Альтернативная энергетика: перспективы развития рынка виэ в россии

Энергетика России

Выработка электроэнергии на российских АЭС в 1992—2014 годах, млрд кВт*ч

Добыча газа в России, 2005—2015 гг.

Большая часть территории России находится в достаточно высоких северных широтах, а средняя скорость ветра на ней около 5.5 м/c , что в разы увеличивает себестоимость ветровой энергии по сравнению с западным побережьем Европы и США . Среди относительно населённых регионов России рентабельное развитие современной ветроэнергетики возможно на Сахалине и в Мурманской области, где средняя скорость ветра достигает 8 м/с .Несколько ветрогенераторов имеется в Крыму. Развитие относительно рентабельной солнечной энергетики возможно в Крыму, где построено 6 и работает 5 фотоэлектростанций , Калмыкии и Астраханской области.

В силу этого масштабное развитие альтернативной энергетики в России пока малоперспективно. Стоимость атомной электроэнергии «на машинах станции» в начале этого века в среднем составляла 19,2 копейки за 1 кВт.ч. Средняя стоимость энергии на ТЭС всех видов 36,6 коп./кВт.ч. Даже самая дешёвая энергия газовых станций (23,6 коп./кВт.ч) дороже атомной. Кроме того, газ ценный экспортный ресурс и его добыча не растёт. Развитие газовой энергетики ограничено относительно небольшими разведанными мировыми запасами газа. Остальные виды топлива дают более дорогую энергию и сильно загрязняют атмосферу углекислым газом. По стоимости энергии и экологичности (при отсутствии катастрофических аварий) с АЭС могут соперничать только ГЭС, но развитие гидроэнергетики ограничено наличием рек с большим стоком и перепадом высот. В свете вышесказанного развитию атомной энергетики в России трудно найти альтернативу. 1 ноября 2016 года в России началась промышленная эксплуатация реактора на быстрых нейтронах БН-800 . Электрическая мощность — 880 МВт. Этот реактор обеспечивает:

• Формирование экологически чистого «замкнутого» ядерного топливного цикла.
• Более чем 50-кратное увеличение использования добываемого природного урана, и обеспечение атомной энергетики России топливом на длительную перспективу за счёт своего воспроизводства.
• Утилизацию отработанного ядерного топлива с АЭС на тепловых нейтронах.
• Утилизацию радиоактивных отходов путём вовлечения в полезный производственный цикл отвального урана и плутония.

Если учесть, что в России в отличие от Италии, запретившей ядерную энергетику, зимой довольно холодно, то, возможно, стране следует сосредоточиться на более быстром развитии и внедрении технологий эффективной и насколько возможно безопасной ядерной энергетики. Иначе до возникновения проблем с углеводородами можно просто не успеть, а надежд на то, что Африка вскоре начнёт снабжать нас «чистой» и дешёвой солнечной энергией немного.

Альтернативная энергетика в странах мира: успехи развития

Переход на возобновляемые источники энергии стал своеобразным трендом среди современных развитых государств. Так, согласно Парижскому соглашению, к 2030 целый ряд стран достигнет нулевого процента выброса углерода в атмосферу. На данный момент ситуация развивается следующим образом:

• Австрия. В государстве полностью откажутся от традиционных источников энергии к 2030.
• Великобритания. Стало известно, что 2020 стал самым экологичным для королевства со времен начала промышленной революции! Так, Англия 67 суток смогла обходиться без угля, а полностью отказаться от невозобновляемых источников электроэнергии планирует уже к 2025.
• Евросоюз. ЕС развивает грандиозный проект Green Deal, главная цель которого — сформировать на территории Старого Света углеродно-нейтральное пространство уже к 2030. Для этого планируется сократить объемы выбросов парниковых газов на 40 % и увеличить долю возобновляемых источников энергии до 30 %. Чтобы достичь этого, требуется ежегодные вложения на сумму от 260 млрд евро.
• Индия. С 2021 государство развивает возобновляемую энергетику за счет популяризации солнечных батарей и ветрогенераторов.
• Испания. В стране активно развивается солярная энергетика — в два раза скорее, чем в Германии.
• Китай. Всего 10 лет потребовалось этой стране, чтобы стать признанным лидером в поставках оборудования для альтернативной энергетики! КНР — крупнейших производитель солярных батарей: 7 из 10 компаний-изготовителей зарегистрированы тут. Китайское правительство объявило, что республика станет полностью углеродно-нейтральной к 2060.
• Россия. Как показывают исследования, страна может получать из всей необходимой для ее нужд энергии: 10 % — от ветрогенераторов, 15 % — от солнечных батарей. В РФ не развита альтернативная энергетика ввиду доступности таких невозобновляемых источников, как нефть и газ. Тем не менее, первые шаги уже предпринимаются: запуск Центра альтернативной энергетики в Химках (2017), ветропарк в Мурманске (2019-2021), который планирует выйти на мощность в 200 МВт.
• Саудовская Аравия. К 2030 году здесь будут получать 50 % электрической энергии из возобновляемых источников.
• США. Джо Байден вернул Штаты в Парижское соглашение и объявил, что государство к 2050 будет использовать 100 % экологичную энергию. Этот же срок объявляют для себя Новая Зеландия, Южная Корея и Япония.
• Шотландия. В 2020 году 97 % электричества здесь добыли из «зеленых» источников энергии — им удалось обеспечить 7 млн домохозяйств. Страна объявляет, что станет 100 % углеродно-нейтральной к 2030.

