Пути преодоления энергетического кризиса

Устойчивое развитие общества возможно только в условиях энергосбережения, то есть разработки систем, эффективно использующих энергию, обеспечивают такой же или даже более высокий уровень транспортных услуг, освещения, отопления и при меньших энергозатрат. И здесь нет никаких противоречий с законами термодинамики. Сейчас 60-80% потребленной энергии не превращается в полезную работу, а теряется в виде тепла. Сущность энергосбережения заключается в уменьшении этих убытков. Возможности энергосбережения широко используются в мире. Это, например, уменьшение расходов автомобильного топлива; внедрение новых технологий в производственный процесс и др. Разработаны, но пока мало используются следующие основные направления энергосбережения:

- Улучшение теплоизоляции помещений, в связи с чем уменьшатся энергозатраты на отопление и охлаждение;

- Замена традиционных ламп флуоресцентными. В первых коэффициент полезного действия (КПД) составляет 5%, а 95% расходуется в виде тепла, во вторых - почти 95%;

- Когенерация. Электричество конечно производят на электростанциях, где 60-70% энергии топлива расходуется в виде тепла, поэтому на отопление используется дополнительное топливо.

Когенерация - это размещение электрогенератора вместе с его источником энергии непосредственно в каждом здании. Если при этом использовать тепло, которое выделяется при получении электричества, для отопления и горячего водоснабжения, можно экономить до ЗО% и больше топлива. Когенерация энергосберегающая и экологически безопасна.

Учитывая мировую тенденцию к значительному удорожанию энергоносителей, эффективное применение собственных и импортируемых энергоресурсов является крайне необходимым. Промышленность и жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ) в Украине энергоемкие. ЖКХ ежегодно потребляет 10 млрд. КВт · ч электроэнергии и почти 8 млрд. М3 природного газа. В себестоимости таких услуг, как тепло-, водоснабжения и водоотведения себестоимость энергоресурсов составляет 60-70%. В Украине работают 10,5 тыс. Тепловых котлов, КПД которых не превышает 50-70%. Современный стандарт КПД тепловой котла достигает 90-95%. Замена старых котлов позволит сократить расход природного газа в ЖКХ на 15-30%.

Как известно, по инициативе Совета национальной безопасности и обороны Украины (СНБОУ), рассматривается возможность создания Национального агентства по энергосбережению, задачи которого заключаются в формировании, ведении мониторинга реализации государственной политики в энергосбережении, включая систему как стимулов, так и контроля по эффективному использованию энергоресурсов на основе оптимального баланса как административных, так и экономических методов.

Эксперты убеждены, что для эффективной работы этого агентства нужно его создать в форме всеукраинской государственной компании, которая имела бы возможность не только внедрять в жизнь энергосберегающие технологии за бюджетные средства, но и самостоятельно зарабатывать деньги на энергосбережении. Прибыль такой компании - это револьверные средства, вновь направляются на программы энергосбережения. На самом высоком уровне также рассмотрен проект энергетической стратегии Украины до 2030 г.. Этот документ должен реформировать топливно-энергетический комплекс, сделать его высокоэффективным и экономичным.

Таким образом, использование ископаемого топлива и ядерной энергии противоречит принципу устойчивого развития, поскольку эти ресурсы невозобновляемые, а их использование загрязняет окружающую среду. Движение к устойчивому развитию общества требует медленной ликвидации зависимости от ископаемого топлива. Поэтому вторым путем по преодолению современной энергетического кризиса является переход к использованию альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Альтернатива (от франц. Alternative, от лат. Alter - один из двух) - это необходимость выбора одной из двух или нескольких возможностей, взаимоисключаются. Альтернативными источниками энергии называют такие материальные средства ее производства, которые могут противопоставляться основным, которые сегодня используются как противовес или замена. В Закон Украины "Об альтернативных источниках энергии" от 20 февраля 2003 № 555-IV альтернативные источники энергии определяются так: "Это возобновляемые источники, к которым относятся энергия солнечного излучения, ветра, морей, рек, биомассы, теплоты Земли и вторичные энергетические ресурсы, существующие постоянно или возникают периодически в окружающей среде ". То есть в состав альтернативной энергетики включает следующие виды: гелиоэнергетика, смешанная, био-, ветро-, гидро-, геотермо-, космическая энергетика, энергетика вторичного использования бросового тепла (рис. 5.1).

Виды альтернативной энергетики

Рис. 5.1. Виды альтернативной энергетики

С 2000 потребление природного газа в Украине ежегодно увеличивается на 1 млрд м 3, а по итогам 2005 p., Может вырасти на 2 млрд м 3. На сегодняшний день Украина занимает девятое место в мире по использованию голубого топлива. Поэтому важной является необходимость уменьшения потребления природного газа в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве. Сейчас поиск альтернативных энергоносителей как никогда актуален. Теоретические залежи шахтного метана на украинских угольных шахтах составляют 3 трлн м3. Некоторые газовые скважины на угольных месторождениях могут дать 6 млн м3газу в сутки. Однако в связи со сложностью его промышленной добычи и дорогостоящим оборудованием, которое в Украине не производится, проблема добычи шахтного метана - это, прежде всего, технологическая проблема, требующая значительных инвестиций.

Сопутствующий газ нефтяных месторождений в Украине не используется. Это тот самый газ, который сжигают в факелах у места добычи. По химическим свойствам он в основном едкий и агрессивен, поэтому его трудно хранить, перерабатывать в конденсат и транспортировать до потребителей. По оценкам экспертов, в Украине сгорает в факелах в эквиваленте теплотворности до тонны сырой нефти более 30 млн т некондиционного сопутствующего горючего газа. Если это количество умножить на стоимость тонны нефти, то только на украинских месторождениях в трубу ежегодно «вылетает» почти 11 млрд долл. США. Конечно, следует учитывать, что некондиционный газ значительно дешевле чем нефть. Однако даже если он в два раза дешевле, ежегодные потери в объеме 5 млрд долл. США - это слишком. Если овладеть специальные технологии, этот газ можно перерабатывать, транспортировать и с помощью него обогревать здания зимой. При этом добывающие компании будут получать значительную прибыль.

Проблемам использования нетрадиционных, возобновляемых и внебалансовых источников энергии (НВИЭ) значительное внимание в Украине начали уделять лишь после провозглашения независимости, тогда как в развитых странах эти вопросы решали уже с середины 70-х годов XX в., Когда начались активные научно-технические разработки и постепенное внедрение технологий на основе НВИЭ.

