IRENA: Перспективы ВИЭ в России. Долгосрочные перспективы возобновляемой энергетики

Новости о рекордах в области использования ВИЭ не сходят с новостных лент в последние несколько лет. По информации Международного агентства по возобновляемой энергетике (IRENA), в период 2013-2015 годов доля ВИЭ в новых мощностях в электроэнергетике уже составляет 60%. Ожидается, что еще до 2030 года возобновляемые сместят уголь на второе место и выйдут в лидеры в балансе генерации электроэнергии (по прогнозу МЭА, треть объемов электроэнергии к этому году будет производиться с помощью ВИЭ). С учетом динамики ввода новых мощностей эта цифра выглядит не слишком фантастической - в 2014 году доля возобновляемых в мировом производстве электроэнергии составляла 22,6%, а в 2015 году - 23,7%.

Однако под общим термином ВИЭ скрываются очень разные источники энергии. С одной стороны, это давно и успешно эксплуатируемая крупная гидроэнергетика, а с другой - относительно новые виды - такие как солнечная энергетика, ветер, геотермальные источники и даже совсем экзотическая энергия волн океана. Доля гидроэнергетики в выработке электроэнергии в мире остается стабильной - 18,1% в 1990 году, 16,4% в 2014 году и примерно такая же цифра в прогнозе на 2030 год. Двигателем стремительного роста ВИЭ за последние 25 лет стали именно «новые» виды энергии (прежде всего, солнечная и ветроэнергетика) - их доля увеличилась с 1,5% в 1990 году до 6,3% в 2014 году и предположительно догонит гидроэнергетику в 2030 году, достигнув 16,3%.

Несмотря на такие бурные темпы развития ВИЭ, остается довольно много скептиков, сомневающихся в устойчивости этого тренда. Например, Пер Виммер, в прошлом сотрудник инвестиционного банка Goldman Sachs, а ныне основатель и руководитель собственной инвестиционно-консалтинговой компании Wimmer Financial LLP, считает, что ВИЭ - это «зеленый пузырь», аналогичный пузырю доткомов 2000 года и ипотечному кризису в США 2007-2008 годов. Интересно, что Пер Виммер - гражданин Дании, страны, которая уже давно является лидером в секторе ветроэнергетики (в 2015 году на датских ветряных электростанциях было произведено 42% потребленной в стране электроэнергии) и стремится стать самым «зеленым» государством если не в мире, то уж точно в Европе. Дания планирует полностью отказаться от использования ископаемых источников топлива к 2050 году.

Основной аргумент Виммера состоит в том, что энергия ВИЭ является коммерчески неконкурентоспособной, а проекты с ее использованием - неустойчивыми в долгосрочной перспективе. То есть «зеленая» энергия - слишком дорогая по сравнению с традиционной, и развивается она только благодаря государственной поддержке. Высокая доля долгового финансирования в проектах ВИЭ (до 80%) и его растущая стоимость приведут, по мнению эксперта, либо к банкротству компаний, реализующих проекты в сфере «зеленой» энергетики, либо к необходимости выделения все большего объема средств государственной поддержки для удержания их на плаву. Однако Пер Виммер не отрицает, что ВИЭ должны играть свою роль в энергообеспечении планеты, но государственную поддержку предлагает оказывать только тем технологиям, которые имеют шанс стать коммерчески рентабельными в течение следующих 7-10 лет.

Сомнения Виммера не беспочвенны. Наверное, один из самых драматичных примеров - это компания SunEdison, которая в апреле 2016 года подала заявление о банкротстве. До этого момента SunEdison была одной из самых быстро растущих американских компаний в области ВИЭ, стоимость которой летом 2015 года оценивалась в $10 млрд. Только за три года, предшествующих банкротству, компания инвестировала в новые приобретения $18 млрд, а всего было привлечено $24 млрд акционерного и заемного капитала.

Перелом в отношении инвесторов наступил, когда SunEdison неудачно попыталась поглотить за $2,2 млрд компанию Vivint Solar Inc, занимающуюся установкой солнечных панелей на кровли домов, что совпало со снижением цен на нефть. В результате цена акций SunEdison упала с пиковых значений (более $33 в 2015 году) до 34 центов в момент подачи заявления о банкротстве. История SunEdison - тревожный, но не однозначный сигнал для индустрии. Согласно оценкам аналитиков, проекты у компании были «хорошие», а причина банкротства была в слишком быстром росте и больших долгах.

Однако динамика индекса MAC Global Solar Energy Stock Index (индекс, который отслеживает изменение котировок акций более 20 публичных компаний, работающих в секторе солнечной энергетики со штаб-квартирами в США, Европе и Азии) за последние четыре года также не внушает оптимизма.

Вопрос о субсидиях тоже выглядит неоднозначным. С одной стороны, объем государственной поддержки ВИЭ в мире растет с каждым годом (в 2015 году, по оценкам МЭА, он приблизился к $150 млрд, 120 из которых приходились на сектор электроэнергетики, без учета гидроэнергетики). С другой - ископаемые источники энергии также субсидируются государствами, причем в значительно больших масштабах. В 2015 году объем таких субсидий оценивался IEA в $325 млрд, а в 2014 году - в $500 млрд. При этом эффективность субсидирования технологий ВИЭ постепенно повышается (субсидии в 2015 году выросли на 6%, а объемы новой установленной мощности - на 8%).

Также растет, причем стремительно, конкурентоспособность ВИЭ за счет снижения стоимости производства электроэнергии. Для сравнения себестоимости различных источников электроэнергии часто используется показатель LCOE (levelized cost of electricity - полная приведенная стоимость электроэнергии), при расчете которого учитываются все затраты как инвестиционного, так и операционного характера на полном жизненном цикле электростанции соответствующего типа. По данным компании Lazard, которая ежегодно выпускает оценки LCOE для разных видов топлива, для ветра этот показатель за последние 7 лет снизился на 66%, а для солнца - на 85%.

При этом нижние уровни диапазона оценки LCOE для ветровых и солнечных электростанций промышленного масштаба уже сопоставимы или даже ниже значений этого параметра для газа и угля. Несмотря на то, что методология LCOE не позволяет учесть все системные эффекты и потребности в дополнительных инвестициях (сети, базовые резервные мощности и другое), это означает, что проекты в ветро- и солнечной энергетике становятся конкурентоспособны по сравнению с традиционными видами топлива и без государственной поддержки.

Еще одной характеристикой этого тренда является темп снижения цен, заявляемых энергокомпаниями на аукционах по покупке крупных объемов электроэнергии посредством PPA (power purchase agreement - соглашение о поставках электроэнергии). Например, очередной рекорд для солнечной энергетики в размере 2,42 цента за кв/ч был поставлен консорциумом, состоящим из китайского производителя панелей JinkoSolar и японского девелопера Marubeni, в 2016 году в Объединенных Арабских Эмиратах. Не далее как в 2014 году самый низкий бид на подобных аукционах стоил выше 6 центов за кв/ч.

В заключение следует еще раз вспомнить о ключевых причинах бурного развития ВИЭ в мире. Основной фактор, стимулирующий развитие возобновляемых - это все-таки декарбонизация, то есть принятие мер по сокращению выбросов парниковых газов для борьбы с глобальным потеплением. На это было нацелено принятое 12 декабря 2015 года и вступившее в силу 4 ноября 2016 года Парижское соглашение об изменении климата.

Среди других выгод перехода на ВИЭ можно отметить улучшение экологической обстановки, снабжение энергодефицитных и удаленных районов, а также развитие технологий и появление новых рабочих мест. За последние несколько лет использование ВИЭ стимулировало создание одной из самых высокотехнологичных отраслей промышленности в мире. Объем инвестиций в эту отрасль в 2015 году оценивался в $288 млрд США. 70% всех инвестиций в генерацию электроэнергии было сделано в секторе возобновляемых источников энергии. В данном секторе (не считая гидроэнергетику) в мире занято более 8 млн человек (например, в Китае их число составляет 3,5 млн).

Сегодня развитие возобновляемых источников энергии нужно рассматривать не в изоляции, а как часть более широкого процесса Energy Transition - «энергетического перехода», долгосрочного изменения структуры энергетических систем. Этот процесс характеризуется и другими важными изменениями, многие из которых усиливают «зеленую» энергетику, повышая ее шансы на успех. Одним из таких изменений является развитие технологий хранения энергии. Для зависящих от погодных условий и времени суток ВИЭ появление подобных коммерчески привлекательных технологий, очевидно, станет большим подспорьем. Мировой процесс развития новой энергетики является необратимым, но четкий ответ на вопрос о его месте и роли в российском ТЭК еще предстоит сформулировать. Главное сейчас: не упустить окно возможностей - ставки в этой гонке довольно высоки.

В последние годы все чаще публикуются статьи и материалы о бурном развитии возобновляемой энергетики и ее перспективах. Действительно, за несколько десятков лет целенаправленного развития этого направления технологии шагнули далеко вперед. Во второй половине прошлого века применение этих технологий было ограничено, многие их них все еще были экспериментальными, например, ветровая. Если в середине 90-х были распространены ветротурбины с установленной мощностью генератора 250-500 кВт, то сейчас массово применяются машины с 2,5-3 МВт. Более того, несколько компаний запускают в серию турбины с единичной установленной мощностью 6-8 МВт.

Такой рывок объясняется как ростом зрелости технологии, так и поддержкой государств и международных организаций. Чтобы не быть голословным приведем некоторые цифры из последнего отчета по возобновляемой энергетике Renewables 2017 Global Status Report, который был подготовлен Renewable Energy Policy Network.

В 2016 году возобновляемая энергетика в мире показала самый большой прирост за все годы своего развития — 161 ГВт установленной мощности. В относительных величинах это 9% роста по сравнению с 2015 годом. Таким образом, общая установленная мощность, без учета гидроэлектростанций составляет 921 ГВт (вместе с ними – 2017 ГВт). В 2015 году общая установленная мощность возобновляемых источников составляла 785 ГВт (1856 ГВт с гидроэлектростанциями).

Динамика ввода новых мощностей также впечатляет. В 2006 суммарная мощность ветростанций составляла 74 ГВт, а в 2106 уже 487 ГВт — рост более чем в шесть раз. С солнечной энергетикой еще быстрее. 6 ГВт в 2006 и 303 ГВт в 2016 – считайте сами.

Возможно, эти цифры вам мало что скажут, поэтому есть более показательный параметр – в 2016 доля энергии произведенная возобновляемыми источниками оценена в 24.5%. Да, конечно, стоит упомянуть, что 16.6% произведено гидроэлектростанциями, но тем не менее, это уже весьма серьезные цифры.

