Альтернативные источники энергии и их использование в России
Оглавление
Введение 3
Классификация альтернативных источников энергии 4
Альтернативные источники энергии и возможности их использования в России 8
Энергия ветра (ветровая энергетика) 8
Малая гидроэнергетика 9
Солнечная энергия 12
Энергия биомассы 14
Геотермальная энергия 17
Энергетические ресурсы морей и океанов 19
Политика России в области альтернативных источников энергии 22
Заключение 24
Список литературы 26
Введение
Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменением климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к альтернативным источникам энергии (АИЭ). Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли.
По прогнозам «British Petroleum» (британская нефтегазовая компания), традиционные топливно-энергетические ресурсы, при существующих темпах развития нефтегазовой отрасли, иссякнут в ближайшие 100-150 лет. Мировые запасы угля составляют 30 трлн тонн, нефти - 300 млрд тонн, газа - 220 трлн м3. Разведанные запасы угля составляют 1685 млрд тонн, нефти - 137 млрд тонн, газа - 142 трлн м3. Несмотря на то, что в последние годы было сделано много открытий месторождений нефти и газа в шельфовых зонах морей, запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет. [14]
Практически все развитые страны мира
уделяют серьезное внимание проблеме
использования АИЭ. В России также
разработана комплексная
Классификация альтернативных источников энергии
Альтернативные источники
В соответствии с резолюцией № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г.) к АИЭ относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков. Классификация АИЭ представлена в таблице 1.
Таблица 1. Альтернативные источники энергии
Источники первичной энергии |
Естественное преобразование энергии |
Техническое преобразование энергии |
Вторичная потребляемая энергия |
Земля |
Геотермальное тепло Земли |
Геотермальная электростанция |
Электричество |
|
Солнце |
Испарение атмосферных осадков |
Гидроэлектростанции (напорные и свободнопоточные) | |
Движение атмосферного воздуха |
Ветроэнергетические установки | ||
Морские течения |
Морские электростанции | ||
Движение волн |
Волновые электростанции | ||
Таяние льдов |
Ледниковые электростанции | ||
Фотосинтез |
Электростанции на биомассе | ||
Фотоэлектричество | |||
Луна |
Приливы и отливы |
Приливные электростанции |
На данный момент в мире наблюдается увеличение доли АИЭ в энергетическом балансе.
Начиная с 90-х годов по инициативе
ЮНЕСКО при поддержке государств-
Главным образом на скорейший переход к АИЭ указывают следующие основные причины:
• Глобально-экологическая: общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т. ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI века.
• Политическая: страны, в полной мере освоившие альтернативную энергетику, будут играть существенную роль в мировой экономике энергетики.
• Экономическая: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими АИЭ, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную - постоянно растут.
• Социальная: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды.
• Эволюционно-историческая: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на АИЭ.
По данным "BP Statistical review of world energy
2011", годовой объем потребления
всех топливно-энергетических ресурсов
России составляет около 0.9 млрд т. у. т.
Технический потенциал
Несмотря на высокий потенциал АИЭ в России, их доля в общем объеме производства энергии на территории страны по-прежнему мала. Доля возобновляемой энергетики в производстве электроэнергии составила в 2002 г. около 0,5% от общего производства или 4,2 млрд. кВт•ч, а объем замещения органического топлива - около 1% от общего потребления первичной энергии или около 10 млн. т. у. т. в год.
В связи с этим в мировой структуре потребления АИЭ Россия просто теряется на фоне таких стран, как США, Германия, Испания.
Основная проблема использования АИЭ в России - высокая стоимость производимой ими энергии. На рисунке 6 видно, насколько дороже выходит энергия от АИЭ в России по сравнению с развитыми странами мира.
Рис.4. Стоимость производимой энергии в России и развитых странах мира (в цент/кВт*ч)
Рис.5. Самые крупные объекты альтернативной энергетики в РФ
В области геотермальной
Альтернативные
источники энергии и возможности
их использования в России
Энергия ветра (ветровая энергетика)
Различные виды АИЭ находятся на разных стадиях освоения. Наибольшее применение получил самый изменчивый и непостоянный вид энергии - ветер. Но ветер - это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала "месторождения" ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда "размазана" по огромным территориям. Основные параметры ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее "надежным”, чем Солнце.