Развитие НВИЭ обусловлен следующими факторами:

- Под влиянием энергетических кризисов, охвативших развитые капиталистические страны в 70-х годах XX в., Было сделано пессимистические прогнозы относительно возможностей использования традиционных видов топлива в долгосрочной перспективе и значительного роста цен на традиционные виды органического топлива даже в краткосрочной перспективе. В связи с этим начались активные работы по созданию альтернативных технологий производства электро- и теплоэнергии, прежде всего, на базе возобновляемых источников энергии: ветра, биомассы и отходов, гелио- и геотермальной энергии;

- Одновременно проблемы загрязнения окружающей среды волновали широкие слои населения, прежде всего, в индустриально развитых демократических странах. Это обеспечило значительную экономическую поддержку развитию экологически чистых технологий производства электроэнергии как на уровне управления государством, так и на уровне местной власти, учитывая политические соображения по поддержке гражданами на выборах в соответствующие органы власти;

- С середины 80-х годов XX в. определили особую опасность продолжения неконтролируемого увеличения выбросов газов, вызывающих парниковый эффект СО 2, СН 4, N 2 О, С х Н в, NО х и некоторых других. Рост этих выбросов, как свидетельствуют проведенные во многих странах мира исследования, может вызвать экологическую катастрофу. Поэтому сейчас многие государства взяли на себя обязательства (Киотский протокол) об ограничении выбросов таких газов, будет трудно обеспечить без широкого внедрения возобновляемых источников энергии;

- Решение социально-экономических проблем путем создания новых рынков высокотехнологичного оборудования, рабочих мест.

На начальном этапе внедрения технологий производства энергии на базе НВИЭ осуществлялось с помощью политики значительной поддержки нетрадиционной и возобновляемой энергетики в развитых странах мира, ведь учитывая экономическую эффективность, они значительно уступали традиционным технологиям производства топливно-энергетических ресурсов, а существенная доля технологий использования НВИЭ и сегодня является неконкурентоспособной по традиционным технологиям, несмотря на существенное улучшение их технико-экономических показателей. Впрочем, для некоторых технологий использования НВИЭ обусловлено экологическими факторами, а не производством топливно-энергетических ресурсов: производство биогаза из канализационных стоков, отходов животноводства и птицеводства, сжигание отходов и утилизация метана со свалок бытовых твердых отходов и т.д., а некоторые технологии использования НВИЭ могут только дополнять традиционную энергетику, что, прежде всего, касается использования энергии ветра, поскольку мощность ветроэлектростанций следует почти на 100% резервировать традиционными электростанциями с целью обеспечения надежности электроснабжения и нормативного качества электрической энергии.

Во времена вхождения Украины в СССР низкие цены на традиционные энергоресурсы, их большие запасы и практическое пренебрежение экологическими проблемами вызывали недостаток интереса к развитию НВИЭ. После провозглашения независимости ситуация а энергообеспечением в стране принципиально изменилась, поэтому внедрение НВИЭ рассматривалось как одна из мер по уменьшению энергетической зависимости Украины от импорта энергоресурсов. Больше внимания уделялось также экологической ситуации в государстве.

Планы развития НВИЭ в стране конкретизированы и детализированы в разработанной во исполнение Указа Президента Украины "Программе государственной поддержки развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, малой гидро- и теплоэнергетики" от 2 апреля 1997 № 285, которая была одобрена постановлением Кабинета Министров Украины от 31 Декабрь 1997 № 1 505 в качестве составной Национальной энергетической программы Украины. Но в условиях сложной экономической ситуации и потребности немалых инвестиций на развитие технологий использования НВИЭ реализовать эти планы в полном объеме не удалось, и как результат - за 1997- 2001 pp. программу НВИЭ выполнили всего на 26%.

Вместе с тем значительно меньше цены на электро- и теплоэнергию в Украине по сравнению с развитыми странами мира, где использование НВИЭ приобрело крупнейших масштабов, объективно сдерживают развитие их использования. Поэтому, несмотря на существенный потенциал основных видов возобновляемых источников энергии, их практическое использование на сегодня составляет лишь незначительную часть в топливно-энергетическом балансе Украины.

Итак, рассмотрим альтернативные, или нетрадиционные, и возобновляемые источники энергии. Одним из таких источников является энергия Солнца. Солнечная энергия - это кинетическая энергия излучения (в основном света), образующаяся в результате термоядерных реакций в недрах Солнца. Поскольку ее запасы почти неисчерпаемые (ученые подсчитали, что Солнце "светить" еще несколько миллиардов лет), она относится к воспроизводимых энергоресурсов.

В природных экосистемах лишь небольшое количество (менее 1%) солнечной энергии поглощается хлорофиллом, который содержится в листьях растений и используется для фотосинтеза, то есть образования органического вещества из углекислого газа и воды. Солнечную энергию нужно использовать так, чтобы ее стоимость была минимальной или вообще равна нулю. По мере совершенствования технологий и в связи с подорожанием традиционных энергоресурсов эта энергия будет находить новые сферы применения. Рассеянность солнечной энергии - главное препятствие для ее использования. Лишь 3,5% солнечной энергии, попадающей на Землю, может обеспечить все энергетические потребности человечества на неограниченное время.

Солнце - это мощный источник экологически чистой энергии. На каждый квадратный метр поверхности земной атмосферы попадает 1300 Вт солнечной энергии. Интенсивность солнечного излучения, которое достигает Земли, зависит от нескольких факторов, прежде всего, от географической широты местности. Наибольшая она на экваторе (до 2300кВт / м 2 в год), а на широте Украины (45 °) составляет почти 1000 кВт / м 2 в год.

Оценивания гелиоэнергетических ресурсов осуществляется на основе многолетних наблюдений за свойствами солнечной радиации. Важным показателем является продолжительность солнечного сияния и облачность, поскольку переривчатисть в процессе попадания солнечной радиации (в связи с чем теряется значительная часть энергии) негативно влияет на работу гелиоустановок. Оценка потенциала солнечной энергии включает данные о среднем распределение прямой, рассеянной и суммарной радиации; эти показатели отражают общие закономерности поступления солнечной энергии.

Целесообразность использования солнечной энергии в любом районе определяется изменчивостью месячных сумм суммарной радиации. Наименьшая изменчивость суммарной радиации в Украине наблюдается на Южном берегу Крыма, где рост повторяемости ясных дней обеспечивает большую устойчивость солнечной энергии. Также достаточно устойчивыми показателями потенциала солнечной энергии характеризуются районы Причерноморской и Приазовской низменности, Донецкой и Приднепровской возвышенностей, Закарпатской низменности. Итак, Южный берег Крыма лучше обеспечен ресурсами солнечной энергии.

Сейчас есть такие направления использования солнечной энергии:

- Получение электрической энергии;

- Получение бытового тепла;

- Получение высокотемпературного тепла в промышленности и на транспорте.

Наибольших успехов достигнуто в установках так называемой малой энергетики. С целью получения электроэнергии используют несколько методов. Наиболее перспективным считается метод непосредственного преобразования излучения в электрическую энергию с помощью солнечных батарей. Электроэнергию можно получать с помощью генераторов, использующих тепловое воздействие солнечных лучей (паротурбинные, термоионным, термоэлектрические). Одной из таких станций является солнечная электростанция (СЭС), построенная в Крыму возле Керчи.

