ЗЕЛЁНАЯ АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Каждая эпоха деятельности человечества имеет свои финансовые и технические возможности, свои циклы, свои символы, наконец. Послевоенный рост многие экономисты часто называют эпохой большой нефти. После нефтяных кризисов 70-х мир впервые задумался об углеродной зависимости. Уже тогда крупнейшие нефтяные гиганты стали потихоньку вкладывать деньги в «зелёные» энергетические технологии. Тогда же стал зарождаться новый экономический цикл, в основе которого лежали электронные и информационные технологии, генная инженерия и новые финансовые механизмы. Но не сложные финансовые инструменты, типа деривативов стали символами следующей эпохи, а компьютеры и Интернет. Глобальный экономический кризис ознаменовал начало нового экономического цикла. Его основой большинство учёных называют нано - и биотехнологии, а также альтернативную энергетику. Очевидно, последняя уже стала символом новой эпохи. 2009 год отмечен как один из худших в истории мировой экономики. Объём венчурных инвестиций опустился на самый низкий уровень за последние 10 лет. Говоря простым языком, вложений в новые технологии было как никогда мало. Компании по всему миру пытались просто выжить. Но вот энергетика из возобновляемых источников практически не обратила внимания на кризис. За последние несколько лет она сделала стремительный рывок: ежегодно приток денег в эту отрасль увеличивался на 30-50 %. По некоторым оценкам, предприятия «зелёной» энергетики уже в 2007 году по доходам переплюнули фармацевтов. Если в 2004 году в отрасль пришло около 40 миллиардов долларов, в 2009 – более 150 миллиардов, то вложения в «чистую» энергетику 2013 года оцениваются уже на уровне 300 миллиардов долларов. В 2009 году впервые прирост мощностей, основанных на возобновляемых источниках энергии, превысил ввод в действие мощностей традиционных.
В современной интерпретации альтернативная энергетика – это совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде. Выделяют четыре направления энергетики: традиционная энергетика на органическом топливе (уголь, газ, нефть, нефтепродукты); гидроэнергетика; атомная энергетика; возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Кроме того, в энергетике пользуются следующими понятиями: большая и малая энергетика; альтернативные источники энергии; централизованная энергетика и автономные источники энергии; нетрадиционная энергетика; нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ). В понятие нетрадиционная энергетика вкладывают четыре основных направления: 1. Возобновляемые источники энергии (солнечная энергия, ветровая, биомасса, геотермальная, низкопотенциальное тепло земли, воды, воздуха, гидравлическая, включая мини-ГЭС, приливы, волны). Подчеркнем, что большие ГЭС обычно не включаются в возобновляемые источники энергии. 2. Вторичные возобновляемые источники энергии (твёрдые бытовые отходы – ТБО, тепло промышленных и бытовых стоков, тепло и газ вентиляции). 3. Ещё одно направление: нетрадиционные технологии использования невозобновляемых и возобновляемых источников энергии (водородная энергетика; микроуголь; турбины в малой энергетике; газификация и пиролиз; каталитические методы сжигания и переработки органического топлива; синтетическое топливо – диметиловый эфир, метанол, этанол, моторные топлива).
4. Следующее направление – это энергетические установки (или преобразователи), которые существуют обычно независимо от вида энергии. К таким установкам следует отнести: тепловой насос, машину Стирлинга, вихревую трубку, гидропаровую турбину и установки прямого преобразования энергии – электрохимические установки и, прежде всего, топливные элементы, фотоэлектрические преобразователи, термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные установки, МГД-генераторы. Как видим, полный знак равенства вряд ли уместен. К тому же нетрадиционное использование энергии ветра, солнца, воды – это давно забытые традиционные источники энергии, применяемые многие тысячелетия назад. Вспомним надутые паруса или солнечные зайчики, которыми Пифагор жёг корабли противника, водяные мельницы. Поэтому называют их нетрадиционными чисто условно. В данном случае проблему можно рассматривать с чисто исторической точки зрения, опираясь на тот факт, что углеводородные ресурсы стали использоваться в энергетике только с переходом к индустриальному обществу, то есть относительно недавно, тогда как энергия солнца, ветра, воды и прочих естественных ресурсов использовалась на протяжении многих тысячелетий до этого. Традиционные же источники энергии (прежде всего углеводородные) стали называться таковыми только с момента их преобладания в мировом энергетическом балансе, кроме того, их состав постоянно меняется от страны к стране, и, таким образом, трудно определить общее значение понятия «традиционный источник энергии», которое бы было одинаково приемлемо для всех членов мирового сообщества. В определении же понятия «альтернативная энергетика» нужно отталкиваться от самого слова «альтернатива». В данном случае сразу же стоит оговориться, о какой именно альтернативе идет речь, то есть альтернатива чему? Напрашивается ответ: альтернатива углеводородному топливу. По данным Международного энергетического агентства, на 2002 год в общемировом энергетическом рынке доля углеводородного сырья в общем предложении энергоресурсов (включая газ, нефть и уголь) составила 81,4 %. Таким образом, легко можно предположить, что в данном случае подавляющее большинство рассуждений относительно альтернативной энергетики базируется именно на её альтернативности к наиболее распространённому в процессе мирового производства энергии источнику, а именно углеводородному сырью. У альтернативной энергетики, то есть энергии, полученной из нетрадиционных источников, есть два существенных плюса: возобновляемость ресурсов и экологичность. Но тут не всё так однозначно, как кажется. Если с возобновляемостью альтернативных источников энергии трудно спорить, то на счёт экологии и так называемых «зелёных технологий» альтернативной энергии, есть масса вопросов. Давайте рассмотрим каждый вид альтернативной энергетики детально, определим его роль современной жизни и перспективы развития.