Суммарная мощность крупных ветровых
энергетических установок и ветровых
энергетических станций в мире, по
разным оценкам, составляет от 10 до 20 ГВт.
Помимо роста суммарной мощности
ветряных установок, растет и их единичная
мощность, превысившая 1 МВт. По прогнозам
аналитиков, энергетика ветра в ближайшее
время по-прежнему будет занимать
первое место среди АИЭ. На данный
момент США, Германия, Нидерланды, Дания,
Индия - мировые лидеры по применению
энергии ветра. По экспертным оценкам
валовой потенциал
Различные зоны страны имеют ветровые режимы, сильно отличающиеся один от другого. Значение среднегодовой скорости ветра в данном районе дает возможность приближенно судить о целесообразности использования ветродвигателя и об эффективности агрегата. Карта ветроэнергетических ресурсов России представлена на рисунке 10. [12]
Считается, что сооружение ветровой установки мощностью до 5-6 кВт экономически оправдано при скорости ветра, превышающей 3,5-4,0 м/с. Для больших установок требуется скорость ветра 5,5-6,0 м/с. [2]
По зарубежным данным для сооружения ветровой энергетической установки мощностью в несколько МВт предпочтительны районы со среднегодовой скоростью ветра 8 м/с на высоте размещения ветроколеса. Большинство областей европейской части России относятся к зоне средней интенсивности ветра. В этих районах среднегодовая скорость ветра составляет 3,5-6 м/сек. К этой же зоне относится часть территории, лежащая юго-восточнее озера Байкал. [1]
Необходимо иметь в виду, что
даже к одному работающему ветряку
близко подходить не желательно, и
притом с любой стороны, так как
при изменениях направления ветра
направление оси ротора тоже изменяется.
Для размещения же сотен, тысяч и
тем более миллионов ветряков
потребовались бы обширные площади
в сотни тысяч гектаров. Дело в
том, что ветроагрегаты близко друг
к другу ставить нельзя, так
как они могут создавать
Использование ветряных электростанций в России имеет массу преимуществ при установке их в районах, не обеспеченных централизованным энергоснабжением и использующих дорогое привозное топливо. В этих случаях использование энергии ветра имеет также большое социальное значение, увеличивая надежность энергоснабжения. [9]
Малая гидроэнергетика
К малым ГЭС условно относят
гидроэнергетические агрегаты мощностью
от 100 кВт до 10 МВт. Меньшие агрегаты
относятся к категории микро-
В последние годы малая гидроэнергетика занимает одно из ведущих мест в электроэнергетике многих стран мира. В некоторых странах суммарная мощность микро-ГЭС превышает 1 млн. кВт (Италия, Франция, Испания, Швеция, Канада, США). Их используют как локальные экологически чистые источники энергии, за счет которых экономятся традиционные виды топлива, уменьшая выброс углекислого газа в атмосферу. Лидирующие позиции в развитии малой гидроэнергетики занимает Китай, если в 2000 году в этой стране совокупная мощность малых ГЭС составляла около 25 ГВт, то к началу 2010 года работало 45 тыс. малых ГЭС общей мощностью более 55 ГВт, обеспечивающих значительную часть потребностей в электроэнергии сельского населения страны. [1]
В России работает несколько десятков
малых гидроэлектростанций
Рис.6. Потенциал гидроэнергетических ресурсов России (баллы)
Рис.7. Интенсивность использования гидроэнергетики в России (баллы)
По сравнению с огромным потенциалом
малой гидроэнергетики в
Большая часть гидроэнергетического потенциала малых рек сосредоточена в Сибири и на Дальнем Востоке. В Европейской части России большие возможности для создания малых ГЭС существуют на Северном Кавказе, Урале, в Карелии и Мурманской области.
В 2006-2007 годах в Дагестане были введены в эксплуатацию пять малых ГЭС мощностью 0,6-1,4 МВт. В 2008-2009 годах полностью на средства частного инвестора была построена Фаснальская ГЭС мощностью 6,4 МВт в Северной Осетии, являющаяся частью планируемого каскада из 17 малых ГЭС общей мощностью 240 МВт в бассейне реки Урух.