Как свидетельствует Bloomberg, среди мировых лидеров по инвестированию в альтернативную энергетику выделяются: КНР ($83,6 млрд). США ($49,3 млрд), Япония ($19,3 млрд), Великобритания ($16,2 млрд) и Нидерланды ($14,3 млрд). Перечисленные страны развивают не только солнечную и ветровую энергетику, но и заинтересованы в таких источниках, как биотопливо, биоэнергия, использование отходов, малая гидроэнергетика.

Важно выделить и успехи отдельных городов мира в переходе на альтернативную энергию. Так, согласно сведениям CDR, 100 из 570 мегаполисов уже получают 70 % электричества из возобновляемых источников:

• Базель (Швейцария). Первый город списка, кто полностью живет на альтернативной энергетике: 90 % — ГЭС, 10 % — ветрогенераторы.
• Берлин (Германия). В мегаполисе осуществляется эко-план Masterplan Solarcity, согласно которому он станет климатически нейтральным к 2050 — главным образом, за счет солярной энергетики.
• Берлингтон (США). Город на 100 % экологичен — энергию дарит Солнце, ветер, вода и биомасса.
• Рейкьявик (Ирландия). Вся электроэнергия столицы получена от ГЭС и геотермальных источников. К 2040 весь местный транспорт будет работать на эко-топливе.

В плане «зеленой» энергетики самыми экологичными считаются города: Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота.

Энергия Земли, воды и воздуха

Известный закон физики гласит, что тепловой поток всегда устремляется от теплой среды к более холодной.

Именно этот механизм и закладывается в установках для обогрева помещений. Задачу отбора энергии у окружающей среды решают тепловые насосы.

По своей сути, тепловой насос представляет собой установку, которая способна использовать природную энергию для получения тепла или холода в зависимости от назначения.

Устройство можно применить для обогрева помещения, в качестве кондиционера или нагревателя воды.

Принцип действия теплового насоса основан на наличии температурного градиента, обеспечивающего тепловой поток. Он реализуется за счет хладагента, испаряющегося при нагревании. Процесс испарения происходит в камере с пониженной температурой и давлением. При перемещении хладагента в камеру с повышенным значением указанных параметров, он отдает полученная извне тепло.

Установка содержит такие элементы, как компрессор, капиллярную трубку, испарительную и конденсаторную камеру. Все устройство во многом похоже на обычный бытовой холодильник и работает за счет перемещения хладагента внутри замкнутой системы.

Как обогреть помещение?

На практике задействованы разные альтернативные источники. Исходя из способа отбора энергии, выделяются тепловые насосы таких типов:

1. Воздушный тип. По своей конструкции он аналогичен кондиционеру, забирающему энергию из окружающего воздуха. Главное отличие – тепловой насос имеет гораздо большую мощность по сравнению с обычными сплит-системами. Он имеет очень высокую эффективность при температуре воздуха выше 25-28 ºС. Основной недостаток – существенное снижение КПД при опускании температуры ниже 12 ºС.
2. Система «вода-вода». Источником тепла становятся естественные водоемы, грунтовые или сточные воды. На глубине, где вода не замерзает, температура не опускается ниже 4-6 ºС, что дает возможность задействовать тепловой насос. Испарительный контур устройства можно расположить на дне реки, озера, колодца. В подземных водах температура не падает ниже 7-10 ºС, что вполне достаточно для обеспечения работы испарительной камеры.
3. Система «воздух-вода». В этой установке энергия берется из окружающего воздуха, а в качестве теплоносителя используется вода, которая циркулирует в отопительной системе. Данный тепловой насос достаточно эффективен при температуре воздуха выше 12-14 ºС.
4. Система «земля-вода». Установка работает аналогично предыдущему варианту, но испарительная камера размещается под землей.