Ветровая энергия. Из-за неравномерного нагрева солнечными лучами поверхности Земли, происходит перемещение воздушных масс. Ветер один из первых ресурсов, которые стал использовать человек в своих целях. Оптимальное расположение ветряков (сооружений для преобразования механической энергии ветра в электричество) область суши около крупных морей и океанов. Сегодня существуют воплощенные в жизнь проекты по постройки таких электростанций в морях. Крупнейшая из морских ветряных электростанций Horns Rev II находится в Северном море и принадлежит Дании. Так же существуют проекты по плавающим ветряным электростанциям, которые могли бы передвигаться вслед за ветром. Минусами ветровой электроэнергетики являются большой шум в районе установки ветряков, не ровный выход энергии, радиопомехи мешающие авиации и инфразвук, из-за вибрации ветряков пагубно влияющий на фауну. Еще один минус ветроэлектростанций, малый рабочий ресурс некоторых частей конструкции ветряков. Проблему ветровой энергии можно решить с помощью ветряков, поднятых в переходный между тропосферой и стратосферой слой (тропопауза). По расчётам ученых, занимающихся этой проблемой, именно в тропопаузе наиболее эффективно собирать энергию ветра.
Солнечная энергия. Солнечная энергия добывается с помощью специально построенных гелиостанций и панелей фотоэлементов. Плюсы этого альтернативного энергоресурса очевидны: бесшумность и быстрая замена вышедших из строя панелей. Однако, как бы нам ни расписывали поборники чистой энергии все плюсы такой технологии, у неё есть и минусы. Один из них это дороговизна производства солнечных панелей. Второй минус – необходимость в большом количестве аккумуляторов, накапливающих электроэнергию для её расхода в то время, когда нет возможности её вырабатывать от Солнца. Для сравнения, для энергоснабжения дома площадью 2 100 м, нужно запастись энергией в таком количестве, которое можно накопить в более чем пятистах автомобильных аккумуляторах. А ведь их надо заправлять, утилизировать. Но всё же главным минусом, солнечной энергетики, является использование больших площадей под установки требуемого числа батарей, для электрификации даже небольшой деревеньки. Теперь о производстве солнечных панелей. Этот процесс очень вреден с экологической точки зрения. При производстве солнечных батарей используется гидразин и арсин. Первый является компонентом ракетного топлива и очень ядовитым соединением, а второй – самым сильнодействующим неорганическим ядом. Оптимальное направление солнечной энергетики – это поднятие электростанций в космос или постройка таковых на Луне. Сейчас несколько стран разрабатывают свои программы по добыче электроэнергии из солнечного света в космическом пространстве. Среди них Россия, США, Китай, страны Евросоюза и другие.
Биомасса как источник энергии. Биомасса может быть как традиционным источником энергии (древесина, опилки, стружка и т. п.), так и альтернативным (отходы сельскохозяйственных производств, жизнедеятельности человека и специально выращенные растения). Из биомассы можно изготавливать заменители жидкого топлива для машин. Но в процессе переработки биомассы в атмосферу выбрасывается большое количество тепла, что опять же увеличивает пресловутый «парниковый эффект». Суммарное количество произведенной от трёх вышеописанных источников (ветер, солнце, биомасса) энергии не превышает 5% мировой энергии. Кроме того, наблюдается такая тенденция, что по мере роста цен на традиционные источники энергии (нефть, газ и уголь) дорожает стоимость изготовления устройств для выработки альтернативной энергии.
Атомная энергетика. Атомные электростанции – это на сегодняшний день самый оптимальный способ производства электроэнергии. Назвать такую энергию альтернативной нельзя, но мирный атом выгоднее с точки зрения КПД, да и экологическая составляющая (если не брать нештатные ситуации) в атомной энергетики значительно выше. В особенности, если строить их, как предлагал Сахаров, глубоко под землёй.
Термоядерная энергетика. Термоядерный синтез самый эффективный и экономически выгодный вариант альтернативной энергии. Но у термояда, (кстати, нобелевский лауреат Жорес Алфёров считает термоядерный синтез будущим энергетики) есть один минус. Первую промышленную энергию с помощью термоядерного синтеза собираются получить только в 50-х годах третьего столетия.