В 2006-2009 годах две малых ГЭС мощностью 1,2 и 0,5 МВт были сооружены на выпускных коллекторах очистных сооружений Ульяновска. Реализуются и проекты по восстановлению малых ГЭС (в Карелии и Ленинградской области). В 2009 году ОАО "РусГидро" ввело в эксплуатацию Эшкаконскую малую ГЭС в Карачаево-Черкесии мощностью 0,6 МВт. В настоящий момент "РусГидро" реализует пилотную программу малых ГЭС, ведется исследование новых створов под строительство, воплощаются проекты строительства: Фиагдонской МГЭС в Северной Осетии, Зарагижской и Верхнебалкарской - в Кабардино-Балкарии, "Чибит" - в Республике Алтай, "Большой Зеленчук" - в Карачаево-Черкесии. [10]
Перспективна установка малых ГЭС на плотинах большого количества водохранилищ, созданных в интересах водоснабжения, ирригации, водного транспорта, рекреации, на ирригационных каналах, системах водоснабжения и канализации. Сегодня их можно реконструировать и технически перевооружить. Целесообразно использовать в энергетических целях существующие малые водохранилища, которых в России более 1000. Кроме того, возможно восстановление сотен малых ГЭС, ранее выведенных из эксплуатации, но сохранивших полностью или частично основные сооружения. Из всех ВИЭ малые ГЭС наиболее конкурентоспособны (за исключением обычных ГЭС). Тем не менее в сложившихся в России условиях в большинстве случаев они экономически менее привлекательны по сравнению с традиционными электростанциями. С помощью малых ГЭС можно провести электроэнергию в отдаленные населенные пункты России при сравнительно низкой стоимости установленного киловатта и коротком инвестиционном. [10]
Для успешного развития малой гидроэнергетики
необходимы меры по ее государственной
поддержке, декларированные законом
"Об электроэнергетике" и другими
документами, но не реализованные на
уровне подзаконных актов. Также
требуется упростить
Солнечная энергия
Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекундно дает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Большую часть этой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть её достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той её части, которую получает Земля, в 5 млрд. раз. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции. Нужно только уметь пользоваться им.
В последнее время интерес к
проблеме использования солнечной
энергии резко возрос. Потенциальные
возможности энергетики, основанные
на использовании
Использование всего лишь 0,0125% энергии
Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние
потребности мировой
Доказано, что в высоких широтах плотность солнечной энергии составляет 80-130 Вт/м2, в умеренном поясе - 130-210, а в пустынях тропического пояса - 210-250 Вт /м2. Это означает, что наиболее благоприятные условия для использования солнечной энергии существуют в развивающихся странах Африки, Южной Америки, в Японии, Израиле, Австралии, в отдельных районах США (Флорида, Калифорния). В СНГ в районах, благоприятных для этого, живет примерно 130 млн. человек, в том числе 60 млн. в сельской местности. [2]
Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от нескольких факторов:
• Широта;
• местный климат;
• сезон года;
• угол наклона поверхности по отношению к Солнцу.
Отсюда следует, что количество солнечной энергии сильно отличается в зависимости от географического положения и времени года. Это необходимо учитывать при использовании энергии Солнца.
Сегодня преобразование солнечного излучения
в электрическую энергию
• использование солнечной энергии как источник тепла для выработки электроэнергии традиционными способами (например, с помощью турбогенераторов)
• преобразование солнечной энергии в электрический ток в солнечных элементах.
В значительно более широких масштабах солнечную энергию используют после ее концентрации при помощи зеркал - для плавления веществ, дистилляции воды, нагрева, отопления и т.д.
Проще всего использовать энергию
Солнца для нагрева воды. Солнечные
водонагревательные установки (СВУ) получили
широкое распространение в
В России электростанции, использующие энергию Солнца, на сегодня практически не распространены. Это связано с довольно низкой стоимостью нефтегазовой энергии.
Однако в ходе тщательных исследований было выявлено, что использование СВУ 3-6 месяцев в год (в зависимости от региона) экономически выгодно. [8]
На данный момент используется несколько
методов преобразования энергии
Солнца в электроэнергию. Среди них
широкое распространение
Рис.9. Устройство плоского солнечного коллектора
Фотоэлектрические преобразователи находят все большее применение в самых разных регионах. Одно из преимуществ ФЭП в том, что они, помимо прямого излучения, используют также и рассеянное. Это позволяет отказаться от дорогостоящих устройств для слежения за Солнцем.
