энергией в 2700 ТВг, но лишь 1/4 часть их находится на высоте до100 метров над поверхностью Земли. Если на всех континентах построить ветряные установки, беря в расчет только поверхность суши и учитывая неизбежные потери, то это может дать максимум 40 ТВт. Однако даже 1/10 часть этой энергии превышает весь гидроэнергетический потенциал. При использовании энергии ветра человечество столкнулось с неожиданными проблемами. Оказалось, что эти установки генерируют довольно мощное излучение неслышимого инфразвука, который, во-первых, удручающе действует на человеческую психику, а во-вторых, резонирует естественные колебания таким образом, что на расстоянии нескольких километров дрожат и ломаются стекла в домах, стеклянная посуда, люстры и т.п.;
• энергия приливов. Приливные волны Мирового океана несут около З ТВт энергии. Однако ее получение рентабельно лишь в нескольких районах планеты, где приливы особенно высоки, например, в некоторых районах Ла-Манша и Ирландского моря, вдоль побережья Северной Америки и Австралии и на отдельных участках Белого и Баренцева морей. По техническим причинам приливные станции работают лишь на 25% своей нормативной мощности, так что из общего потенциала в 80 ГВт может быть использовано лишь 20 ГВт. Несколько лет действует одна из самых крупных приливных электростанций близ Ла-Ранс (Франция) проектной мощностью 240 МВ, которая при довольно небольших затратах производит 60 МВт;
• энергия волн. Волны Мирового океана содержат около З ТВт энергии. Обычная волна в Северном море несет 10 кВт энергии на каждый метр длины на протяжении 30% времени своего существования и около 10 кВт на метр в течение 70 % времени. Несколько экспериментальных прототипов волновых энергетических установок построено в Англии и Японии;
• тепловая энергия океанов. Мировой океан поглощает почти 70 % солнечной энергии, падающей на Землю. В океанских течениях заключено 5-8 Твт энергии. Перепад температур между холодными водами на глубине несколько сот метров и теплыми водами на поверхности океана представляет собой огромный источник энергии, оцениваемый в 20—40 тыс. ТВт, из которых практически могут быть освоены лишь 4 ТВт.
• биоэнергия. На базе низкокачественной древесины, древесных отходов, горючего мусора, фекальных стоков и отбросов цивилизации возникла и развивается биоэнергетика, позволяющая с помощью бактерий, в том числе анаэробных, перерабатывать органическую массу в топливо, преимущественно в метан.

Таблица 2. Основные технико-экономические показатели и состояние строительства нетрадиционных электростанций в России

Нетрадиционная энергетика в России может эффективно использоваться для энергоснабжения потребителей, прежде всего в районах, не охваченных централизованным энергоснабжением. К этим зонам относятся обширные территории окраин России, в которых проживает около 20 млн чел., а также отдельные районы Крайнего Севера, Сибири, дальнего Востока и сельские районы в центральной части страны.

Экономический потенциал возобновляемых источников энергии оценен в 314 млн. т.у.т. в год, что равно трети внутреннего потребления первичной энергии. Однако эти возможности используются на 5-10%. По прогнозу Института энергетической стратегии общая установленная мощность таких энергоисточников к 2030 году должна составить порядка 17 ГВт. Доля различных видов возобновляемых источников энергии в этом объеме должна явиться предметом дальнейших исследований. На уровне экспертных оценок дается следующий вариант: малые и микро-ГЭС, приливные ЭС – 4 ГВт, геотермальные станции – 3 ГВт, ветростанции – 5 ГВт, тепловые станции на биомассе – 6 ГВт, солнечные электростанции – 0,2 ГВт, общая площадь солнечных коллекторов – 10 млн. м2.

В ходе проведенного изучения существующих разработок в области нетрадиционной энергетики определены следующие направления:

• создание производства надежного и эффективного оборудования для малых ГЭС, солнечных, геотермальных, ветровых, приливных и других электростанций и энергоустановок;

• организация специализированных подразделений по строительству, эксплуатации и обслуживанию специфического оборудования нетрадиционной энергетики;

• обеспечение надежного энергоснабжения путем отработки режимов эксплуатации, комбинирования различных энергоисточников, аккумулирования энергии;

• поиск и определение источников и способов финансирования проектов, рентабельность которых не всегда очевидна.

Развитие нетрадиционной энергетики является важным направлением в системе энергоснабжения России. Экономия топлива за счет строительства нетрадиционных электрических станций  представлена в таблице 3.

Таблица 3. Экономия топлива за счет строительства нетрадиционных электростанций

Основные направления технической инновационной политики в области энергетического сектора должны быть направлены на реализацию указанных целей.

Все статьи автора «Елена Летягина»