Другие варианты альтернативной энергетики. К другим вариантам альтернативной энергетики относятся получение энергии от перепадов температур океанских вод, приливов и отливов, геотермальных источников и т. п. Все они могут быть использованы лишь в некоторых частях нашей планеты, а поэтому для Казахстана всерьёз говорить о них нельзя. К тому же такие варианты альтернативной энергетики малоэффективны с точки зрения экономической выгоды, хотя глава «РосНано» обещал обеспечить энергией приливов и отливов до 25 % жителей России. Но альтернативная энергетика сегодня – это работа на перспективу. Понимание того, что запасы углеродного топлива в скором времени иссякнут, есть у большинства жителей планеты. Однако до сих пор разведываются всё новые залежи нефти и газа, поэтому говорить о том, что со дня на день следует ждать энергетического кризиса, нельзя. Тем не менее разработки по внедрению альтернативной энергетики должны вестись, даже если они проигрывают экономически традиционной энергетике. Но развитие науки в этой сфере позволит создавать дешёвые альтернативные установки, а значит, можно существенно снизить стоимость такой энергии. Начало альтернативной энергетики положено в 70-е годы, в годы нефтяного кризиса, когда нефтедобывающие страны взвинтили цены и сократили поставки. Тогда думали о том, что углеводородов осталось крайне мало, и они будут дорожать, поэтому надо стараться их заменить. Потом ещё случился Чернобыль, и атомная энергетика на долгие годы пришла в упадок. Поэтому и стала модной тема альтернативной энергетики – замена атома, мазута и газа. В реальности же альтернативная энергетика предназначена для обеспечения сельских территорий (хуторов – отдельно стоящих домохозяйств), куда тяжело тянуть ЛЭП, где много земли, мало людей и легче получать электроэнергию от ветра и солнца. Наиболее развитой из всех отраслей альтернативной энергетики в Казахстане является ветровая энергетика. В этом заслуга Программы Развития ООН и правительства РК.
Вот небольшая справка о проделанной работе в этой сфере за последние 15 лет:
В 1999 году Национальная лаборатория Riso (Дания) подготовила на основании годичного исследования отчёт «Ветровой потенциал Джунгарских ворот и Шелекского коридора в Казахстане». Был оценен потенциал для установки ветроэлектростанций. В 2005 году ТОО «Институт «Казсельэнергопроект» подготовило «Обоснование по выбору перспективных площадок для дальнейшего обоснования строительства ВЭС в среднесрочной перспективе до 2015 года». Были выбраны 15 перспективных площадок для установки ВЭС. В работе приведены аргументы по необходимости строительства ветроэлектростанций, рассмотрены экологические аспекты использования ветропотенциала, экономические преимущества при установке ВЭС, состояние и перспективы развития электроэнергетики Казахстана, проведён краткий обзор состояния электроэнергетического потенциала областей, где предполагается строительство ВЭС, выбраны площадки под установку ВЭС. В свете задач, поставленных в Концепции перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию на 2007–2024 годы и Стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2003–2015 годы по сохранению природных ресурсов и окружающей среды в 2007 году подготовлен проект «Национальная Программа развития ветроэнергетики в Республике Казахстан до 2015 года с перспективой до 2024 года». Цель программы – использование ветроэнергетического потенциала Казахстана для производства электроэнергии в объеме 900 млн. кВт/ч в год к 2015 году и 5 млрд. кВт/ч к 2024 году. В 2008 году были подготовлены 8 проектов предынвестиционных обоснований на строительство ветроэлектростанций в Аркалыке, Кордае, Астане, Ерейментау, Жузумдыке, Карабатане, Каркаралинске, Форте Шевченко. 4 июля 2009 года принят Закон РК «О поддержке использования возобновляемых источников энергии». В 2009 году подготовлен «Ветровой атлас» нашей страны, основанный на наблюдениях метеостанций. В 2010 году закончен мониторинг ветрового потенциала на пяти перспективных площадках (Агадырь, Бадамша, Курык, Боровское, Каратерен). Годичные измерения скорости и направления ветра для оценки ветрового потенциала были осуществлены в соответствии с международными стандартами (IEA/IEC). Верификация и обработка данных проводились при участии международной компании PB Power, Австралия. В 2010 году НАК «Казатомпром» запустил в эксплуатацию два автономных энергетических комплекса на основе ветровой и солнечной энергии. Ветряные станции будут обеспечивать освещение объекта «Лесной кордон» в так называемом «зелёном поясе столицы». Комплексы созданы на основе «Ветровой роторной турбины Болотова» – разработка известного казахстанского учёного, доктора технических наук, академика Альберта Болотова. В 2011 году АО «КазНИИ энергетики имени академика » подготовлен справочник «О порядке подготовки, согласования, утверждения и реализации проектов строительства объектов по использованию возобновляемых источников энергии в Республике Казахстан», а финская фирма VTT подготовила отчёт «Оценка энергосистемы для целей развития ветроэнергетики в Казахстане».
Николай КОЛУПАЕВ, ответственный редактор журнала «Энергетика»
Источник: http:///arhiv/50/24-27.pdf