Это станция башенного образца: в центре круга диаметром 500 м установлен 70-метровую башню с парогенератором на верхушке, ее окружают +1600 гелиостатов - подвижных зеркал площадью 5x5 м, которые направляют солнечные лучи на парогенератор, нагревают в нем воду и превращают ее в пар с температурой 300 ° С. Пара движет турбину с генератором. Мощность станции составляет 1200 кВт. Станция экспериментальная. По некоторым расчетам, построенные по такому принципу СЭС могут иметь мощность до 100 тыс. КВт. Высота башни такой станции при этом должна достигать 200-300 м.

В ясный день гелиоустановки могут использовать почти всю солнечную радиацию, за исключением утренних и вечерних часов, когда ее мощность слишком мала. Продолжительность солнечного сияния обусловлено изменчивостью облачности. Например, она меняется в год с 1794 часов (Харьков) до 2470 (Симферополь). Значение средней продолжительности солнечного сияния за день с апреля по сентябрь изменяются в пределах Украины от 6 до 11:00 * 57. Конечно, непрерывная продолжительность солнечного сияния обеспечивает наименьшие затраты энергии на разогрев гелиоустановки. Если она превышает 6:00, то обеспечивает рентабельную работу гелиоустановок. Максимальная повторяемость непрерывной продолжительности солнечного сияния более 6:00 в апреле - сентябре наблюдается на Южном берегу Крыма (44-48%).

* 57: {Климат Украины / Под ред. В.М. Липинского, В.А. Дячук, В.М. Бабиченко. - М .: Изд-во Раевского, 2003. - С. 270.}

Световое излучение можно улавливать и использовать непосредственно, когда оно достигает Земли, - это непосредственное использование солнечной энергии. Кроме того, солнечная энергия обеспечивает круговорот воды, циркуляцию воздуха и накопление органического вещества в биосфере. Применение этих энергоресурсов являются, по сути, косвенным (опосредованным) использованием солнечной энергии. Согласно официальным данным, качественно спроектирован дом с солнечной системой отопления позволяет экономить до 75% расходов на топливо практически в любых климатических условиях. То же можно сказать и о горячем водоснабжении. В среднем в домашнем хозяйстве на нагрев воды тратится от трети до половины всей потребляемой энергии.

Солнечная энергия может использоваться также с целью получения бытового тепла (если нужны источники тепла 100-150 ° С) - отопление жилых помещений. Разработаны проекты солнечных домов, которые уже реализованы в некоторых странах (США, Туркменистан, Узбекистан). Здесь применяется солнечные лучи, что попадает на крышу и стены здания, покрытые специальными коллекторами тепла, где нагревается вода до 95 ° С. Для сохранения тепла, в частности, на зимний период, ночь и облачные дни часть тепла отводится в специальные резервуары, расположенные в подвальных помещениях и заполненные щебнем, а тепло, аккумулированный щебнем, используется тогда, когда в нем возникает необходимость. Летом солнечная система такого дома может применяться и для охлаждения помещений (кондиционирование воздуха). С этой целью коллекторы днем отключаются, а ночью работают, охлаждая щебень в резервуарах ночным прохладным воздухом. Затем, в течение жаркого дня, охлажденный щебень "забирает" тепло из помещений. Для Украины эта тема является очень актуальной, особенно для южных регионов, где летом жарко, а зимой не хватает топлива.

В таких регионах солнечная энергия также может использоваться для приготовления пищи, сушки зерна и фруктов, опреснения воды, подъема воды из глубоких колодцев и др. Уже разработано достаточно удобные устройства для таких целей, например, параболические зеркала диаметром почти 1,5 м. В фокусе такого зеркала чайник с тремя литрами воды закипает за 10 минут.

За использованием солнечной энергии на одного человека первое место в мире занимает Кипр, где 90% домов и отелей оснащены солнечными водонагревателями. В Израиле солнечная энергия обеспечивает 65% горячего водоснабжения. Такую энергию можно превращать в электрическую; для этого применяют или фотоэлектрические преобразователи, или делают это путем нагрева воды до температуры кипения с получением пара, вызывает действие турбогенераторов. В Японии в 1998 году. Установлено почти 7000 кровельных ("roof-top") солнечных систем. В конце 1998 г.. Немецкое правительство приняло решение о возведении 100 тыс. Солнечных крыш в стране. Италия присоединилась к этой инициативе с целью строительства 10 тыс. Солнечных крыш.

Для промышленных целей с солнечной энергии можно получать высокотемпературный тепло (до 3800 ° С) в печах. Такие печи работают во Франции и Узбекистане. Действуют они по тому же принципу, что и СЭС с парогенератором: система гелиостатов направляет солнечные лучи на большое параболическое зеркало, в фокусе которого размещаются пробы металлов, сплавов или минералов для плавления. По сравнению с обычными печами солнечные имеют ряд преимуществ: расплавленное вещество не взаимодействует с топливом или плавильным тиглем, плавку можно осуществлять в любой атмосфере, такая печь не загрязняет окружающую среду.

Солнечная энергия может использоваться и на транспорте: для энергопитания автомобилей, небольших судов и даже самолетов. С площади нескольких квадратных метров (крыша микроавтобуса) можно получить энергию для питания аккумуляторов, двигают машину. В 1982 г.. На автомобиле с солнечными батареями на крыше без единой капли бензина пересекли Австралию с запада на восток, преодолев за два месяца расстояние почти 4 тыс. Км со средней скоростью ЗО км / ч. На солнечном самолете совершили перелет через Ла-Манш.

Главным недостатком солнечной энергии является то, что для этих преобразовательных установок требуются большие площади, расположенные недалеко (в среднем 80 км) от потребителя, ведь потери при передаче электроэнергии могут быть слишком большими. Итак, единственная экономически обоснованная альтернатива - это солнечная энергетика, которая использует различные источники энергии, полученной от Солнца: гидро- и ветроэнергии, древесина или прямые солнечные лучи. Как свидетельствуют тенденции энергосбережения с 1990 до 1998 г.., Переход к солнечно-водородной энергетики уже начался (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Тенденции мирового энергопользования по источникам,

1990-1998 гг. * 58

* 58: {Состояние мира 2000: Доклад Института всемирного наблюдения о прогрессе к устойчивому обществу. - М .: Интелсфера, 2000. - С. 18.}

Источник энергии Годовой прирост,%
Ветровая энергия 22
Солнечная энергия 16
Геотермальная энергия 4
Гидроэнергия (1990-1997 pp.) 2
Нефть 2
Природный газ 2
Ядерная энергия 1
Уголь 0

Среднегодовое количество суммарной солнечной радиации на 1 м2 поверхности на территории Украины колеблется от 1070 кВт · ч в северной части страны - до 1400 кВт · ч, в Крыму - еще больше. Общий годовой потенциал солнечной энергии Украины составляет почти 720 пВт · ч; технический потенциал в среднем - только 0,48% от общего, а целесообразно экономический - 0,16% от технического. Таким образом, реальна летняя утилизация почти 54 ТВт · ч солнечной энергии * 59.