Справка. Несмотря на то, что требуются затраты на электроэнергию, питающую компрессор, тепловые насосы достаточно эффективны. На каждый 1 кВт затраченной электроэнергии можно получить до 5-6 кВт тепловой энергии. Использование электрогенератора мощностью не более 3-4 кВт позволяет обогреть дом площадью более 280 м².

Энергия Мирового океана

Энергия Мирового океана представлена энергией прибоя, волн, приливов, разности температур воды поверхностных и глубинных слоев океана, течений и т. д.

Приливные волны несут в себе огромный энергетический потенциал – 3 млрд. кВт. Растет интерес специалистов к приливным колебаниям уровня океана у побережий материков. Энергию приливов на протяжении веков человек использовал для приведения в действие мельниц и лесопилок. Но с появлением парового двигателя она была предана забвению до середины 60-х годов, когда были пущены первые ПЭС во Франции и СССР. Приливная энергия постоянна. Благодаря этому, количество вырабатываемой на приливных электростанциях (ПЭС) электроэнергии всегда может быть заранее известно, в отличие от обычных ГЭС, на которых количество получаемой энергии зависит от режима реки, связанного не только с климатическими особенностями территории, по которой она протекает, но и с погодными условиями.

Рис. 17. Макет устройств по переработке приливной энергии на электрическую

Считается, что наибольшими запасами приливной энергии обладает Атлантический океан. Велики также запасы приливной энергии в Тихом и Северном Ледовитом океанах. При сооружении ПЭС необходимо всесторонне оценивать их экологическое воздействие на окружающую среду, так как оно довольно велико. В районах сооружения крупных ПЭС существенно изменяется высота приливов, нарушается водный баланс в акватории станции, что может серьезно отразиться на рыбном хозяйстве, разведении устриц, мидий и пр.

К числу энергетических ресурсов Мирового океана относят также энергию волн и температурного градиента. Энергия ветровых волн суммарно оценивается в 2,7 млрд. кВт в год.

Биогазовые установки

Биогазовые установки основываются на использовании анаэробного брожения. В результате разложения биологической массы выделяется смесь газов, основу которой составляет метан. Его вполне можно считать аналогом природного газа, который используется, как топливо для тепловых электрогенераторов.

Технология

Технология получения биогаза базируется на введении определенных бактерий, которые активизируют процесс брожения. В качестве сырья можно использовать практически любые билогические отходы – остатки пищи, отходы животноводческих и птицеводческих ферм, опавшую листву, траву, водоросли и т.п.

Биогаз (биометан) можно использовать для получения электрического тока, обогрева помещения, нагрева воды, использовать в качестве автомобильного топлива.

Принцип работы

Выработка газа обеспечивается в биогазовых установках. Основу их конструкции составляет реактор в виде герметичной емкости с искусственным подогревом, без доступа воздуха. В него периодически загружается биологическое сырье и запускаются полезные бактерии.

Подогрев массы производится до 34-38 ºС. Выделяемый газ направляется в накопитель – газгольдер. После очистки через систему фильтров он поступает в газовый котел или газовый электрогенератор.

Преимуществом биоэнергетики является использование вторичного сырья и возможность утилизации отходов с большой пользой. Недостатки ее аналогичны проблемам, возникающим в электростанциях, работающих на природном газе. Прежде всего, выделяется риск парниковых эффектов.

Применение энергии солнца

Подключение солнечной батареи к домашней электросети

Альтернативное электричество на основе электромагнитного солнечного излучения оправдано для людей, у которых есть дача за городом. Причина – показатель суммарной мощности в хорошую погоду не более 5-7 кВт за час. На сегодняшний день популярны несколько солнечных установок.

Солнечные батареи

Сборка устройств производится из фотоэлектрических преобразователей. Промышленные элементы конструируются из минеров, вырабатывающих ток при воздействии прямого света. В частном секторе популярны кремниевые преобразователи поли- и монокристаллического типа. Последние отличаются КПД 13-25 %, но поликристаллические дешевле. Температурный диапазон пластин – от -40 до +50 градусов.

Солнечные коллекторы

Вакуумные солнечные коллекторы

Используются для нагрева воздуха или воды. Пользователь может задать направление нагретых потоков, организовать резерв на случай плохой погоды. Производители выпускают три модификации коллекторов – воздушные, плоские и трубчатые.