Возобновляемой энергетике прочат доминирование и, в общем, это правильно. Климатологи уже не первый год бьют тревогу из-за нарастающих климатических проблем. По данным обсерватории Мауна-Лоа, чьи данные по CO2 признаны эталонными, его концентрация повышается из года в год. В начале 60-х уровень концентрации был около 300 ppm, сейчас он уже превышает 400 ppm. Вследствие глобального потепления, в XX веке уровень мирового океана повысился на 19 см и продолжает расти примерно на 3мм в год. Из-за стихийных бедствий только в 2012 году 32 миллиона человек были вынуждены переселиться в другие места. Прогнозируют, что к 2050 такая же судьба постигнет еще 250 миллионов человек.

Выбросы парниковых газов обусловлены в том числе работой тепловых и особенно угольных станций. Поэтому декарбонизация экономики путем замещения этих мощностей — одно из стратегических направлений. И дело тут не только в прямой экономической выгоде, но в ряде факторов, которые влияют и на биосферу в целом и на человека в частности.

Но если отвлечься от эмоций после очередной новости от Илона Маска, то каковы реальные перспективы ВИЭ?

В ноябре прошлого года международная организация World Energy Council опубликовала прогноз развития мировой энергетики до 2060 года. Согласно этому прогнозу определяющими будут следующие тренды:

Медленный рост потребности в первичной энергии. Пик в пересчете на душу населения будет достигнут к 2030 году. Это произойдет вследствие роста эффективности новых технологий генерации и энергосбережения, внедрения более эффективных политик расходования энергии.

Потребность в электрической энергии возрастет вдвое к 2060 году. Понадобятся значительные инвестиции на модернизацию инфраструктуры, использования более чистых источников энергии и ее транспортировки к конечному потребителю.

Высокие темпа роста солнечной и ветровой генерации, что создаст как массу возможностей, так и проблем.

Пиковые потребности в угле и нефти могут привести мировую экономику к кризисам.

Новые виды транспорта — главное препятствие для декарбонизации энергетических систем.

Решение климатических проблем будет требовать гораздо более серьезных усилий и инвестиций чем сейчас.

Для достижения баланса в «энергетической триллеме» - доступность энергии, безопасность, низкое влияние на окружающую среду - будет необходима координация международных усилий и большое число инноваций.

Эксперты рассмотрели несколько возможных путей, выделив два принципиально различающихся «типа» будущего – Uplands («Нагорье») и Lowlands («Низина»). Будущее «Нагорья» — это устойчивый экономический рост и решение энергетических вопросов сообща, всем мировым сообществом. В будущем «Низины» экономический рост слаб, а государства исповедуют изоляционизм, стремясь решить свои проблемы без учета связей с соседями.

Согласно отчету WEC, есть три наиболее вероятных сценария – «Современный джаз» и «Незаконченная симфония» и «Хардрок». Столь поэтичные названия даны чтобы обозначить основные черты сценариев. «Нагорья» — это сценарии «Современный джаз» и «Незаконченная симфония», в которых глобальная экономика показывает высокий рост и развивается устойчиво. Отличаются они тем, что в «Джазе» энергетика регулируется многообразными рыночными механизмами. Собственно, джаз многообразен и его могут играть как отдельные исполнители, так и группы. В «Симфонии» превалируют государственные регуляторы, то есть имеет место скоординированная «дирижером» игра. А рокеры часто поют про тяжелую жизнь и времена. И поэтому «Хардрок» в данном контексте это про слабый экономический рост, государственное регулирование и превалирование национальных интересов над глобальными.

Отчет подробно расписывает возможные целочисленные параметры, но нас интересуют те, что касаются доли возобновляемых мощностей в энергетике через сорок лет. Что же прогнозируют в будущем?

*Примечание: технологии, которые обеспечивают улавливание углерода и хранения углерода (C arbon capture and storage, англ.)

Таким образом, будущее у нас может быть само разное. «Хардрок» это в чем-то наше «продолженное настоящее», когда ископаемые виды топлива по-прежнему играют главную роль, а цены на них неустойчивы. Инвестиции в инфраструктуру недостаточны. Уголь частично заменяется газом, из-за политической и экономической разобщенности проигрывают все, а угрожающие тренды набирают обороты. Население нищает, социальное неравенство растет. Низкие темпы роста экономики обусловлены стареющим населением и низкой эффективностью экономики. Растет разрыв между «Севером» и «Югом», который будет приводить к спорадическим конфликтам.

«Симфония» предлагает картину более устойчивого будущего, в котором энергетика становится практически «зеленой», технологический прогресс не разрушает окружающую среду и общее становится над частным. Экономика будет расти средними темпами, инвестиции в инфраструктуру будут высокими, появится широкий набор инструментов для стимулирования «зеленые» инновации. Будет реализовано международное управление энергетическими рынками и выстроена система ее безопасности. С другой стороны, новые формы sharing economy приведут к значительному сокращению спроса на энергию.

Будущее «Джаза» тоже оптимистично. Мировая экономика будет высокопродуктивной, а экономический рост — стремительным и инновационным. Инновации в свою очередь будут базироваться на принципах устойчивого развития. Произойдут сильные изменения в социальной структуре, обусловленные высокими технологиями (т.н. «связанные цифровые элиты»). Экономический рост азиатского региона не будет сопровождаться какими-то катаклизмами. Цены на энергию будут постепенно снижаться за счет повышения ее доступности

Что показательно – ядерной энергетике в будущем находится место, несмотря на Чернобыль и Фукусиму этот источник энергии не снимается со счетов в дальней перспективе. Почему? Главная причина – атомная энергетика не загрязняет окружающую среду парниковыми газами. Второй фактор – устойчивая генерация энергии. Один из серьезных недостатков ВИЭ это непостоянный характер энергоносителя. Это создает технические проблемы с балансом сети. Атомные станции лишены этого недостатка. Последний фактор – технология совершенствуется, в том числе и с точки зрения безопасности. Поэтому сбрасывать со счетов атомную энергетику преждевременно.

Также интересно посмотреть на заявляемые передовыми государствами стратегии и их целочисленные показатели.

Германия. Один из традиционных лидеров направления ВИЭ. Здесь стоит отметить, что ЕС еще в 2001 году издал директиву, которая ставила цели по переходу на ВИЭ (EU Directive on Electricity Production from Renewable Energy Sources 2001/77/EC). В 2000 году немецкие ВИЭ сгенерировали 6,3% от общего количества энергии, а в 2016 этот показатель достиг 34%. В два часа дня 15 мая 2016 года был поставлен своеобразный рекорд – вся внутренняя потребность в электричестве была обеспечена за счет ВИЭ. Германию стали называть «первой в мире экономикой на возобновляемых источниках». В планах – 50% выработки электроэнергии в 2030 году и 80% к 2050.

Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ). В январе текущего года ОАЭ обнародовали энергетический план до 2050 года, согласно которому 44% энергии будет генерироваться за счет возобновляемых источников.

Дания . Еще один европейский лидер в производстве чистой энергии и, в особенности, ветровой. Ветряки датских компаний давно ставят по всему миру. Один старейших лидеров рынка Vestas, в 2016 году поставил 8.7 ГВт ветряков по всему миру. В 2015 60,4% электроэнергии на потребности страны произвели ВИЭ. При том, что большая часть приходится на ветровую энергию – климат способствует – немалая доля приходится и на станции, работающие на биомассе. Установленная мощность таких станций достигает 1 ГВт. Кстати, 22 февраля текущего года ветроэнергетика дала 97 ГВт*ч электроэнергии, полностью обеспечив потребности страны.

Соединенные Штаты Америки. В 2015 году Барак Обама озвучил амбициозную цель – 20% энергии должны генерировать ВИЭ к 2030 году. Исходя из масштабов американской экономики это действительно амбициозная цель. Правда, с приходом к власти Трампа непонятно, что с этими планами будет. Тем не менее, США входит в первую пятерку стран, которые активно внедряют у себя возобновляемые источники энергии.

Китай. Одна из быстрорастущих экономик мира, на долю которой уже в 2015 году приходилось 23% всего энергопотребления в мире. Расплачиваться за высокие темпы приходится критическим загрязнением окружающей среды. Особенно эта проблема остра в городах. Вполне логично, что государство предпринимает меры для перехода на новые энергетические рельсы. В том же 2015 году в Китае ВИЭ было произведено 27% чистой энергии, большая часть которой за счет гидроэлектростанций. Суммарная установленная мощность гидро-, ветро- и солнечных мощностей достигла 490 ГВт. При этом у Китай большие планы на развитие этого сектора. К концу текущего года планируется довести эти мощности до 550 ГВт, среди которых 330 ГВт будет приходится на гидростанции, 150 ГВт на ветростанции и 70 на солнечные. К 2020 году эти цифры увеличатся до 340/250/150 ГВт соответственно. Конечно же, на это потребует значительных инвестиций. Китайское правительство планирует влить в возобновляемую энергетику ~360 миллиардов долларов до 2020 года. На сколько серьезны эти планы можно видеть уже сейчас – только в этом году солнечных станций введено на 34.5 ГВт.

Можно и дальше продолжать приводить примеры, но тенденции ясны. Ведущие экономики мира переходят на новый базис и вполне возможно, что через 30-40 лет мировая экономика будет базироваться на принципиально других основах. Где место Украины в этом тренде?

Развитие ВИЭ в Украине систематически велось с начала 90-х. Как это происходило – тема отдельной статьи, в контексте данного материала важнее то, где мы сейчас находимся. Если коротко, то определённые успехи в этом направлении у нас есть.

По состоянию на середину прошлого года суммарная установленная мощность ВИЭ (за исключением крупных гидроэлектростанций) составляла 1028 МВт. В этом числе 453 МВт приходилось на солнечные станции, 426 МВт на ветровые, 118 МВт на малую гидроэнергетику и 31 МВт на биомассу. При этом общая установленная мощность украинской энергосистемы ~55,5 ГВт. Другими словами на долю ВИЭ приходится около 2% от всей установленной мощности. Если учесть 5900 МВт крупных гидроэлектростанций, то всего на долю возобновляемых источников придется около 12,5%.

Каковы планы? В декабре прошлого года был опубликован план развития отрасли до 2035 года. Этой стратегией предусматривается последовательное увеличение доли ВЭИ. Так, к 2020 году до 8%, а к 2035 году – до 25% общего количества необходимой первичной энергии. Цифра с одной стороны значительная, но с другой – сравните с планами других стран, которые приведены выше. Мы опять явно во втором эшелоне.

Подведем итоги. Переход к возобновляемым источникам энергии – устойчивая тенденция, которая набирает обороты последние два десятка лет. Даже в неблагоприятном сценарии доля вырабатываемой ВЭИ энергии прогнозируется на уровне ~40% уже к 2030 году и 55% к 2060 году. В благоприятном сценарии ВЭИ станут основой глобальной экономики уже через сорок лет. Насколько эти прогнозы сбудутся – будущее покажет, но те темпы, которыми ведущие экономики мира осуществляют «Большой транзит» не могут не впечатлять.