* 59: {Возобновляемая энергетика в Украине // Новости энергетики. - М .: Всеукр. энергетический комитет Всемирного энергетического совета, 2003. - №9. -С. 11.}

Основные показатели развития солнечной энергетики в период до 2030 г.. Представлены в табл. 5.2.

Срок эффективной эксплуатации гелиоэнергетического оборудования в южных областях Украины составляет семь месяцев (с апреля по октябрь), а в северных - пять (с мая по сентябрь). В Украине преобразования солнечной энергии в электрическую следует направлять в первую очередь на использование фотоэлектрических устройств. Наличие значительных запасов сырья, промышленной и научно-технической базы для изготовления фотоэлектрических устройств может не только обеспечить потребности отечественного потребителя, но и более двух третей продукции направить на экспорт.

Таким образом, основным показателем потенциала солнечной энергии для любого региона Украины является количество прямой и суммарной радиации за период оптимального использования солнечной радиации, то есть апрель-сентябрь. Поэтому наиболее целесообразным считается размещение гелиоустановок на Южном берегу Крыма, а также Причерноморской, Приазовской и Закарпатской низменностях. Уменьшение солнечной радиации в связи с пасмурными днями в Украинских Карпатах свидетельствует о нецелесообразности размещения там систем солнечного теплоснабжения. С целью обеспечения потребности в энергии в течение года (а не только в апреле-сентябре) следует комплексно использовать гелио- и ветро-энергоустановки.


Таблица 5.2. Основные показатели развития солнечной энергетики в период до 2030 г..

Показатель Сценарий Еденица измерения +2010 +2015 +2020 2025 2030
Установленная

электрическая

мощность
Пессимистический МВт 1 2 11 80 200
Базовый МВт 1 4 44 150 350
Оптимистичный МВт 2 27 97 210 570
Производство электроэнергии Пессимистический млн кВт • ч 1 4 26 196 490
Базовый млн кВт • ч 3 10 108 368 858
Оптимистичный млн кВт • ч 5 66 238 515 Тысяча триста девяносто семь
Производство теплоэнергии Пессимистический млн Гкал 0,152 0,516 1,319 2,745 5,040
Базовый млн Гкал 0,228 0,775 1,978 4,118 7,559
Оптимистичный млн Гкал 0,253 0,861 2,198 4,575 8,399

Ветроэнергетика - одно из важных направлений, который уже получил в Украине существенного развития в соответствии с Национальной энергетической программы, в которой предусмотрено перспективы использования нетрадиционных видов энергии до 2010 г.. Энергия ветра - это ветротурбины, объединяются в так называемые ветростанции. Стоимость сооружения этих установок составляет всего 1,25 долл. США в пересчете на ватт, а для АБС и ТЭС, работающих на угле, - соответственно 5 и 3 долл. США. Суммарная оценка мощности устойчивых ветров в нижних слоях атмосферы составляет 5000 ГВт * 60. Сейчас ветроэнергетические установки действуют почти в 95 странах мира. Например, Дания получает 8% электроэнергии от ветра; самая северная земля Германии - Шлезвиг-Голдштейн - 11; Наварра, промышленная провинция на севере Испании - 20%. Среди развивающихся стран, предшествует Индия с ее 900 МВт установленной мощности.

* 60: {Акимова И., Хаскин В.В. Экология. - М .: ЮНИТИ, 2002. - С. 275.

}

Мировые запасы ветроэнергии очень большие. Например, Китай, богатый ветроэнергии, мог бы удвоить производство электроэнергии только с помощью собственно ветра. Министерство энергетики США в реестре ветровых ресурсов отмечает, что три штата - Северная Дакота, Южная Дакота и Техас - имеют достаточно большие запасы ветроэнергии, пригодной для использования, чтобы обеспечить всю национальную потребность в электроэнергии. Украина также имеет мощные ресурсы ветровой энергии летний технический ветроэнергетическим потенциал оценивается в 30 ТВт • ч. Но технически достижимым и целесообразным является использование 15-19% природного годового объема энергии ветра.

Ветровую энергию уже использовали наши предшественники. По данным статистики, в дореволюционной России насчитывалось почти 30 тыс. Ветряков. Эту установку применяли почти в каждом украинском селе, однако паровая машина, а затем двигатель внутреннего сгорания вытеснили ее. Конечно, возможности использования этого вида энергии в разных местах Земли неодинаковы. Для нормальной работы ветровых двигателей скорость ветра не должна быть меньше 4-5 м / с в среднем за год, а лучше, когда она составляет 6-8 м / с для таких установок вредные слишком большие скорости ветра (ураганы), которые могут их разрушить . Наиболее благоприятными регионами, в которых можно использовать ветровую энергию, является побережье морей и океанов, степи, тундра, горные районы.

Распределение ветра на территории Украины обусловлено циркуляцией атмосферы и особенностями рельефа. На свойства ветровой энергии влияют такие формы рельефа:

- Узкая меридионально вытянутая долина, вокруг которой расположены повышение до 10 м над ее уровнем. Это преимущественно долины рек в юго-западной и западной частях Украины;

- Холмистая местность, небольшие долины равнинных или горных рек, повышение вокруг которых не превышают 40 м (Правобережье и Прикарпатья)

- Степная равнина, широкие долины рек с пологими склонами (южные и центральные области Украины и равнинная часть Крыма)

- Небольшие водораздельные плато (Донецкая и Приднепровская возвышенности)

- Крутые наветренных склонах значительных повышений, водораздельные плато крупных рек - долины Днепра и Днестра;

- Высокие плато и широкие водоразделы, горные перевалы (Украинские Карпаты и Крымские горы).

Основными показателями для расчета потенциала ветровой энергии является средняя и максимальная скорости ветра, при которых может работать генератор ветроэнергоустановки, а также минимальная скорость ветра, при которой может работать ветродвигатель. Значительный ветровой потенциал характерен для Донецкой возвышенности, Причерноморья и Приазовья, а также Южного берега Крыма, где средняя скорость ветра достигает в отдельных месяцах 7,2-7,6 м / с * 61. Итак, Украина имеет достаточно большой климатический потенциал ветровой энергии, обеспечивает продуктивную работу не только автономных ветроустановок, но и мощных ветроэлектростанций.

* 61: {Климат Украины / Под ред. В.М, Липинского, В.А. Дячук, В.М. Бабиченко. - М .: Изд-во Раевского, 2003. - С. 275.

}

Пионером строительства ветровых электростанций (ВЭС) в нашей стране был выдающийся украинский ученый, один из основоположников космонавтики, Ю. Кондратюк. Построена им еще в 1931 близ Севастополя ВЭС мощностью 100 кВт обеспечивала током городскую сеть более 10 лет. Сейчас в Европе и США серийно выпускаются небольшие ВЭС мощностью от 1,5 до 100 кВт. Особенно актуальным использование энергии ветра в Украине для Крыма. Если построить ВЭС на крымских яйлах от Керчи до Севастополя, то Крым может стать экспортером электроэнергии, ведь эти участки - зоны устойчивых и достаточно сильных ветров.