• Плоские пластиковые. Представляют собой черную и прозрачную панель в одном корпусе с центральным змеевиком из меди. При воздействии солнечных лучей нагревается нижний темный элемент. Он передает тепло медному змеевику, который греет воду. Плоский коллектор подходит для подогрева воды в бассейне или летнем душе. Минус технологии – для нагрева больших объемов требуется много элементов.
• Трубчатые. Имеют вид вакуумных или коаксиальных трубочек из стекла. По ним стекает вода, нагретая солнцем. Тепло, сосредоточенное внутри специальной системой, нагревает воду в накопительном резервуаре. Для циркуляции водных потоков применяется нанос. Трубчатый коллектор – неплохое решение для подогрева воды в ГВС и отопления.
• Воздушные солнечные коллекторы. Устройства напоминают плоские пластиковые модели за счет черной нижней и прозрачной верхней панели. Габаритные установки находятся на восточной или юго-восточной стене. В них за счет солнечного тепла нагревает воздух, подаваемый в дом и хозяйственные помещения специальными вентиляторами.

Виды альтернативных источников энергии

Виды установок отличаются способом выработки энергии: они могу быть активными и пассивными, автономными и зависимыми. Кроме того, важную роль играет выбор источника энергии.

Энергия ветра и солнца

Если вы считаете, что такие приборы и установки – дело будущего, вы ошибаетесь. Солнечные батареи давно и эффективно используются в разных уголках планеты. Более того, такие батареи можно приобрести в обычном магазине. Вопрос только в расчете эффективности использования их в том или ином месте.

Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи (панели), изготавливаемые на основе кристаллов кремния

Энергия солнца используется для работы тепловых установок. Там специальные солнечные коллекторы, накапливая энергию, преобразуют её в энергию тепловую. Мощность подобных установок зависит от количества и мощности отдельных устройств, входящих в состав тепловых и солнечных станций.

Если говорить об энергии ветров, то этот вид получения энергии основан на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую энергию, используемую потребителями. Очень часто целые поля «ветряков» располагаются в долинах и пустынях, где сила ветров бывает колоссальной.

Основой ветровых установок служит ветровой генератор

Исполнение их может быть разным. Все генераторы различаются по техническим параметрам, габаритным размерам и конструкции. Они могут быть  с горизонтальной и вертикальной осью вращения, различаться типом и количеством лопастей, могут располагаться даже в море.

Сила воды и тепло земли

Каждому ещё со школьной поры знакомо такое понятие как гидроэлектростанция. Мощнейшая сила воды используется на благо человеку не один десяток лет. Многокилометровые платины сдерживают давление огромных масс воды, течение которых помогают вырабатывать энергию.

Гидротурбина, является основой гидроэлектростанций

Ещё один способ получения электрической энергии путем преобразования энергии воды – это использование энергии приливов, посредством строительства приливных станций. Работа таких установок основана на использовании кинетической энергии морской воды в период приливов и отливов, происходящих в морях и океанах под воздействием объектов солнечной системы.

Вариантом использования альтернативных источников энергии – использование геотермальных вод. Кипящая вода помогает воздавать электроэнергию и передает тепло. Это происходит с помощью специального теплового насоса.

Для использования геотермальных вод используются специальные установки, посредством которых внутреннее тепло земли преобразуется в тепловую и электрическую энергии

Биотопливо

Биотопливо (переработка органического сырья или отходов) – один из перспективных способов добычи ресурсов. Современные технологии позволяют перерабатывать разные его виды — жидкое, твердое, газообразное и получать электрическую или тепловую энергию.

Твердые виды биотоплива — это дрова, топливные брикеты или пеллеты, газообразные – это биогаз и биоводород, а жидкие – биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир и биодизель

В качестве биотоплива могут выступать отходы от обработки дерева (прессованные опилки), очисток орехов и семян. Данное топливо используют для выработки тепловой и электрической энергии на ТЭС. Из отходов сельскохозяйственных культур производится также биогаз и жидкое топливо для дизельных двигателей и установок, где они сжигается, в результате чего осуществляется производство тепловой и электрической энергий.

Плюсы и минусы использования

Как и любого топлива, у альтернативных источников энергии есть свои плюсы и минусы.

Плюсами использования являются:

• возобновляемость;
• экологичность;
• разнообразие вариантов использования;
• низкая себестоимость энергии.