Рынок ФЭП с каждым годом все
быстрее набирает обороты. Суммарная
мощность установленных в мире ФЭП
в 2002 году, превысила 500 МВт. Сильным
толчком для развития ФЭП в
мире является принятие национальных
программ в разных странах ("100 тысяч
солнечных крыш" в Германии, "100
тысяч солнечных крыш" в Японии,
"1 млн. солнечных крыш" в США).
По прогнозам аналитиков Япония и
Германия в ближайшее время выйдут
на годовые объемы производства до
500 МВт каждая. Массовое производство
ФЭП ведет к их удешевлению. Сегодня
модули ФЭП на мировом рынке стоят
около 4 долл. за пиковый ватт, что
при удовлетворительной инсоляции
приводит к стоимости электроэнергии
в 15-20 цент/кВтч. Особенное значение
рынок ФЭП имеет в
На данный момент в мире работают тысячи фирм, производящих различные установки с ФЭП, но только десятки из них, в том числе в России, умеют делать солнечные элементы. Начиная с середины 90х годов, в России ведутся работы по усовершенствованию ФЭП и развертыванию их промышленного производства. Так, например, ООО "Солнечный Ветер" сотрудничает более чем с 10 странами. За 1996-2001гг объем продаж увеличился в десять раз (с 60 до 600 кВт/год), а в 2002 году превысил 1 МВт.
Однако, существует один существенный
фактор сдерживающий распространение
ФЭП. Это высокая стоимость
Энергия биомассы
По данным «Associated Press» (международное информационно-новостное агентство мира и США) энергия, вырабатываемая за счет биомассы, составляет около 12 % в мировом энергетическом балансе, однако официальной статистикой не учитывается биомасса, не являющаяся коммерческим продуктом, но используемая для энергетических нужд. В европейских странах, в среднем, вклад биомассы в энергетический баланс составляет около 3%, однако в таких странах, как Австрия, Швеция, Финляндия использование энергии биомассы доходит до 23%.
В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз). Примерная схема получения энергии из биомассы представлена на рисунке 15. Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического вещества. В середине 80-х годов в разных странах действовали промышленные установки по производству топлива из биомассы. Наиболее широкое распространение получило производство спирта. [2]
Рис.10. Схема получения энергии из биомассы
Одно из наиболее перспективных
направлений энергетического
Крупномасштабное увеличение объема
производства биотоплива (например, этилового
спирта) по этой причине может оказать
существенное отрицательное влияние
на мировой рынок пищевых
Помимо первичной растительной биомассы, значительным энергетическим потенциалом обладают отходы животноводства, промышленные отходы и твердые бытовые отходы (ТБО). Мусороперерабатывающие фабрики либо сжигают ТБО, либо газифицируют их. Навоз и жидкие бытовые стоки являются основным сырьем от животноводства, которое перерабатывается в биогаз.
Наиболее эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить 10-12 куб. м метана. А, например, переработка 100 млн. тонн такого отхода полеводства, как солома злаковых культур, может дать около 20 млрд. куб. м метана. В хлопкосеющих районах ежегодно остается 8-9 млн. тонн стеблей хлопчатника, из которых можно получить до 2 млрд. куб. м метана. Для тех же целей возможна утилизация ботвы культурных растений, трав и др.
Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.
Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую.
Установки по производству биогаза размещают, как правило, в районе крупных городов, центров переработки сельскохозяйственного сырья.

- Альтернативные источники энергии и перспективы их использования человеком
- Альтернативные источники энергии: лидеры и перспективы
- Альтернативные источники энергии.Ноосфера
- Альтернативные источники энергии: современный обзор и перспективы развития
- Альтернативные источники энергии. Солнечная энергетика
- Альтернативные источники энергии. Финансовые аспекты альтернативных источников энергии
- Альтернативные источники энергии. Энергия ветра
- Альтернативные источники энергии в Украине
- Альтернативные Источники Энергии и возможности их использования в России
- Альтернативные источники энергиии. Использование энергии ветра для получения электричества
- Альтернативные источники энергии и их использование
- Альтернативные источники энергии и их использование
- Альтернативные источники энергии и их использование
- Альтернативные источники энергии и их использование в Беларуси