На сегодня, как известно, увеличивается потребность выявления перспективных мест использования ветровой энергии. Поэтому можно сделать следующие выводы:

- Самый высокий ветроэнергетический потенциал имеют побережья Черного и Азовского морей, Южный берег Крыма, вершины Украинских Карпат и Крымских гор. В этих районах условия витровикористання являются оптимальными в течение всего года, поэтому возможно размещение как мощных ВЭС, так и автономных ветроэнергоустановок;

- Высокий потенциал ветровой энергии свойственный Донецкой возвышенности, Причерноморской и Приазовской низменности. Здесь в течение года формируются благоприятные условия для витровикористання и эффективной работы мощных ВЭС и автономных ветроэнергоустановок;

- Достаточный ветроэнергетическим потенциал имеют Приднепровская и Подольская возвышенности, где условия витровикористання достаточно благоприятные, особенно в холодный период года;

- Невысокий ветроэнергетическим потенциал и неравномерное его распределение в течение года характерен для Полесской и Приднепровской низменности, поэтому здесь целесообразно строить тихоходные ветроэнергоустановки с повышенной рентабельностью в холодное время года;

- Низкий ветроэнергетическим потенциал свойственный Прикарпатья, Закарпатья и узких защищенных долин Украинских Карпат и Крымских гор, где условия витровикористання неблагоприятные.

Итак, в Украине большое количество территорий с ветропотенциалом, что обеспечивает более высокий уровень коэффициента использования номинальной мощности (КВНП) ветровых электроустановок (ВЭУ). В Международном научно-техническом центре (МНТЦ) ветроэнергетики НАН Украины проведен цикл работ, в результате которых избран перспективные площадки для строительства ВЭС (табл. 5.3).


Таблица 5.3. Прогнозные значения КВНП ВЭУ на некоторых перспективных

площадках Украины * 62

* 62: {Возобновляемая энергетика в Украине // Новости энергетики. - М .: Всеукр. энергетический комитет Всемирного энергетического совета, 2003. - № 9. - С. 23.}

№ п / п Перспективная площадка КВНП
1 Тарханкутская (западный Крым) 0,40
2 Черноморская (северный Крым) 0,40
3 Чаганська (север Керченского полуострова) 0,39
4 Кинбурнская (Николаевская область) 0,37

Украина можно считать лидером по развитию ветроэнергетики среди государств Восточной Европы и СНГ. Общая мощность ВЭС - более 45 МВт. Согласно проекту Энергетической стратегии Украины в 2010 г.. Мощность ветровых электростанций должна составлять 0,25-0,6 млн кВт · ч, в 2030 p. - 2-3,35 млн кВт · ч. Китай счел нужным установить более 150 тыс. Ветрогенераторов малой мощности (200 Вт) в труднодоступных районах, куда прокладывать энергосети нерационально. Некоторые местности в Дании, Германии и Испании получают 10-15% электроэнергии из ветрогенераторов. Современные ветроустановки ведущих немецких производителей имеют значительную мощность - от 3000 кВт до 4,5 МВт. В Украине налажено серийное производство ветрогенераторов мощностью 100 кВт, к серийному производству готовятся мощные отечественные генераторы - на 600 и 1000 кВт.

Реализация государственных национальных программ в области ветроэнергетики на 2010 г.. Предусматривает общее годовое производство электроэнергии на ветроэлектростанциях и автономных ветроустановках около 5,71 ТВт • ч, что позволит обеспечить почти 2,5% общегодового электропотребления в Украине * 63. Принятым постановлением Кабинета Министров Украины "Комплексная программа строительства ветровых электростанций в Украине до 2010 г.". от 3 февраля 1997 № 137 нормативно закреплено потребность ускоренного развития ветроэнергетики в Украине. Итак, исполнительные органы государства признали целесообразность сооружения новых генерирующих мощностей экологически чистую электроэнергию на базе технологии преобразования энергии ветра.

* 63: {Возобновляемая энергетика в Украине // Новости энергетики. - М .: Всеукр. энергетический комитет Всемирного энергетического совета, 2003. - № 9. - С. 27.}

Тарифная политика в отношении ветроэнергетики заключается в установлении тарифа, который отражал бы не только энергетическую составляющую продукции ВЭС, но и экологическую как неотъемлемый элемент качества электроэнергии. Такой тариф, который в мировой практике называется "зеленым", должна формироваться на основе определения себестоимости производства экологически чистой электроэнергии в тех электростанциях, в ближайшем будущем составят основу украинской энергетики.

В целях содействия освоению отечественного производства ветроэнергетических установок и оборудования для ветроэнергетики, которое соответствует новейшим достижениям в этой области, предполагается активное участие органов государственного управления в получении лицензий и необходимых инвестиций для освоения их производства. Динамика развития мощностей ВЭС в Украине на период до 2030 г.. Представленная в табл. 5.4.

Общий объем инвестиций на развитие ВЭС в период до 2030 г.. Составляет: для оптимистического сценария - почти 2500000000 долл. США, для базового - 2 млрд, а для пессимистического - 1500000000 долл. США.


Таблица 5.4. Развитие ветроэнергетики в Украине

Показатель Сценарий Еденица измерения +2010 +2015 +2020 2025 2030
Установленная

Мощность ВЭС
Пессимистический ГВт 0,25 0,5 0,9 1,4 2,0
Базовый ГВт 0,6 1,12 1,65 2,2 2,8
Оптимистичный ГВт 0,6 1,2 1,85 2,55 3,35
Производство электроэнергии Пессимистический млрд кВт • ч 0,26 0,66 1,58 2,7 4,38
Базовый млрд кВт • ч 0,63 1,48 2,89 4,24 6,13
Оптимистичный млрд кВт • ч 0,63 1,58 3,24 4,91 7,34

Определение себестоимости электроэнергии ВЭС осуществляется следующим образом (рис 5.2), в расчете, поданном на блок-схеме, принято нормативы, общеупотребительные в мировой практике, а именно:

- Стоимость основных фондов ВЭС состоит из стоимости ВЭУ + стоимость других капитальных затрат (строительно-монтажные работы, стоимость АСУ ВЭС и т.п.). Эти расходы завершают вычисления капитальных расходов и составляют по нормативу 30% от стоимости оборудования;

- Норматив годовых эксплуатационных расходов должен быть равен 2% от стоимости основанных фондов. Эти расходы полностью завершают расчет затрат на производство электроэнергии ВЭС.