Источники :

1. «Нова енергетична стратегія України до 2035 року: безпека, енергоефективність, конкурентоспроможність». http://mpe.kmu.gov.ua/minugol/doccatalog/document?id=245213112

2. World Energy Scenarios, 2016, World Energy Council. https://www.worldenergy.org/wp-content/uploads/2016/10/World-Energy-Scenarios-2016_Full-Report.pdf

3. Renewables 2017 Global Status Report, 2017, REN21. http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2017/06/GSR2017_Full-Report.pdf

Введение

В современном мире существуют несколько глобальных проблем. Одна из них - истощение природных ресурсов. С каждой минутой в мире используется огромное количество нефти и газа для нужд человека. Поэтому возникает вопрос: на долго ли нам хватит этих ресурсов, если продолжать их использовать в таком же огромном объеме? По расчетам, запас нефтяных ресурсов планеты исчерпается к концу нынешнего столетия. То есть, нашим внукам и правнукам будет нечего использовать для получения энергии? Звучит пугающе. Также использование традиционных полезных ископаемых плохо влияет на экологическую обстановку мира. Поэтому, человечество сейчас все больше задумывается об альтернативных источниках получения энергии. В этом и состоит актуальность данной работы.

Объектом исследования данной работы являются возобновляемые источники энергии. Предмет исследования - возможности использования возобновляемых источников энергии.

Цель работы заключается в анализе возможности использования нетрадиционных энергоресурсов в России и мире.

Для достижения указанной цели необходимо решить ряд задач:

Рассмотреть классификацию возобновляемых источников энергии

Провести литературный обзор;

Рассмотреть виды ВИЭ и возможности их развития в мире и России;

В работе были использованы следующие методы исследования:

) описательный;

) логического анализа и синтеза;

) библиографический;

1. Возобновляемые энергоресурсы

1.1 Классификация возобновляемых источников энергии

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов. жизнедеятельности биоцентров растительного и животного происхождения Характерной особенностью ВИЭ является цикличность их возобновления, которая позволяет использовать эти ресурсы без временных ограничений.

Обычно, к возобновляемым источникам энергии относят энергию солнечного излучения, потоков воды, ветра, биомассы, тепловую энергию верхних слоев земной коры и океана.

ВИЭ можно классифицировать по видам энергии:

механическая энергия (энергия ветра и потоков воды);

тепловая и лучистая энергия (энергия солнечного излучения и тепла Земли);

химическая энергия (энергия, заключенная в биомассе).

Потенциальные возможности ВИЭ практически неограниченны, но несовершенство техники и технологии, отсутствие необходимых конструкционных и других материалов пока не позволяет широко вовлекать ВИЭ в энергетический баланс. Однако за последние годы в мире особенно заметен научно-технический прогресс в сооружении установок по использованию ВИЭ и в первую очередь: фотоэлектрических преобразований солнечной энергии, ветроэнергетических агрегатов и биомассы.

Целесообразность и масштабы использования возобновляемых источников энергии определяются в первую очередь их экономической эффективностью и конкурентоспособностью с традиционными энергетическими технологиями. Это объясняется несколькими причинами:

Неисчерпаемость ВИЭ;

Нет потребности в транспортировке;

ВИЭ - экологически выгодны и не загрязняют окружающую среду;

Отсутствие топливных затрат;

При определенных условиях, в малых автономных энергосистемах, ВИЭ могут оказаться экономически выгоднее, чем традиционные ресурсы;

Нет необходимости в использовании воды в производстве.

Также, к преимуществам перехода на «зеленую» энергетику относят устранение рисков, связанных с атомной энергетикой (возможность аварий, проблема захоронения радиоактивных отходов), уменьшение последствий возможного энергетического кризиса, сокращение затрат на невозобновляемые ресурсы, прежде всего нефть и газ, а также снижение выбросов парниковых газов. Таким образом, необходимость использования возобновляемых источников энергии определяется такими факторами:

исчерпание в ближайшем будущем разведанных запасов органического топлива;

загрязнением окружающей среды окисями азота и серы, углекислым газом, пылевидными остатками от сгорания добываемого топлива, радиоактивным загрязнением и тепловым перегревом при использовании ядерного топлива;

быстрым ростом потребности в электрической энергии, потребление которой может возрасти в несколько раз в ближайшие годы.

1.2 Ветроэнергетика

Энергия ветра уже более 6000 тысяч лет используется людьми.

Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II-I вв. до н. э. Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.

Начиная с XIII в., ветродвигатели получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды, размола зерна и приведения в движение различных станков.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырехлопастные роторы диаметром 23 м.

Однако в начале 19-20вв. НТП затормозил развитие ветроэнергетики. Полезные ископаемые, такие как нефть и газ, заменили ветер в качестве источника энергии. Но человечество такими темпами истощает природные ресурсы Земли, что вновь встает вопрос о возврате к истокам, т.е. к новому этапу развития ветровой энергетики.

Наиболее острый вопрос ветроэнергетики - экономическая эффективность ВЭУ. Очень важно выбрать правильное место для установки агрегатов. Для этого существуют специальные характеристики, позволяющие правильно подобрать местоположение. Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше) строятся оффшорные фермы. Башни ветрогенераторов устанавливают фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Также могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания.

Не стоит забывать, что производительность энергии зависит от 2 главных факторов: направления и скорости ветра.

Скорость ветра - главное препятствие развития ветровой энергетики. Ветер характеризуется не только многолетней и сезонной изменчивостью. Он может менять скорость и направление в течение очень коротких промежутков времени. Отчасти кратковременные колебания скорости ветра компенсируются самим ветроагрегатом, особенно на больших скоростях ветра, когда он начинает подтормаживать своё вращение (обычно, после 13-15 м/с). Однако более длительные изменения или снижение скорости ветра влияют на выработку ветроагрегата и всего ветропарка в целом. Но в современной ветроэнергетике этот недостаток сводится к минимуму тем, что ветромониторинг, начинающийся еще на предпроектной стадии, продолжает вестись и в дальнейшем. Накопленная база данных ветропотенциала позволяет прогнозировать выработку ветропарка уже на 2-м году его эксплуатации на 24 часа вперед с достаточно высокой для электрических сетей точностью.

Все ветровые установки можно разделить на 2 больших типа: с вертикальной осью вращения ротора и с горизонтальной.

Рисунок 1.1 Вертикально-осевая ветроэнергетическая установка Савониуса

Рисунок 1.2. Традиционная горизонтально-осевая ветряная установка

ВЭС с вертикальной осью вращения (на вертикальную ось «насажено» колесо, на котором закреплены «приемные поверхности» для ветра), в отличие от крыльчатых, могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения. Ветродвигатели этой группы тихоходны, поэтому не создают большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах, что позволяет применять простые электрические схемы без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Главными недостатками таких агрегатов является их малый период вращения и малый КПД по сравнению с горизонтальными ВЭС. К побочным действиям работы таких установок следует отнести наличие низкочастотных вибраций, возникающих за счет дисбаланса ротора.

Агрегаты с горизонтальной осью вращения являются традиционной компоновкой ветряков. В них используются лопасти, которые вращаются под действием ветрового потока. Система устанавливается в самое выгодное положение в потоке ветра с помощью крыла-стабилизатора. На мощных станциях, работающих на сеть, для этого используется электронная система управления рысканием. Недостатками такой системы являются высокий уровень шума, потеря в механической передаче энергии, снижение продолжительности эксплуатации оборудования. Также при сильных порывах ветра лопасти агрегаты могут получить значительные повреждения или, вовсе, сломаться.

Ветроэнергетический рынок - один из самых динамично развивающихся в мире. Его рост за 2009 год - 31%.До сих пор ветроэнергетика наиболее динамично развивалась в странах ЕС, но сегодня эта тенденция начинает меняться. Всплеск активности наблюдается в США и Канаде, в то время как в Азии и Южной Америке возникают новые рынки. В Азии, как в Индии, так и в Китае, в 2005 году зарегистрирован рекордный уровень роста.

В настоящее время промышленным производством ВУЭ занимается более 300 фирм. Наиболее развитую промышленность имеют Дания, Германия, США. Серийное производство ветроустановок развито в Нидерландах, Великобритании, Италии и других странах.

1.3 Гидроэнергетика

ветроэнергетика солнечный возобновляемый

Человек с давних пор использовал энергию воды и ее течения в своих нуждах. Поэтому история гидроэнергетики берет свое начало с древних времен: еще древние греки использовали водяные колеса для помола зерна. С течением времени технологии совершенствовались, и в 19 веке была изобретена первая водная турбина. Ее создали отдельно друг от друга 2 ученых: русский исследователь И. Сафонов в 1837 и французский ученый Фурнейрон в 1834 году. Однако изобретателем гидротурбины, можно даже сказать первой ГЭС, считается М. Доливо-Добровольский. Свое изобретение он продемонстрировал на выставке во Франкфурте. Оно состояло из генератора трехфазного тока, который вращала водяная турбина, а электричество, вырабатываемое ею, передавалось по 170 километровым проводам на всю территорию выставки. В настоящее время энергия воды составляет более 60 процентов от всех ВИЭ и является самой производительной из всех (КПД современных ГЭС составляет около 85-95%). После этого в мире начинается «гидроэнергетический бум».

Основными причинами столь бурного развития гидроэнергетики являются постоянное возобновление ресурсов круговоротом воды в природе и относительно простыми механизмами добычи самой энергии. Однако, зачастую, постройка и установка ГЭС очень трудоемкий и капиталоемкий процесс. Особенно это относится к сооружению плотин и накоплению огромных масс воды за ними. Также стоит отметить, что добыча гидроэнергии экологически чистый процесс. Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии.

Если описывать работу ГЭС, то ее принцип заключается в выработке энергии турбиной, вращаемой с помощью падающей с неопределенной высоты воды. Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Существуют разные конструкции гидротурбин, соответствующие разным скоростям течения и разным напорам воды, но все они имеют только два лопастных венца. Ось вращения турбины, рассчитанной на большой расход и малый напор, обычно располагают горизонтально. Такие турбины называют осевыми или пропеллерными. Во всех крупных осевых турбинах лопасти рабочего колеса могут поворачиваться в соответствии с изменениями напора, что особенно ценно в случае приливных ГЭС, всегда работающих в условиях переменного напора. Турбины устанавливаются в зависимости от напора водяного потока на ГЭС.

Гидравлическая энергия рек обусловлена проекцией силы тяжести на направление движения потока воды, которая определяется разностью уровней воды в начале и в конце рассматриваемого участка реки. При разности уровней Н [м] на длине участка / [м] и среднем расходе воды Q [м 3 /с], мощность водотока/* [Вт] составит:

P= сgQH= 9810QH (1)

где р - плотность воды, кг/м 3 ; g - ускорение свободного падения, м/с 2 .

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

Мощные - вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;

Средние - до 25 МВт;

Малые гидроэлектростанции - до 5 МВт.

Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

Существуют также гидроаккумулирующие электростанции. Они способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные моменты (времена не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины.

В гидроэлектрические станции, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.

В настоящее время лидерами по выработке гидроэнергии являются Норвегия, Китай, Канада, Россия. Лидером по количеству энергии воды на душу населения является Исландия.

1.4 Гелиоэнергетика

Солнце - один из самых источников излучения в нашей Вселенной. И поэтому не случайно энергия звезды все больше используется человеком для переработки в электричество. Действительно, излучение Солнца, доходящее до всей поверхности Земли, имеет колоссальную мощность 1,2*10 14 кВт. И иногда очень обидно, что огромная часть этой энергии пропадает зря, особенно если она по своему количеству в разы превосходит ресурсы всех остальных ВИЭ вместе взятых. Поэтому в последние годы все активнее развивается гелиоэнергетика, в которой используется солнечная радиация для получения электричества.

Первые зачатки гелиоэнергетики появились в середине 19 века. Первооткрывателями стали ученые Адамс и Дей, которые впервые провели эксперимент с твердотельными фотоэлектрическими элементами на основе селена. Однако прошло более 50-ти лет, чтобы их открытие переросло во что-то большее. Основой для создания первых солнечных батарей послужила разработка теории полупроводниковых материалов с p-n переходом. В этой методике используются атомы кремния. Суть всей технологии заключается в том, что при повышении температуры молекулы кремния за счет нагревания солнечной энергией, тепловые колебания кристаллической решетки приводят к разрыву некоторых валентных связей. В результате этого часть электронов, ранее участвовавших в образовании валентных связей, отщепляется и становится электронами проводимости. При наличии электрического поля они перемещаются против поля и образуют электрический ток.

В целом, поступление радиации на земную поверхность зависит от:

Географической широты;

Состояния атмосферы;

Климатических особенностей территории;

Высоты места приема над уровнем моря;

Высоты солнца над горизонтом и др.

Общее излучение, доходящее до Земли подразделяется на:

Прямое излучение, дошедшее до Земли;

Рассеянная радиация;

Противоизлучение атмосферы.

На основе этих величин составляется суммарный радиационный баланс земли, по которому определяются наиболее удачные места для расположения гелиостанций.

Классифицировать их можно по:

) Виду преобразования солнечной энергии в другие ее виды - тепло или электричество

) Концентрированию энергии - с концентраторами или без них
3) Технической сложности - простые и сложные

К простым установкам относят опреснители, нагреватели воды, сушилки, печные нагреватели ит.д.

К сложным относятся установки, которые преобразуют поступившую солнечную энергию в электрическую путем фотоэлектрических приборов.

Тепловые гелиостанции в основном используются для нагрева воды и воздуха. Также солнечное тепло используется для различных печей и зерносушек, а также в солнечных дистилляторах, которые могут вырабатывать чистейшую пресную воду.

В термоэлектрических преобразователях солнечная энергия используется для возникновения эффекта Зеебека. Он заключается в том, что если два различных проводника, соединенных последовательно, содержать в разных температурных средах, то в них появляется электродвижущая сила. Следовательно, вырабатывается ток. Солнечная радиация применяется для того, чтоб создать разность температур. Обычно, ею нагревается «горячий» проводник. Обычно, такие установки применяются как автономные источники питания.

Концентраторами солнечной энергии являются параболовидные агрегаты, сделанные обычно из стекла или полированного металла. Их значение заключается в том, чтобы «ловить» солнечные лучи и отражать их в солнечный коллектор.

Одним из лидеров использования солнечной энергии является Швейцария. В данный момент в стране эффективно развивается программа по строительству гелиостанций. Также идет тенденция на производство солнечных батарей, устанавливающихся на крыши зданий или как фасады. Такие установки могут компенсировать 50…70% энергии, затрачиваемой на производство

1.5 Энергия биомассы

К биомассе относятся все вещества органического происхождения.

Что же можно применить в качестве источника энергии?

1. Древесина. Уже многие тысячи лет человек использует дрова для получения тепла, приготовления пищи, освещения жилья. Да и до сих пор в мелких поселениях традиционно используется этот вид получения энергии. К сожалению это все приводит к одной из важнейших проблем мира - вырубки лесов. Однако эта задача решается с помощью использования энергии быстрорастущих деревьев, таких как тополь, ива и др.

2. Отстой сточных вод. Если вдуматься, то в использованных человеком водах таятся огромные запасы энергии. При отстаивании жидкости образуется огромное количество твердого вещества, которое при переработке анаэробными бактериями может содержать около 50% органического вещества. Однако существуют значительные трудности при переработке сточных вод. Главное из них - высушивание этих вод, так как на это тратится много тепла, которое по своим количественным характеристикам может превосходить теоретические значение энергии при полном сгорании отстоянного вещества. Также этот процесс не рентабелен с точки зрения экологии. Ведь при сгорании выделяется большое количество углекислого газа. Самым правильным вариантом в этом случае считается получение метана при помощи анаэробных бактерий. Но установки для этого весьма несовершенны, поэтому этот способ в современное время не получает большого размаха.

Отходы животноводства. Экскременты животных содержат высокое количество органического вещества, которые может использоваться для получения энергии. Однако так же, как и в случае со сточными водами, в навозе содержится большое количество влаги, поэтому его высушивание не выгодно. Тогда существует другой вариант - это анаэробное перегнивание. С помощью него получают метан, а оставшиеся вещества могут пойти на удобрения для почв. Но стоит помнить, что количество перерабатываемого вещества гораздо больше в более свежем навозе, поэтому, чтобы его переработка была экономически выгодна, нужны специальные постройки, позволяющие собирать все экскременты в одно место, не теряя его свежести.

Растительные остатки. После сбора урожая всегда остаются неиспользуемые части растений. Они представляют еще один источник энергии. В них содержится целлюлоза - углеродсодержащий углевод. Благодаря относительно небольшому количеству влаги в останках, при сжигании они выделяют много энергии. Ограничивающим фактором развития этого источника энергии является сезонность произрастания культур. Чтобы обеспечить круглогодичное использование останков растений, нужны специальные сооружения для их роста. Также немаловажными факторами являются потребность в перевозки к месту переработки и легкость сбора культур.

Пищевые отходы. Они тоже могут служить источником получения энергии. Особенно учитывая, что, например, в отходах фруктов содержится большее количество углеродсодержащих сахаров, чем в остатках зерновых культур, а в остатках мясных продуктов значительное количество протеина. Но наличие влаги затрудняет возможность получения энергии путем сгорания отходов. Поэтому целесообразней из них получать метан с помощью бактерий. Но тут появляется другая трудность: пищевые отходы с успехом используются в животноводстве. Поэтому этот источник практически не развивается в наше время. Исключение только составляют отходы в виде семян и шелухи, а также остатки от сахарного тростника. Например, в странах, где произрастает много тростника, его отходы идут на производство этанола, который при сжигании выделяет большое количество энергии. Самым ярким примером могут послужить Гавайские острова.

2. Состояние и перспективы возобновляемых природных источников энергии в мире и в России

2.1 Ветроэнергетика в мире и России

Установленная мощность ВУ в Европе в 1990 г. составляла 324 МВт, наибольшая часть в Дании. По оценкам экспертов мощность ВЭС к 2008 г. в Европе составит 4860 МВт. Главными производителями ВУ в Европе являются Дания, Великобритания, Германия и Бельгия. Дания является ведущей страной в мире по производству и экспорту ВУ, в том числе и в США. По неофициальным данным к 2010 г. в Дании за счет ВЭУ будет произведено до 10% вырабатываемой в стране электроэнергии.

В Германии к 2010г. общая мощность ВЭС по оценкам составит 500 МВт с выработкой 0,2% электропотребления страны. Лидером ветроэнергетики в Германии в последние годы является фирма «Enercon», выпустившая в 2000 году 27% всего объема продукции ветроэнергетики страны.

В Нидерландах освоение ВУ начато с 1976 г. Ветроэнергетической программой предусматривается увеличение действующих мощностей ВУ с 100... 150 МВт (1990 г.) до 1000 МВт (2008 г.), что позволит получить 4...7% от общего энергопотребления. Не стоят на месте голландские производители. Фирма «Enron Wind» установила в Швеции несколько ВЭУ собственного производства.

В Великобритании энергия ветра признана одним из перспективных источников. Правительственной программой по ветроэнергетике предусмотрено увеличить мощность ВЭУ к 2008 г. до 600 МВт, получить в 2008 г. за счет энергии ветра 10% потребляемой в стране электроэнергии, далее довести этот показатель до 20%.

Не отстают от Европы и азиатские страны. Например, в Индии было создано Министерство нетрадиционных источников энергии, которое осуществляет разработку отрасли в целом, планирование инвестиций и меры экономического развития. В настоящее время несколько крупных индийских компаний, таких как «Micon», «Vestas», «Zond» и другие заняты сборкой и производством ВЭУ.

Основу мировой ветровой энергетики составляют ВЭУ, работающие на сети энергосистем. Их доля составляет 99% от суммарной мощности действующего ветроэнергетического парка. Это объясняется тем, что для работы таких установок не требуются дополнительные источники питания.

Доля ВЭУ, применяемых в качестве автономных источников едва превышает 1%. Это объясняется тем, что автономные ВЭУ имеют малую мощность при большое цене. Также, на отдельные ВЭУ не распространяются налоговые льготы государств, поэтому это делает их нерентабельными.

В России допущено наибольшее отставание от передовых достижений зарубежных стран в области освоения ВИЭ именно в ветровой энергетике. В дореволюционной России действовало более 20 тысяч ветряных мельниц общей мощностью 1 млн.кВт.

В настоящее время в РФ выпускаются серийно только агрегаты типа АВЭЦ-6-4М мощностью 2...4 кВт. Кроме того, освоено мелкосерийное производство зарядных ВЭА мощностью 100...250 Вт и водоподъемные ВА с механическим приводом производительностью 1 м3/ч (воды). За последние годы (8 лет) введено в эксплуатацию около 10 тысяч ВУ такого типа. Оценка ресурсов ветроэнергетики показывает, что для энергетического использования пригодны около 8 млн.км2 территории, где среднегодовая скорость ветра превышает 5 м/с. Если использовать только 1% территории для размещения ВЭУ, то их установленная мощность может превысить 300 млн. кВт.

Тормозом развития, внедрения и широкомасштабного использования ветроэнергетики в России является целый ряд причин.

Основные из них - отсутствие государственной позиции и, как следствие, неопределенность государственных целей и приоритетов. До сих пор в стране не приняты общегосударственные и региональные программы развития ветроэнергетики и не созданы государственные органы управления на федеральном и региональном уровнях.

Законодательные барьеры обусловлены отсутствием законов и механизмов, регулирующих развитие и внедрение ВИЗ, а также нормативов, обеспечивающих свободный доступ независимых производителей к электросетям энергосистем.