Минусы использования:

• затраты на приобретение и установку оборудования, которое требует дорогостоящего ремонта;
• зависимость от внешних факторов (погодные условия);
• низкая мощность установок.

Альтернативные источники энергии – не дешевое удовольствие. Однако, такие вложения быстро окупаются

Россия, как страна альтернативных источников энергии

Поскольку Россия входит в число одних из самых технически развитых стран мира, большое внимание уделяется добыче и использованию альтернативных источников энергии. На просторах больших территорий, к сожалению в настоящее время нет централизованных источников энергии

К том уже мы еще не втянуты в общемировую тенденциею, связанную с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

Россия

В каждом, отдельно взятом регионе нашей страны, применяются подходящие этому региону виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением. А так же возможностью использования того или иного первоисточника получения энергии.

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.

Данный вид энергетики так же применяется в промышленности в нашей стране.

Наиболее крупными солнечными электростануциями, мощностью в 400,0 МВт являются:

• Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
• Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
• На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

Еще на стадии разработки можно насчитать более 50 объектов солнечной генерации на различных этапах строительства. Их место расположения от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

Ветряки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, в нашей стране не достигают таких больших масштабов, как солнечные электростанции.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет чуть больше чем 100,0 МВт. Самые мощные из них это:

• Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
• Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

Также на стадии проектирования и строительства у нас есть 22 ветровые энергетические установки. Их общая мощность более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Как раз самый распространенный вид альтернативной энергетики на территории России. На настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС в разных регионах страны на реках, превышает 20,0 %. Отчет идет от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Геотермальная энергетика

Это энергия тепла недр всей планеты, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. У нас данный вид энергетики расположен на Дальнем Востоке, в меру особенностей этого региона.

Их мощность 80,1 МВт. В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций. Из них три расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская), остальные две — на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Использование биотоплива

Наша страна числится в лидерах по экспорту биотоплива на европейский рынок

У нас же это не самый распространенный вид энергоресурсов, как традиционные виды топлива.Однако, в связи с развитием лесной и деревообрабатывающей промышленности, большие территории заняты под сельскохозяйственные культуры, что сподвигло обратить внимание на этот вид энергетики

Последние годы было построено большое количество заводов по переработке отходов древесины. Из них изготавливаются такие материалы, как топливные брикеты и гранулы (пеллеты).

Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

А из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо. Оно подходит для применения в двигателях и дизельных установках, там их сжигают, в результате чего производится тепловая и электрическая энергия.

Хоть биотопливо пока не имеет широкого распространения в нашей стране, тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

Альтернативная гидроэнергетика

Нетрадиционное использования водных ресурсов планеты для выработки энергии подразумевает три типа электростанций: волновые, приливные и водопадные. Причем самыми перспективными из них считаются первые: средняя мощность волнения мирового океана оценивают в 15 кВт на погонный метр, а при высоте волн выше двух метров пиковая мощность может достигать аж 80 кВт/м.

Главная проблема волновых электростанций – сложность преобразования движения волн (вверх-вниз) во вращение лопастей колеса генератора. Впрочем, последние разработки британский (проект Oyster) и российских ученых (проект Ocean RusEnergy) должны решить данную проблему.

Oyster – высокоэффективный волновой электрогенератор, разработанный в Великобритании

Приливные электростанции имеют значительно меньшую мощность, чем волновые, зато их куда легче и удобнее строить в прибрежной зоне морей. Гравитационные силы Луны и Солнца дважды в день меняют уровень воды в море (разница может достигать двух десятков метров), что позволяет использовать энергию приливов и отливов для выработки электричества.

Во Франции почти полвека эксплуатируется приливная электростанция «Ля Ранс» (мощность 240 МВт), которая построена в устье реки Ранс рядом с городком Сен-Мало. Долгое время она удерживала мировое лидерство по мощности, но в 2011 году ее обошла южнокорейская Сихвинская ПЭС (254 МВт).

«Ля Ранс» – одна из старейших и в то же время мощнейшая в Европе ПЭС

Водопадные электростанции являются, пожалуй, самыми малоперспективными в отрасли гидроэнергетики. Дело в том, что по-настоящему мощных водопадов на планете не так уж и много. Вспомнить стоит разве что электростанции «Сэр Адам Бек 1» и «Сэр Адам Бек 2», построенные на Ниагарском водопаде, а точнее на его канадской стороне.
Комплекс электростанций «Сэр Адам Бек» (США) мощностью 2 тыс. МВт построен на границе США и Канады