Блок-схема и пример расчета себестоимости елек¬троенергии ВЭС

Рис. 5.2. Блок-схема и пример расчета себестоимости электроэнергии ВЭС * 64

* 64: {Методические основы формирования "зеленых" тарифов на электрическую энергию ветровых электрических станций. - М., 2003. - С. 6.}

Установлено, что все показатели эффективности инвестиционного проекта строительства ВЭС, и, в частности, себестоимость электроэнергии, больше зависят от коэффициента использования номинальной мощности (КВНП) ВЭУ. Соответствующее зависимость для ВЭУ моделей USW56-100 и Т600-48 изображено на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Зависимость себестоимости электроэнергии ВЭС от КВНП * 65

* 65: {Методические основы формирования "зеленых" тарифов на электрическую энергию ветровых электрических станций. - М., 2003. - С. 7.}

Из рис. 5.3 следует, что на перспективных площадках с большим ветропотенциалом себестоимость электроэнергии будет такой:

- Для ВЭУ модели USW56-100 средняя (за весь срок реализации проекта) себестоимость произведенной электроэнергии, при условии достижения КВНП уровня 0,15, не превышает 2,5 цента / кВт · ч (13,4 коп / кВт · ч);

- Для ВЭУ модели Т600-48 средняя (за весь срок реализации проекта) себестоимость произведенной электроэнергии, при условии достижения КВНП уровня 0,30 не превышает 1,7 цента / кВт · ч (9 коп / кВт · ч).

Текущая стоимость электроэнергии действующих ТЭС Украины не может быть мерой корректного сопоставления со стоимостью электроэнергии построенных ВЭС в связи с такими основными причинами:

- Основные фонды в тепловой энергетике Украины в значительной степени или полностью непригодны, так инвестиционная составляющая в текущих ценах на электроэнергию существенно ниже, чем того требует нормальное развитие энергосистемы страны;

- Продукция современных тепловых электростанций Украины не является сопоставлены с продукцией ВЭС вследствие существенно разных уровней экологической чистоты.

В процессе определения "зеленого" тарифа на электроэнергию ВЭС учтена необходимость расходования средств на содержание определенного резерва мощности ТЭС с целью обеспечения покрытия колебаний выработки электроэнергии ВЭС, связанных с стохастической сущностью ветра как энергетического ресурса. С экономической точки зрения витротехнология является самым дешевым способом выработки электроэнергии. Основное капиталовложения - это производство и монтаж генератора, затем дело по ветру. Как уже отмечалось, Украина имеет значительный ветроэнергетический потенциал. Ученые НАН Украины создали ветроэнергетическим атлас государства, дает возможность выбирать лучшие места для строительства ветроэлектростанций.

Энергия воды (гидроэнергия) также превращена энергией Солнца. Ниспадающая вода издавна использовалась с целью вращения лопастные колес и турбин. Сейчас гидроэнергия занимает первое место среди возобновляемых природных ресурсов. Для работы ГЭС на реках созданы водохранилища, часто даже каскады водохранилищ (см. Раздел "Водные ресурсы"). Гидроэнергетический потенциал всех рек мира оценивается в 2900 ГВт. На сегодняшний день фактически используется менее 1000 ГВт для выработки гидроэлектроэнергии. В мире действуют десятки тысяч ГЭС общей энергетической мощностью 660 ГВт.

Во Франции и Германии доля производства электроэнергии из альтернативных источников составляет 8%. В Украине этот показатель без учета производства электроэнергии на каскаде днепровских ГЭС (3-4%) не превышает 0,4%. Также в Украине в законсервированном или демонтированном состоянии почти тысяча малых гидроэлектростанций. Во времена промышленного гигантизма использовать энергию малой воды считалось нецелесообразным. Но все меняется, потребность в малых ГЭС увеличивается с каждым днем.

Сейчас ГЭС в структуре энергогенерирующего потенциала Украины не превышают 8,8% (сезонно в 2-2,5 раза меньше), что характеризует крайне неоптимальную структуру генерирующих мощностей. Гидроэнергетические мощности Украины состоят из Днепровского (3940 МВт) и Днестровского (744 МВт) каскадов и действующих малых ГЭС (100 МВт). Эксплуатируется Киевская ГАЭС мощностью 236 МВт. После многолетней эксплуатации (30-55 лет) оборудования Днепровского каскада находится в изношенном состоянии, морально устарело, поэтому нуждается в реконструкции и замены. В 1996-2002 pp. проведен первый этап реконструкции Днепровских ГЭС, охватывает почти 20% необходимого объема работ. Среднее многолетнее производство электроэнергии до 2030 г.. Вырастет с 10 до 19,3 ТВт · ч. С целью обеспечения выполнения запланированных мероприятий необходимо 22300000000 грн инвестиций.

Украина имеет мощные ресурсы гидроэнергии малых рек; общий гидроэнергетический потенциал малых рек составляет около 12,5 ТВт · ч в год, что составляет почти 28% общего гидропотенциала всех рек Украины. Целесообразно экономический потенциал малой гидроэнергетики составляет в среднем 30%, или 3,75 ТВт · ч в год. Верхний предел мощности оборудования для малой гидроэнергетики, согласно международной классификации, равно ЗО МВт. Технический гидроэнергетический потенциал малых рек составляет 0700000 кВт (6400000000 кВт - ч), или 30% от общего технического потенциала всех рек Украины (21500000000 кВт · ч). Экономический гидропотенциал малых рек Украины оценен в 1,3-1,6 млрд кВт · ч. Малые ГЭС могут быть мощной основой энергообеспечения всех регионов Западной Украины, а для некоторых районов Закарпатской и Черновицкой областей - источником полного самоенергозабезпечення.

Итак, конечной стратегической целью развития гидроэнергетики является полное освоение экономически и экологически обоснованного гидроэнергетического потенциала Украины. Масштабы и темпы, которые ожидаются во время развития гидроэнергетики, требуют создания структуры, которая взяла бы на себя общее руководство.

Энергия биомассы. По биомассы (т.е. органики, которая образовалась путем фотосинтеза), то ее можно сжигать, а также превращать в метан (природный газ) или спирт и использовать как топливо.

Кроме растительного материала, получать энергию можно и из различных твердых и жидких отходов, образующихся в больших количествах в процессе жизнедеятельности людей. Это бытовые отходы, канализационные стоки городов, стоки и отходы производства и переработки сельскохозяйственной продукции, многие органических остатков после лесозаготовок и переработки древесины и тому подобное. Сейчас уже есть технологи, позволяющие получать из этих органических остатков энергию.

Самое простое решение - сжигание органических отходов на специальных заводах, обеспечивает получение бытового тепла. Правда, этот процесс в 10 раз дороже, чем на ТЭЦ, однако главной задачей здесь является не получение тепла, а охрана окружающей среды. Но существуют пути удешевления этого процесса: производство на таких заводах не только тепла, но и электроэнергии (такой опыт уже имеет Япония). Недостаток технологий заключается в том, что при сжигании мусора образуются новые отходы - твердые и газообразные. Нужны специальные фильтры, а это еще больше удорожает процесс.