Экономические барьеры связаны с отсутствием госфинансирования, низкой платежеспособностью населения и организаций, с отсутствием экономических стимулов для вложения инвестиций (налоговых льгот, льготных кредитов) и гарантий возврата вложенных средств.

Научно-технические и профессиональные барьеры обусловлены отсутствием по большинству видов ВИЭ готовых систем энергоснабжения и системы сертификации оборудования, неразвитостью инфраструктуры и ремонтно-эксплуатационной базы, отсутствием квалифицированных кадров, низким уровнем технологических разработок и научно-информационного сопровождения проектов.

Информационные барьеры связаны со слабой осведомленностью населения, руководства и общественности о возможностях, преимуществе и эффективности использования ВЭС и с отсутствием системы пропаганды в СМИ.

Существенным барьером для широкомасштабного внедрения ВЭС является необоснованное мнение об их экономической неэффективности, по крайней мере, в РФ с ее запасами органических, ядерных и водных энергоресурсов.

Но если посмотреть с другой стороны, то в нашей стране есть существенные предпосылки для развития этого вида энергетики, которые обусловлены:

· острой необходимостью обновления устаревших и выработавших ресурс энергетических мощностей страны (до 5% в год от суммарных генерирующих мощностей страны, составлявших к 2005 году около 217 ГВт);

· высокой технической и экономической конкурентоспособностью современных ВЭС с традиционными технологиями энергопроизводства на основе невозобновляемых видов топлива

· высоким уровнем развития ветроэнергетических технологий в мире и возможностями быстрого и эффективного их трансферта и использования в России

· богатейшим сухопутным и морским ветроэнергетическим потенциалом во многих регионах России, высоким уровнем его изученности, а также наличием эффективных отечественных методик быстрого и экономичного проведения технико-экономического обоснования ветроэнергетических проектов.

2.2 Состояние и перспективы мировой гидроэнергетики

Объем генерирующих мощностей ГЭС по всему миру неуклонно рос в среднем на 3 процента ежегодно в течение последних четырех десятилетий. Согласно последним данным специалистов Института политики Земли, в 2011 году ГЭС вырабатывали 3.5 трлн. киловатт-часов электричества. На гидроэнергетику пришлось около 16 процентов мирового производства электроэнергии. Почти все генерирующие мощности сконцентрированы на 45 000 с лишним крупных плотинах. Сегодня гидроэнергетика развита и широко используется в более чем 160 странах мира.

Сейчас крупнейшими производителями гидроэнергии в абсолютных значениях являются Китай, Канада, Бразилия, США и Россия. Однако абсолютный лидер по выработке гидроэнергии на душу населения - Исландия. Кроме нее, этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке - 98 процентов), Канаде и Швеции.

Стоит отметить, что в развитых странах Европы и Америки практически исчерпаны возможности для строительства новых ГЭС. Так что смело можно прогнозировать, что новые большие ГЭС будут строить в основном в Африке, Азии и Южной Америке, так как на других континентах, везде, где только можно построить большую ГЭС, они уже стоят.

Эти выводы подтверждаются тем, что крупнейшие ГЭС мира находятся именно в этих регионах. Так, именно в Азии, в Китае, располагается крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы. Мощность этой станции составляет 22,4 ГВт. Кроме того, в Китае ведется строительство крупнейшего по мощности каскада ГЭС. Вторая по величине гидроэлектростанция в мире называется «Итайпу» и стоит на реке Парана, на границе Бразилии и Парагвая. Ее мощность - 14 ГВт. Наконец, «тройку призеров» замыкает гидроэлектростанция имени Симона Боливара, или «Гури», в Венесуэле, на реке Карони. Ее мощность - 10,3 ГВт.

Однако все эти достижения инженерной мысли меркнут перед ГЭС «Гранд Инга». Эта гидроэлектростанция, мощность которой составит 39 ГВт, планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир). У «Гранд Инга» будут пятьдесят две гидротурбины по 750 МВт каждая, плотина высотой 150 метров, будет использоваться часть потока скоростью 26 400 кубометров в секунду. В случае успеха проекта «Гранд Инга» вдвое превзойдет «Три ущелья».

Но все это касается крупных станций. Не стоит забывать и о развитии малых ГЭС, которые по темпу своего развития могут поспорить с их «старшими собратьями». Хотя их удельная мощность не столь велика, все же они играют неоценимую роль в локальном обеспечении человека электричеством.

Строительство микро ГЭС имеет широкие перспективы развития в различных регионах мира с трансграничными речными бассейнами. Малая гидроэнергетика свободна от многих недостатков крупных ГЭС и признана одним из наиболее экономичных и экологически безопасных способов получения электроэнергии, особенно при использовании небольших водотоков.

Преимущества малых ГЭС над крупными:

эффективные технологии;

минимальные площади затопления и застройки;

местное и региональное развитие;

помощь в обслуживании речного бассейна;

электрификация сельских территорий;

небольшой срок окупаемости.

При строительстве и эксплуатации МГЭС сохраняется природный ландшафт, практически отсутствует нагрузка на экосистему. К преимуществам малой гидроэнергетики - по сравнению с электростанциями на ископаемом топливе - можно также отнести: низкую себестоимость электроэнергии и эксплуатационные затраты, относительно недорогую замену оборудования, более длительный срок службы ГЭС (40-50 лет), комплексное использование водных ресурсов (электроэнергетика, водоснабжение, мелиорация, охрана вод, рыбное хозяйство).

В настоящее время нет общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции. Однако во многих странах в качестве основной характеристики такой ГЭС принята ее установленная мощность. К малым, как правило, относятся ГЭС мощностью до 10 МВт (в некоторых странах до 50 МВт).

Традиционная гидроэнергетика будет продолжать расти по мере ввода в эксплуатацию объектов в Китае, Бразилии и других странах, в том числе в Эфиопии, Малайзии и Турции. Одновременно с этим существует огромный потенциал для развития нетрадиционной гидроэнергетики: приливных и волновых проектов, а также небольшого числа проектов, которые не потребуют строительства новых плотин.

Энергия волн также привлекает внимание инженеров и инвесторов. Компании во Франции, Шотландии, Швеции и других странах активно работают для захвата этого рынка. По оценкам Всемирного энергетического совета, во всем мире волновая энергия имеет потенциал для генерации 10000 ГВт - более чем вдвое выше генерирующих мощностей от всех видов современных источников во всем мире.

Гидроэнергетический потенциал рек России оценивается величиной 852 млрд. кВт/ ч. в год. Это так называемый экономический потенциал, пригодный для промышленного использования. По величине гидроэнергопотенциала Россия занимает 2-е место в мире, уступая только Китаю.

Распределение гидроэнергоресурсов по территории страны крайне неравномерно. На Европейскую часть России приходится 25%, на Сибирь 40% и 35% на Дальний Восток. В наиболее промышленно развитой части страны - Центре Европейской части, гидроэнергопотенциал использован практически полностью. Возможности развития гидроэнергетики в Европейской части имеются на Северо-западе и Северном Кавказе. В целом по Европейской части России использование гидроэнергопотенциала составляет около половины возможного.

Необходимо отметить, что в наиболее развитых странах мира процент использования гидроэнергетических ресурсов, как правило, существенно выше. Если же такие страны располагают существенным гидропотенциалом, то они практически полностью обеспечивают себя электроэнергией за счет ГЭС - Норвегия, Швейцария, Австрия и др. Пожалуй, нам нужно брать пример с Норвегии. Она является абсолютным мировым лидером по производству электроэнергии на душу населения - 24 000 кВт час в год, 99,6% из которых производится на ГЭС.

В России наиболее богатым гидроэнергоресурсами регионом является Сибирь. Здесь протекают крупнейшие реки России - Енисей, Ангара Лена и др. На сегодня гидроэнергоресурсы Сибири использованы на 20%. Здесь построены крупнейшие ГЭС России - Красноярская, Братская, Усть-Илимская, Саяно-Шушенская. На базе этих ГЭС возник мощный промышленно развитый регион, основу которого составили предприятия с энергоемкими производствами: металлургические, химические, лесоперерабатывающие и др.

Наименее освоены гидроэнергоресурсы Дальневосточного региона. Из крупных ГЭС здесь действуют только Зейская и Колымская ГЭС, заканчивается строительство Бурейской. Потенциал региона освоен только примерно на 4%.

Однако чтобы заполнить эти «недостатки», в умеренных темпах развивается строительство новых станций на всех пригодных территориях нашей страны. В ближайшие 5 лет планируется ввести наибольший объем мощностей ГЭС с помощью ряда строящихся установок: Бурейской ГЭС, Богучанской ГЭС, Усть-Среднеканской ГЭС, Светлинской ГЭС, Ирганайской ГЭС и др.

Смело можно сказать, что большинство станций находятся на стадии завершения строительства, а некоторые даже в настоящее время эксплуатируются.

Следующим этапом планирования должна стать среднесрочная перспектива, ориентированная на 2020 - 2030 годы. Здесь уже на первый план должны выйти соображения общегосударственного значения. Именно государство должно принять основополагающее решение - необходимо ли в данном регионе развитие энергетики или нет? Решение это должно приниматься с учетом всестороннего анализа условий существования региона - экономических, социально-политических, экологических и др. Если принято положительное решение, то есть развитие энергетики является безальтернативным, то далее в действие вступают механизмы выбора оптимальной структуры энергообеспечения. Это могут быть разные типы генерирующих мощностей, конфигурация линий электропередач и пр. Здесь уже могут быть задействованы рыночные методики сравнительной эффективности, позволяющие выделить наиболее экономически эффективные объекты из числа рассмотренных. Но формальные показатели абсолютной эффективности даже самого оптимального из них могут оказаться отрицательными. В этом случае надо говорить об общественной эффективности, которая будет получена не за счет продажи электроэнергии. Она определится развитием региона, повышением уровня жизни, созданием благоприятных условий жизни для населения и обеспечит прочие условия.

В России можно выделить определенные зоны предпочтительного развития гидроэнергетики. Это районы с наличием гидропотенциала, то есть рек с большими перепадами высот. В России так сложилось, что именно в таких местах экономика развита слабее, чем в равнинных районах центра европейской части, где неиспользованного гидропотенциала практически уже нет. Поэтому в ряде случаев возникает вопрос о целесообразности передачи энергии ГЭС, расположенных в малообитаемых и труднодоступных районах в экономически более развитые районы.

К числу таких проектов относится Эвенкийская ГЭС. Эта ГЭС мощностью 12 млн. кВт может быть построена в самом малонаселенном районе России, в Эвенкии, на реке Подкаменная Тунгуска. Энергию этой ГЭС в объеме 46 млрд. кВт/ч в год предполагается передавать в европейскую часть России и район Тюмени. В случае реализации эта ГЭС вошла бы в тройку крупнейших ГЭС мира.