Есть другой метод переработки органических отходов, имеет много преимуществ, - биотехнологический с использованием метанобактерий. Эти микроорганизмы активно развиваются в любых органических остатках, а в результате процессов их жизнедеятельности образуется биогаз - смесь метана (70%) и углекислого газа (30%). Теплоемкость биогаза достаточно велика: 1 м 3 образует столько тепла, сколько 600-800 г антрацита. Тонна органических остатков (навоз, мусор и др.) Дает до 500 м8 биогаза. Хотя этот процесс происходит медленно, но несомненной его преимуществом является то, что более 80% энергии, содержащейся в сточных водах или отходах, выводится в виде горючего газа. На самом деле вместо выработки электроэнергии целесообразнее использовать биомассу для выработки тепла. То есть реальный потенциал с точки зрения электроэнергетики еще меньше. Бывают случаи, когда применение биогаза может быть экономически привлекательным (зачем тянуть газопровод к удаленному хутора, если он может обеспечить газом местная свиноферма?). Однако биомасса не удовлетворяет даже сегодняшние потребности Украины в электроэнергии, не говоря об их увеличении в будущем.

Технология получения биогаза проста: навозом, мусором, соломой, письмом заполняют бетонные емкости или колодцы любой величины. Они должны быть плотно закрыты, чтобы туда не попадал кислород. Газ, образующийся в процессе брожения, отводят в приемные устройства или непосредственно в газовую плиту. Такие установки действуют в Китае (в основном в сельской местности), многие из них также в Индии. Первые биогазовые установки создали в Индии в 1990 году., Позже - в Германии, Англии, США. В бывшем СССР первые биореакторы были разработаны в Латвии 1949, затем - в Грузии. В Украине первый биореактор создали в Запорожье 1959

Внедрение технологий производства топливного этанола и биодизельного топлива. Украина имеет значительный потенциал для внедрения технологий производства топливного этанола и биодизельного топлива из рапса и сои. Объемы использования этанола определяться внутренними его потребностями как антидетонационной добавки к бензинам, целесообразностью использования непосредственно в качестве моторного топлива в автотракторной технике и объемами возможного экспорта. Производство биодизельного топлива из рапса и сои в перспективе обусловливаться его конкурентоспособности относительно традиционных видов топлива, поскольку на сегодня оно дороже чем традиционное дизельное топливо, а его использование в развитых странах вызывается значительно меньше негативным воздействием на окружающую среду. С целью получения биодизельного топлива можно использовать также подсолнечное и кукурузное масла, но чаще всего применяют рапсовое, ведь себестоимость производства зерна рапса по сравнению с другими масличными культурами, самая низкая.

Биотопливо на основе растительного масла еще в 1853 изобрели англичане. В конце XIX в. известный немецкий инженер и конструктор Рудольф Дизель разработал двигатель, работавший на таком топливе. Тогда биотопливо было гораздо дороже, чем обычные дизельное топливо, которое получали из нефти. В связи с этим оно не получило широкого использования, и о нем даже забыли на долгое время, а использование дизельных двигателей перевели на более дешевое топливо, получили путем перегонки сырой нефти.

И только в конце XX в. снова возник интерес к биотопливу и начались интенсивные разработки новых технологий его получения. Использование во многих развитых странах биодизельного топлива обусловлено, помимо уменьшения количества нефти в недрах Земли, его значительно меньше негативным воздействием на среду. Например, в продуктах сгорания биотоплива на 8-10% меньше окиси углерода, почти на 50% меньше сажи и значительно меньше серы, чем у обычного дизтоплива. В случае попадания биодизельного топлива в воду или почву оно практически полностью распадается в течение 25-30 дней, в то время как 1 кг минеральных нефтепродуктов может загрязнить почти 1 млн питьевой воды, уничтожив в ней всю флору и фауну.

С целью внедрения технологий производства топливного этанола предполагается, главным образом, соответствующая реконструкция спиртовых заводов, что обеспечит минимальный объем необходимых инвестиций. Производство биодизельного топлива планируется, прежде всего, на небольших установках для обеспечения нужд транспорта собственно сельскохозяйственных предприятий - производителей сои или рапса, а также на экспорт. Для создания демонстрационных проектов по переработке растительного масла на моторное топливо в ближайшие 3-5 лет могут применяться разработанные в Украине технологии и оборудование.

В связи с необходимостью создания соответствующего парка автотракторной техники для непосредственного использования этанола и биодизельного топлива с целью широкого использования их в качестве моторного топлива, в ближайшие 10-15 лет они будут использоваться преимущественно в качестве добавок к традиционным видам топлива. В дальнейшей перспективе предполагается их использование в качестве полноценных видов моторного топлива за существенного роста объемов использования, чему должно способствовать повышение стоимости традиционных топлив, экологических потребностей, рост урожайности и насыщенность внутреннего и внешних рынков продукцией агропромышленного комплекса страны.

Благоприятные агроэкологические условия для выращивания озимого и ярового рапса в Украине на Полесье и в Лесостепи. Наряду с традиционным регионом, где выращивают рапс, - Западная Украина - наиболее перспективными считаются Черниговская, Сумская, Полтавская и Черкасская области, в которых за последние годы наблюдается стремительный рост (в 20-25 раз) валовых сборов озимого рапса. Чтобы быть конкурентоспособным на рынке нефтепродуктов, стоимость биодизельного топлива должно быть хотя бы на 5-10% меньше, по сравнению с традиционным дизтопливом. В условиях Украины рыночная стоимость рапса не позволяет пока это осуществить. Поэтому некоторые хозяйства планируют самостоятельно выращивать рапс и получать с него масло. При этом отходы от переработки сырья можно использовать для кормления животных или в качестве удобрения, а глицерин - в фармакологии.

Объемы использования топливного этанола и биодизельного топлива по сценариям внедрения НВДВ приведены в табл. 5.5. Согласно Проектом энергетической стратегии Украины на период до 2080 p., Общий объем инвестиций для обеспечения соответствующих объемов производства этих моторных топлив составляет: для оптимистического сценария - почти 0130000000 долл. США, базового - почти 0100000000, а для пессимистического - 0080000000 долл. США.

Таблица 5.5. Замещение моторного топлива топливным этанолом и биодизельным

топливом, млн т условного топлива (у. п.)