Весьма перспективным для строительства ГЭС является район бассейна реки Амур. Если в основном русле реки строительство ГЭС проблематично из-за равнинной местности, то на ее притоках - реках Зея, Бурея, Шилка и др. могут быть построены ряд достаточно эффективных ГЭС.

В целом, можно сказать, что для России перспективы развития ГЭС огромны. Не стоит забывать, что мы обладаем одних из самых богатых водных ресурсов в мире. И не смотря на все трудности развития этой отрасли, нужно создавать определенные программы совершенствования столь важной отрасли, и заниматься этим должно государство, которое, все-таки, не столь пристально уделяет внимание своим прямым обязанностям.

2.4 Солнечная энергетика в мире и России

Каждый день на Землю поступает огромное количество энергии, которое может покрыть все потребности современного мира. Если бы человек научился получать хотя бы 0,5% этой энергии, то можно было покрыть все затраты мира в электричестве и тепле. Но из-за природных барьеров мы не можем этого сделать. Однако в некоторых странах гелиоэнергетика занимает одно из ведущих мест. Один из примеров - Швейцария. Созданная в стране программа «Солар-91» помогает расширять ареал действия гелиоэнергетики. В стране построено около 2500 солнечных фотоустановок, которые помогают решить энергетические и экологические проблемы государства.

Несмотря на относительное непостоянство солнечной энергии, ее «добыча» активно развивается в последние годы. В США построены 8 крупных электростанций модульного типа, мощностью около 470 МВт. Энергия от них идет на обеспечение штатов. Мощность произведенных фотоэлектрических преобразователей в мире достигает около 300 МВт в год. В настоящее время в мире работает более 1,5 млн. гелиоустановок теплового типа.

Разрабатывают и необычные проекты гелиостанций. Например, в Австралии принят план строительства солнечной башни, высотой 1 км. У подножия будет располагаться огромная семикилометровая в диаметре теплица. Воздух, нагретый в теплице, будет идти по трубам, вращая ветродвигатели. Мощность такой станции оценивается в 200 МВт, а стоимость в 300 млрд. $.

Таким образом, гелиоэнергетика постепенно получает одно из приоритетных мест в энергетическом развитии многих стран. Государства, в свою очередь, принимают законы, которые оказывают существенную поддержку развитию данной отрасли. Без принятия таких законов развитие солнечной энергетики гасло бы на начальных стадиях развития.

В России практическое использование солнечной энергии крайне ограничено, несмотря на широкие исследования, которые проводились и проводятся в этом направлении. В стране существует лишь несколько производств солнечных модулей, которые являются основой солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ) различных типов, и очень ограниченный сегмент потребителей, готовых приобретать СФЭУ. Осведомленность о существовании и возможностях солнечной энергетики находится на низком уровне, отсутствуют законодательные нормы, поддерживающие производство и использование СФЭУ.

Сегодня возникает одновременно целый ряд проектов по созданию и развитию производства СФЭУ в России. Проект строительства завода по производству солнечных модулей на базе передовой тонкопленочной технологии в Чувашской Республике (г. Новочебоксарск), реализуемый компанией «Хевел».

Российская Федерация обладает огромным потенциалом использования солнечной энергии. Регионы юга России, Дальнего Востока и Забайкалья отличаются высоким уровнем солнечной радиации, сравнимым с южными регионами Европы, где солнечная энергетика уже получила интенсивное развитие.

К факторам, которые в различной степени влияют на развитие отрасли в РФ можно отнести:

Климатические условия. Не стоит забывать, что значительная часть нашей страны располагается в северных широтах, где значение инсоляции очень мало.

Государственная поддержка. Наличие законодательно установленных экономических стимулов к развитию солнечной энергетики оказывает решающее значение на ее развитие. Среди видов государственной поддержки, успешно применяющихся в ряде стран Европы и США, можно выделить: льготный тариф для СЭС, субсидии на строительство СЭС, различные варианты налоговых льгот, компенсация части расходов по обслуживанию кредитов на приобретение СФЭУ.

Стоимость СФЭУ. Сегодня солнечные электростанции являются одними из наиболее дорогих используемых технологий производства электроэнергии. Однако по мере снижения стоимости 1 кВт/ч выработанной электроэнергии солнечная энергетика становится конкурентоспособной. От снижения стоимости 1Вт зависит спрос на установки. Снижение стоимости достигается за счет повышения КПД, снижения технологических затрат и снижения рентабельности производства.

Экологические нормы. На рынок солнечной энергетики положительно может повлиять ужесточение экологических ограничений и штрафов. Совершенствование этих механизмов может дать новый экономический стимул для рынка СФЭУ.

Важным фактором развития СЭ является сравнение себестоимости электроэнергии, полученной от СФЭУ, со стоимостью электроэнергии, полученной из традиционных источников. Показателем перспективности СЭ, а соответственно и экономической целесообразности применения СФЭУ, в регионе является достижение равенства этих стоимостей.

В итоге можно сказать, что нам есть, куда расти. Гелиоэнергетический потенциал нашего государства велик, нужно только с умом подойти к развитию данной отрасли энергетики.

2.5 Развитие биоэнергетики в мире и России

Один из наиболее перспективных видов возобновляемого энергетического сырья в России и мире является биомасса. Пока же её ресурс задействован в очень небольшой степени. Однако, по факту, около 10% всего топлива в мире приходится на древесину. С одной стороны, это успех в развитии ВИЭ. Но с другой стороны, количество потребляемой древесины превосходит ее ежегодный прирост. Также древесные ресурсы используются крайне не продуктивно. Ведь около 50% сырья идет на отходы. Это одна из главных проблем, над которыми следует призадуматься.

В США действуют правительственные программы поддержки роста интенсивности лесного хозяйства. Лесничие штатов помогают частным владельцам в вопросах многостороннего использования леса, используются прямые субсидии на развитие биоэнергетики. Уровень субсидий на переработку неделовой древесины в США таков, что фактическая себестоимость производства топливных гранул составляет всего 3 доллара против 40-50 долларов в России.

Среди разных видов биотоплива в последние годы большим вниманием пользуется древесный уголь. Возможно многофункциональное использование этого продукта - в качестве топлива, сорбента, исходного сырья для производства кристаллического кремния и материала, повышающего плодородие почв.

Об эффективности внесения древесного угля в почву заговорили несколько лет назад. Этот уголь получил наименование «биочар», применение которого уже называют новой «зеленой революцией», которая может спасти человечество от вновь надвигающегося голода. В России эксперименты с биочаром проводили ещё в середине XX века, и они доказали его эффективность, но пока наша страна остаётся в стороне от развития производства этого продукта.

Также спросом в мире пользуется торфяное топливо. Оно экологически чище угля и топочного мазута. В выбросах котельных, работающих на торфяном топливе, содержится значительно меньше диоксида серы, основной причины образования и выпадения кислотных дождей, и более чем в 10 раз меньше других вредных выбросов. Торфяная топливная продукции может производиться в виде фрезерной крошки, кускового торфа, брикетов, пеллеты, формованного заводского топлива. Вид продукции, получаемой из торфа, зависит от сырьевой базы и от требований к сжиганию топлива. Кроме того, организация добычи и переработки торфа - легко диверсифицируемое производство.

В последние двадцать лет торфяная промышленность России переживала резкий спад: в 1991 году общее производство продукции из торфа составляло 1,3 млн. тонн, но к 2005 г. оно сократилось до 7 тыс. тонн - почти в 200 раз. Однако, в последние пять лет, обозначилась смена тенденции, и к 2010 году общий объем продукции уже превысил 70 тыс. тонн. В развитии торфяной отрасли инициатива на данный момент принадлежит Кировской, Ивановской, Псковской, Владимирской областям, где торф используется, главным образом, как местный энергетический ресурс. Большой интерес представляет также использование топливных брикетов. Это спрессованный под высоким давлением растительный материал (опилки, торф, солома), который, в результате прессования, приобретает улучшенные свойства.

К сожалению, у использования биомассы в качестве топлива есть свои преграды. Как и в случае с ископаемым топливом, сжигание вызывает образование CO 2 . Однако ископаемое топливо выделяет CO 2 миллионы лет, создавая его избыток в атмосфере. В противоположность, углекислый газ, выделяемый биомассой при сжигании, поглощается растениями. Биотопливо считается "углеродно-нейтральным" и пока оно только позволяет сократить выбросы вредных веществ в атмосферу.

В будущем биомассы могут заменить нефть, газ и уголь во многих областях. Правительства различных стран будут финансировать исследования в области развития биотоплива. Среди вещей, которые предстоит усовершенствовать, - фабрики по очистке биомассы. Такие фабрики будут принимать различные виды биотоплива и создавать постоянный запас для использования в различных областях промышленности. На одной из рафинадных фабрик в качестве основы для ферментации используются сахар в виде целлюлозы и лигнин из растений, в результате получается этанол. В качестве биотоплива может использоваться дерево и различные виды трав. На других рафинадных заводах для стандартизации биомассы используется термохимический подход, превращающий массу в более эффективные жидность или газ.

Исследователи видят будущее биомассы в замене нефти, как источника многих химикатов, используемых в современном мире. Вещи из пластика, краски и клеи можно производить не из нефтепродуктов, а из биомассы.

Подводя итог, можно сказать, что в мире активно ищут способы для получения биоэнергии. Надо признать, что не во всех странах это происходит. Одним из главных факторов торможения является не обеспеченность поддержкой государства развития данной отрасли. Не во всех странах правительство поощряет инициативу в пользу биоэнергетики. Поэтому нужно находить способы расширения отрасли на государственном уровне.

Заключение

В данной работе были рассмотрены виды возобновляемых источников энергии, их классификация и возможности развития в мире и России.

Проведенная работа включала несколько этапов:

На первом этапе был проведен обзор литературных источников в области нетрадиционной энергетики.

На втором этапе были рассмотрены виды и структура ВИЭ, их классификация и тенденции развития.

На третьем этапе был проведен анализ перспектив использования ВИЭ в мире и России.

Таким образом, развитие ВИЭ в мире представляется актуальным и перспективным проектом. Во-первых, развитие и использование ВИЭ благоприятно влияют на экологическую обстановку в мире, которая в последнее время «хромает». Во-вторых, в будущем нехватка традиционных ресурсов может сильно сказаться на рынке, возможно, будет мировой энергетический кризис, поэтому очень важно начать сейчас развивать нетрадиционные источники энергии, чтобы через несколько десятков лет, а может быть и меньше, не допустить экономического коллапса.

Список использованной литературы

1. Биомасса как источник энергии: Пер. с англ. / Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М.: Мир, 1985.- 368 с.

2. Благородов В.Н. Проблемы и перспективы использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии / В. Благородов // Энергетик. - 1999. - №4. - С. 2.

Бринкман, Энди. Физические проблемы экологии / Э. Бринкман; пер. с англ. А.Д. Калашникова; доп. В.В. Тетельмина. - Долгопрудный: Интеллект, 2012. - 287 с.

Ветроэнергетика / Под ред. Д. де Рензо: Пер. с англ.; под ред. Я.И. Шефтера. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 272 с.

Гидроэнергетика: Учебник для студентов высших учебных заведений / В.И. Обрезков, Н.К. Малинин, Л.А. Кароль [и др.].; Под ред. В.И. Обрезкова. - М.: Энергоиздат, 1981. - 608 с.

Городов Р.В. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С.Матвеев. - 1-е изд. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 294 с.

Инновационные технологии производства биотоплива второго поколения: научное издание / В.Ф. Федоров и др.; М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации. - М.: Росинформагротех, 2009. - 67 с.

Лукутин Б.В. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении / Б.В. Лукутин, О.А. Суржикова., Е.Б. Шандрова. - М.: Энергоатомиздат, 2008. - 231 с.

Сибибкин М.Ю. Технология энергесбережения: учебник для студентов учреждений сред. проф. образования, обучающихся по группе специальностей «Машиностроение» / М.Ю. Сибибкин, Ю.Д. Сибибкин. - 2-е изд., перераб. и. доп. - М.: Форум, 2010. - 351 с.

Сибикин Ю.Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. - М.: КноРус, 2010. - 227 с.

Тарасов, А. Стимулирование освоения нетрадиционных возобновляемых источников энергии: мировые тенденции и Россия / А. Тарасов. // Экономические науки. - 2009.-№5. - С. 176 - 178.

Ушаков В.Г. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: Учеб. пособие для энерг. и технол. спец. вузов / Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 1994. - 120 с.

В этой статье мы расскажем про перспективы и главные барьеры для развития возобновляемых источников энергии в России и за рубежом, а также о возможных путях их преодоления.
Почти каждый деньв прессе появляются сообщения, рассказывающие о новых рекордных прорывах, которые сделаны в альтернативной энергетике. Но столь впечатляющие темпы роста можно во многом объяснить низкой базой, с которой отрасли стартуют, а интерес к этой теме активно подогревается тем, что «зеленая революция» в промышленности и энергетике давно уже стала глобальным мейнстримом. В то же время, рассуждая о настоящих перспективах возобновляемой энергетики, приходится всегда учитывать некоторые ограничения.

Ограничения для «зеленой» генерации

Известен, к примеру, так называемый «германский парадокс». Добиваясь рекордных показателей по наращиванию доли возобновляемых источников энергии в своем энергобалансе, Германия в течение многих лет продолжает оставаться лидером среди стран Евросоюза по выбросам в атмосферу CO2. Немцы,закрывая последовательно атомные электростанции, принялись наращивать импорт угля из России для того, чтобы восполнить недостающую электроэнергию. Образовалась парадоксальная ситуация: стремясь максимально «озеленить» свою энергетику, Германия, наоборот, увеличивала «грязную» угольную генерацию.

Даже в Дании, планирующей к 2050 году перейти полностью на возобновляемую энергетику, все равно продолжаются споры об экономической эффективности в долгосрочной перспективе возобновляемых источников энергии. И можно понять скептиков. В последнее время слишком много можно назвать громких примеров так и не реализовавшихся проектов, которые связаны с возобновляемой энергией.

К примеру, «солнечный гигант» SunEdison (США) был крупнейшей компанией в сфере солнечной энергетики с капитализацией десять миллиардов долларов, но не справилсяс долговыми обязательствами и был вынужден объявить о банкротстве. Еще одна американская компания Aquion Energy, разрабатывавшая для хранения «зеленой» энергии аккумуляторные батареи, в настоящее время распродается по частям и была вынуждена сократить почти весь свой R&D-персонал.

Одним из главных минусов возобновляемых источников энергии является зависимость от экстернальных факторов (наличия солнечных излучений непосредственно ветра и так далее) и нестабильность выработки электроэнергии. Компенсировать перепады, которые возникают, опять же приходится за счет базовой генерации. Решить данную фундаментальную проблему могут позволить технологии, которые связаны с накоплением и хранением энергии возобновляемых источников энергии. Именно создание промышленных накопителей, которые могут аккумулировать очень большие объемы энергии, даст возможность осуществить окончательный и тотальный переход на «зеленую» энергетику.

Накопители энергии

Пока еще не произошло настоящего прорыва в данном направлении. Хотя имеющиеся разработки, находящиеся преимущественно на уровне стартапов, ведутся активно уже не один год.
К примеру, резидент «Сколково» компания WattsBattery создала промышленный образец модульной системы для накопления электроэнергии. Как сообщают разработчики, это мощная батарейка, способная заряжаться от ветра, солнца, или сети и способная снабжать электроэнергией коммерческие здания и частные домовладения. Причем портативная система уже практичнски готова к серийным продажам. Персональную электростанцию Wattsбыла успешно опробовали в этом году во время рекордного полета на воздушном шаре Федора Конюхова. На пятьдесят пять часов полета хватило только одной батарейки, она подавала электричество бесперебойно и даже при температуре минус двадцать пять градусов.

Первое же в России производство высокоэффективных накопителей энергии было запущено в этом году в подмосковных Химках. Если современные литий-ионные аккумуляторы отдают только около 60% электроэнергии, которая была затрачена на их зарядку, то у суперконденсаторов данный показатель превышает 90%. Компания «ТЭЭМП» собирается выпускать в годдо двухсот тысяч суперконденсаторных ячеек. Эти модули уже смогли пройти успешные пилотные испытания в общественном транспорте, на железной дороге и в авиации.

В новосибирском Академгородке компания «Энергозапас» реализует проект по созданию твердотельной аккумулирующей электростанции (ТАЭС), разрабатывая гравитационные накопители энергии на твердых грузах. Причем в качестве груза они используют упакованный грунт. Строительство первой опытно-промышленной электростанции запланировано в 2019 году.

Не отстают от глобальных технологических трендов и наши крупные корпорации и компании, ведущие свои исследования в области разработок уникальных моделей накопителей энергии. Созданием супераккумулятора,который способен работать в промышленных масштабах, занимается, к примеру, Росатом. А «Камаз» и МОЭСК подписали этим летом соглашение о создании передвижного мобильного накопителя на базе грузового электромобиля. На мировом рынке такого рода решения еще были не представлены. Реализация данного проекта даст возможность не только предложить эффективную замену дизель-генераторным установкам, но и будет способствовать развитию в России зарядной инфраструктуры для электромобильного транспорта.

По данным отчетов аналитической компании NavigantResearch, годовой объем мирового рынка накопителей электроэнергии составит в 2025 году около восьмидесяти трехмиллиардов долларов (ежегодные темпы роста - до 60%). Причем почти треть от этого объема будет приходиться на коммерческие и промышленные предприятия, промышленное оборудование, домохозяйства.

Размер российского рынка накопителей, по разным оценкам, может составить от 3 миллиардов долларов до 8 миллиардов долларовдолларов в год. Именно поэтому поддержка формирования в России новой высокотехнологичной отрасли, которая связана с системами хранения энергии и их компонентов, сегодня является очень важной задачей. При этом одним из главных драйверов роста спроса на системы хранения энергии будет увеличение числа «цифровых» производств с повышенными требованиями к качеству электроэнергии.

В России уже есть определенный научно-технический задел по таким направлениям, как суперконденсаторы, гидроаккумулирующие электростанции, литий-ионные аккумуляторы, лифты твердых грузов, маховики. Вместе с этим надо последовательно повышать уровень локализации и наращивать инжиниринговые компетенции и по другим компонентам, которые представлены на рынке пока только в зарубежном исполнении (пневматические системы, термические накопители, воздушно-цинковые аккумуляторы и так далее).

Основные эффекты от применения накопителей энергии в промышленности совершенно очевидны - это снижение потерь от остановки производственной деятельности при перебоях с энергоснабжением, уменьшение стоимости тех присоединения и самой электроэнергии, экономия на расходе топлива и обслуживании дизель-генераторов, развитие соответствующих смежных отраслей. Эффект от создания новой высокотехнологичной отрасли промышленности, обеспечивающей импортозамещение, оценивается в семь-восемьмиллиардов рублей выручки в год при уровне локализации в 50%.

Возобновляемые источники энергии в удаленных регионах

В глобальном масштабе объемы ввода генерации на основе возобновляемых источников энергии в России пока что довольно скромные. Совокупная мощность возобновляемых источников энергии в стране составляет примерно 53,5 ГВт, а без учета гидроэнергетики этот показатель не превышает 2,5 ГВт. Но у каждой технологии своя страновая специфика. И в плане развития альтернативной энергетики Россия обладает одним неоспоримым преимуществом - своей территорией.
Наиболее логичным является использование возобновляемых источников энергии именно в удаленных или энергодефицитных районах, испытывающих зависимость от малоэффективных дизельных генераторов. В стране насчитывается примерносто тысяч изолированных поселений, организовать в которых централизованное энергоснабжение или почти невозможно, или очень дорого.

Так, в селе Менза Забайкальского края была запущена в этом году первая автономная гибридная энергоустановка, состоящая из солнечных модулей, дизельных генераторов и накопителя энергии. Только в Забайкалье более 20 населенных пунктов нуждаются сегодня в стабильном энергоснабжении. Именно в такие районы и должны внедряться лучшие технологии и решения в области альтернативной энергетики.

Аналогичным образом решаются и проблемы энергообеспечения в Арктике. Отечественная промышленность разрабатывает высокотехнологичные решения для развития возобновляемых источников энергии в труднодоступных регионах. Например, компания «ЭлеСи» и специалисты Томского политехнического университета создают «умный» энергокомплекс, способный получать энергию сразу из нескольких источников - солнца, ветра, дизель-генераторов, микро-ГЭС. Установка оснащена солнечной панелью и ветрогенераторами различных видов, которые можно использовать как по отдельности, так и в комплексе. Технология адаптирована для работы в экстремальных условиях и окажется полезной для любых мест, где требуются автономные источники энергии - от крайнего севера до южных пустынь.
В России могут эффективно использоваться и другие перспективные направления альтернативной энергетики. Разумеется, исходя из экономической целесообразности и с учетом региональной специфики.

Например, в Мурманской области по-прежнему действует сооруженная еще в 1960-х годах Кислогубская приливная электростанция мощностью 1,7 МВт. Проекты такого рода выгодно развивать, например, на берегах Охотского моря, где наблюдаются самые высокие приливы в стране. А Камчатка теоретически может стать «российской Исландией» ввиду того, что высочайшая активность термальных вод позволит развивать там строительство геотермальных станций. Главный вопрос тут в решении технологических барьеров.

Еще одним направлением альтернативной энергетики является производство пеллет - топливных гранул из отходов лесной промышленности (в Минпромторге их относят к возобновляемым источникам энергии. - Forbes). Например, в перечень комплексных инвестиционных проектов, получивших государственную поддержку, вошел проект компании «Бионет». В Архангельской области был построен завод по созданию промышленных пеллет мощностью 150 тысяч тонн в год. В феврале 2017 года состоялась первая отгрузка топливных пеллет в Европу для их последующего сжигания в ТЭЦ Парижа.

Роль России на мировом рынке возобновляемых источников энергии

Мировыми лидерами в области энергетического машиностроения в целом по-прежнему остаются США, Германия, Япония, Франция, Италия. Очевидно, что конкурировать с ними на глобальном рынке Россия в обозримой перспективе не может, как и полностью импортозаместить зарубежные решения и технологии. Рынок уже поделен, и основную долю в его структуре в ближайшие годы будут по-прежнему занимать крупнейшие зарубежные компании.

Поэтому главная на сегодня цель - это встраивание российских компаний в глобальные цепочки, сотрудничество с мировыми лидерами, трансфер технологий и дальнейшая локализация производства отсутствующего в России оборудования, в том числе для проектов в сфере альтернативной энергетики.
Активное развитие в последние годы секторов возобновляемых источников энергии позволило подключить к развитию возобновляемой энергетики большое количество отечественных машиностроительных, металлообрабатывающих и электротехнических предприятий. И с каждым годом уровень локализации ключевого оборудования для возобновляемой энергетики будет расти, формируя таким образом новые высокотехнологичные отрасли отечественной промышленности.

В XXI веке промышленность набирает небывалые обороты. Промышленное производство потребляет около 90–93% всей мировой энергии. Повышение общей энергетической эффективности – одно из приоритетных направлений политики Российской Федерации.

В связи с этим возобновляемые источники энергии (ВИЭ) в России начали набирать всё большую популярность. Так ли необходим государству переход к альтернативной энергетике? Обязательна ли политика энергосбережения? Какую пользу принесут эти изменения? Обо всём по порядку.

Старые пути получения энергии – почему они более не востребованы?

Промышленность и энергетика – две тесно связанные между собою отрасли. Чтобы обеспечивать работу крупных и мелких предприятий, а также организовывать транспортные грузоперевозки, необходимо подключиться к мощнейшим источникам электрической энергии. В жизни без неё, кстати, тоже никуда.

От электросетей питаются:

• освещение дорог и автомагистралей;
• теле- и радиостанции;
• жилые, рабочие, торговые кварталы;
• стационарные и частные заведения;
• обслуживающие предприятия.

Таким образом, электроэнергия окружает человека со всех сторон. Но как её получают? В городские сети энергия поступает, в основном, с тепловых (ТЭС), водяных (ГЭС) и ядерных электростанций. Они являются представителями традиционной топливной энергетики.

В качестве источников энергии на таких станциях выступает природное топливо:

• уголь,
• торф;
• нефть;
• радиоактивные руды (уран, плутоний).

Энергопреобразующие станции устроены примитивно, зато их КПД свидетельствует об их эффективности:

1. Российские ТЭС работают благодаря сжиганию горючего топлива. Мощная химическая энергия, которая высвобождается в процессе горения, преобразуется в электрическую. Максимальный КПД – около 35%.
2. Схожим способом работают атомные электростанции. В России для обеспечения их работоспособности используют урановые руды или плутоний. При распаде ядер этих радиоактивных материалов выделяется энергия, которую впоследствии преобразуют в тепловую и электрическую. Наивысший показатель КПД – 44%.
3. В случаях с гидроэлектростанциями энергия добывается из мощных водных потоков. Огромные массы воды поступают на гидротурбины и приводят их в движение. Так генерируется электроэнергия. КПД – до 92%.
4. ГТЭС – газотурбинные станции – относительно новые установки, генерирующие сразу и электрическую, и тепловую энергию. Максимальный КПД – 46%.

Почему же традиционная энергетика, в основе которой лежит использование нефтепродуктов и радиоактивных элементов, не поощряется специалистами?

Основы альтернативной энергетики и использования ВИЭ

Возобновляемая энергетика использует для своих нужд энергию:

• ветра;
• малых речных потоков;
• солнца;
• геотермальных источников;
• приливов и отливов.

Обратите внимание: на сегодняшний день под возобновляемую энергетику в России отводится всего около 2–3% от общего энергобаланса страны.

Россия стремится к переходу на использование альтернативных источников энергии. Вот как развивается эта отрасль энергетики в государстве:

Из приведённых в списке данных видно, что ВИЭ на территории России набирают обороты и медленно, но верно развиваются. Однако страна всё ещё отстаёт от мировых лидеров по использованию ВИЭ.

Недостатки системы ВИЭ

По расчётам учёных, использование ВИЭ в России на сегодняшний день должно было составлять около 15–18%. Эти оптимистические прогнозы не сбылись. Почему же обещанное не сбылось?

Большое влияние здесь имели такие недостатки системы ВИЭ:

1. Сравнительная дороговизна производства.В то время как добыча традиционных ископаемых уже давно себя окупила, сооружение нового оборудования под стандарты альтернативной энергетики требует огромных инвестиций. Пока что инвесторы не заинтересованы совершать крупные вложения, отдача от которых будет минимальной. Предпринимателям выгоднее открывать новые месторождения нефти и газа, а не тратить деньги «на ветер».
2. Слабая законодательная база в Российской Федерации.Мировые учёные уверены, что направление развитию альтернативной энергетики задаёт государство. Правительственные органы формируют надлежащую базу и этим оказывают поддержку. Например, во многих странах Европы введены налоги на выброс СО₂ в атмосферу. В этих странах общий процент использования ВИЭ достигает от 20 до 40%.
3. Потребительский фактор.Тарифы на энергию, произведённую ВИЭ, выше традиционных в 3–3,5 раз. Современный человек работает над своим благосостоянием и хочет получать максимальный результат при минимальных затратах. Ментальность людей изменить сложнее всего. Ни крупные бизнесмены, ни простые обыватели не хотят переплачивать за альтернативную энергию, пусть даже от этого зависит будущее планеты.
4. Непостоянство системы.Природа переменчива. Эффективность разных видов ВИЭ зависит от сезонных и погодных условий. Солнечные элементы не будут производить энергию в пасмурный день. Ветрогенераторы не работают в штиль. До сих пор человеку не удаётся побороть сезонность ВИЭ.

Для успешного развития российской возобновляемой энергетике не хватает потенциала и поддержки. В связи с этим русские энергетики уверены, что в обозримом будущем ВИЭ будут использоваться лишь в качестве подспорья традиционному топливу.

Необходимость перехода к ВИЭ

С точки зрения таких наук, как биология и экология, переход к альтернативной энергетике является лучшим вариантом развития событий как для человека, так и для природы.

Дело в том, что применение не возобновляемых источников энергии (нефтепродуктов) в промышленных масштабах – мощный вредоносный фактор для экосистемы Земли. И вот почему:

1. Запасы топлива не безграничны.Газ, уголь, торф и нефть добываются человеком из недр Земли. Россия богата на месторождения этих полезных ресурсов. Однако, как бы ни была огромна площадь добычи, рано или поздно все источники себя исчерпают.
2. Добыча ископаемых модифицирует все системы планеты.Из-за ресурсодобывающей деятельности человека меняется рельеф, в земной коре образуются пустоты, карьеры.
3. Работа электростанций меняет свойства атмосферы.Меняется состав воздуха, увеличивается выброс парникового газа СО₂, образуются озоновые дыры.
4. ГЭС вредят рекам.В результате деятельности ГЭС разрушаются поймы рек, затопляются близлежащие территории.

Эти факторы являются причинами катаклизмов и природных бедствий. В свою очередь, альтернативная энергетика обладает такими преимуществами:

1. Экологически чистая.При использовании возобновляемых источников исключается выброс вредных веществ и парниковых газов в атмосферу. Не страдают ни литосфера, ни гидросфера, ни биосфера. Запасы ВИЭ практически бесконечны. С физической точки зрения, они исчерпаются, когда нашей планеты не станет. Но пока Земля существует в космосе, на ней будут дуть ветры и течь реки, совершаться приливы и отливы. В конце концов, будет светить Солнце.
2. Совершенно безопасна для человека.Никаких вредных выбросов.
3. Эффективна в удалённых районах, куда вести централизованное энергообеспечение не представляется возможным.Возобновляемые источники энергии в России могут обеспечить человеку светлое, экологически чистое будущее.

Глобальный взгляд: почему в России переход на ВИЭ не осуществится?

Специалисты данной области уверены, что для перехода на возобновляемые источники энергии в России необходимо устранить большое количество препятствий, ибо горючее и ядерное топливо отлично справляются со своими главными задачами.

Традиционная топливная энергетика обладает рядом несомненных преимуществ, т. к. она:

1. Сравнительно дешёвая.Добыча ископаемого топлива уже «поставлена на конвейер». Человечество занимается этим несколько десятков лет подряд. За такой продолжительный срок было изобретено эффективное оборудование, которое широко используется в добывающей отрасли. Разработка месторождений угля, нефти и природного газа больше не стоит так дорого. У современного человека есть опыт в данной отрасли, так что людям намного проще «идти по накатанной», чем искать новые пути добычи энергии. «Зачем изобретать то, что у нас уже есть?» – вот так мыслит человечество.
2. Общедоступная.В связи с тем, что добыча горючих ископаемых ведётся на протяжении многих лет, все затраты, отведённые на эту деятельность, уже покрыты. Стоимость оборудования для топливной энергетики сполна окупилась. Техобслуживание не затратное. Плюс ко всему, энергодобывающие компании являются стабильным источником рабочих мест. Все эти факторы играют на руку традиционной энергетике, в связи с чем она становится всё популярнее.
3. Удобная в использовании.Добыча топлива и производство энергии цикличны и стабильны. Людям остаётся лишь поддерживать функционирование этой системы, и тогда она будет давать хорошие доходы.
4. Востребованная.В энергетической отрасли решающим фактором выступает экономическая целесообразность. Востребовано то, что дешевле и практичнее. А пока что эти черты не присущи альтернативным источникам.

Все перечисленные преимущества топливной энергетики делают её фавориткой мирового производства. Пока она не требует безвозвратных финансовых вложений и приносит большие доходы, она будет конкурентом для ВИЭ.

Наравне с достоинствами топливного производства стоят недостатки применения возобновляемых источников энергии.

Если изучить представленные выше списки, становится ясно, что топливная энергетика более перспективна, в то время как альтернативная лишь пытается «встать на ноги», и для её развития необходимо преодолеть множество препятствий.

Заключение

Альтернативная энергетика всё ещё несовершенна, а потому не пользуется широким спросом. Однако уже сегодня специалисты в данной области понимают, что именно за использованием ВИЭ стоит перспективное будущее России. Поэтому весь научный потенциал государства направлен на решение проблем, связанных с ВИЭ, и устранение основных недостатков альтернативной энергетики.