Показатель Сценарий +2010 +2015 +2020 2025 2030
Объемы замещения моторных топлив Пессимистический 0,104 0,255 0,546 1,092 1,638
Базовый 0,131 0,357 0,819 1,502 2,184
Оптимистичный 0,163 0,446 1,065 1,952 3,058

Итак, на нужды транспорта в Украине ежегодно тратится бензина 12 млн т и дизельного топлива, производимого из нефти, - 15. Проект Энергетической стратегии предусматривает существенное увеличение объемов использования альтернативных источников производства моторного топлива. Планируется, что объемы производства топливного этанола (который может замещать бензин) и биодизельного топлива, изготовленного из масла сои и рапса, составят 100-160 тыс. Т в 2010 г.. И 1,6-3,1 млн т - в 2030 г.. С помощью развитой спиртовой промышленности производство моторного этанола в Украине имеет большие перспективы. Этанол совместим с бензином, КПД двигателя при его использовании увеличивается на 5%, а вредные выбросы в атмосферу уменьшаются на треть. Сейчас лидером производства этанола из сахарного тростника является Бразилия - 12 млрд л, или 10 млн т ежегодно. Украина - большая аграрная государство, поэтому производство этанола и биодизеля должна стать здесь приоритетом. С 1 га плантации рапса получают в среднем 1 т биодизеля. Учитывая современные цены на топливо, выращивание рапса экономически обоснованное и рентабельно.

Ресурсы возобновляемой топливной биомассы составляют в Украине почти 115-120 млн т в год. Эти ресурсы, при условии их полного использования, позволили бы заместить на треть объемы традиционного топлива. Например, такие виды топлива, как солома или камыш, игнорируются и считаются вторичными. Ежегодно после сбора зерновых на огромных площадях сжигают солому, что формально запрещено по экологическим соображениям, однако аграрии не учитывают это. Между тем сельхозпроизводители могут зарабатывать на соломе деньги, но спроса на нее нет. Так же используется в качестве топлива и камыш, он является тысячи тонн в лиманах и заливах Днепра, Десны, Южного Буга, Дуная, на озерах, болотах и прудах. Действительно, в системах индивидуального отопления солома и камыш как топливо не очень практичны: они требуют немало места для складирования, тюки громоздкие при транспортировке. Однако эти недостатки являются малозначительными в процессе энергетического сжигания дешевой соломы в коммунальных энергетических системах малых и средних городов и поселков, где каждого отопительного сезона в основном население замерзает в связи с нехваткой средств на закупку достаточного количества энергетического угля, мазута или газа.

Несколько отечественных предприятий (в Ровно и Житомире) освоили серийное производство высокоэффективных промышленных отопительных котлов, топливом для которых является солома и другие органические горючие материалы (например, отходы деревообрабатывающей и бумажной промышленностей). Однако в Украине на эти котлы нет спроса, зато их с удовольствием покупают немецкие, австрийские, испанские и французские энергетические и коммунальные компании, ведь это выгодно - зарабатывать деньги на отходах. В Украине ежегодно теряется или сжигается 5 млн т избыточной соломы. С т соломы при сгорании за теплотворными характеристиками заменяет 1 тыс. М3 природного газа. При этом 1 т соломы стоит 30-40 грн, а 1 тыс. М3газу - 250-300 грн, предполагается, что газ будет стоить гораздо больше. Экономический эффект от использования возобновляемой топливной биомассы очевиден. Особенно выгодно устанавливать такие котлы в райцентрах и городах областного значения, непосредственно расположенные вблизи источников возобновляемой горючей биомассы. Только путем сжигания в тепловых котлах избыточной соломы в Украине можно уменьшить ежегодное потребление природного газа в коммунальном хозяйстве на 1,4-1,6 млн м 3. Резервы для энергосбережения и использования альтернативных источников энергии в Украине огромны, но их нужно как можно быстрее освоить.

По оценкам сотрудников Института технической теплофизики НАН Украины, общий потенциал биомассы, доступный для энергетического использования в Украине, составляет 17600000 т у. п. (оптимистичный прогноз), по вероятным прогнозом - 10600000 т у. п. В обоих случаях основную часть потенциала составляют отходы сельского хозяйства (солома, стебли и т.д.). Одно из главных отличий между прогнозами заключается в оценке потенциала соломы. Согласно вероятным подходом, только 20% всего количества соломы может использоваться для энергетических целей. Кроме того, здесь не учитывался потенциал топлива из твердых бытовых отходов и биогаз, полученный из сточных вод. Доля биоэнергетики от общего потребления первичных энергоносителей в отдельных странах такая: в США - 3,2%, в Дании - 8, Австрии - 11, Швеции - 19, Финляндии - 21%.

В Проекте Энергетической стратегии Украины на период до 2030 определены перспективы развития применения отходов биомассы в энергетических целях с учетом следующих факторов:

- Отходы биомассы является значительным нетрадиционным источником, с помощью которого пополняется топливная база Украины. Общие годовые объемы таких отходов в Украине на сегодня оцениваются в 120 млн т, что эквивалентно 22 млн т у. п. Технически доступны для использования в энергетике ресурсы биомассы оцениваются в 14 млн т у. п. в год. Возрождение и дальнейшее развитие отечественной экономики приведет дальнейшее увеличение объемов отходов биомассы;

- Промышленное освоение отходов биомассы - это сложная проблема, связанная с незначительным удельным содержанием энергии, пространственной рассредоточенность, сезонностью, нестабильностью физико-химических свойств и объемов возможного их использования и т.д.;

- Наличие большого количества технологий использования отходов биомассы - непосредственное сжигание, превращение в горючие газы (биогаз и генераторный газ), технологии получения спирта, пищевых добавок и удобрений, что затрудняет прогнозирование объемов и направлений их использования;

- Предвидение экономической ситуации в стране на ближайшие 10-15 лет делает маловероятной возможность значительного государственной поддержки реализации проектов по использованию отходов биомассы в энергетических целях, а собственные ресурсы и местных бюджетов будут направлены на восстановление и увеличение производства основной продукции, улучшения ее качества и конкурентоспособности, внедрение мероприятий по энергосбережению, решение более насущных социальных проблем;

- Внедрение технологий применения отходов биомассы с энергетической целью является одним из направлений оптимизации процессов утилизации этих отходов и не может рассматриваться непосредственно как создание энергетических мощностей в стране. Такое внедрение позволяет во многих случаях только уменьшить расходы на утилизацию отходов и / или получить дополнительный экологический эффект.

Учитывая перечисленные факторы, выясним уровне развития и использования отдельных видов отходов биомассы в Украине на период до 2030

Утилизация бытовых твердых отходов (ПТВ) с получением энергетического эффекта предполагает их сжигания с производством электрической и тепловой энергии на мусоросжигательных заводах и получения из полигонов их складирования горючего газа (ГГ), что может использоваться как моторное топливо или для производства преимущественно электрической энергии. Тепловая энергия, которую получают в процессах производства электроэнергии на основе ГГ, учитывая отсутствие, как правило, других потребителей тепла в районе таких полигонов, будет применяться с целью интенсификации процессов получения ГГ и на собственные нужды полигонов, а именно для отопления служебных помещений, горячего водоснабжения и тому подобное. В качестве источника инвестиций предусматриваются платежи за утилизацию ПТВ и средства местных бюджетов.

В Проекте энергетической стратегии Украины на период до 2030 г.. Указано, что, учитывая прогнозы развития экономики страны рассчитывать на появление условий для строительства мусоросжигательных заводов и обустройство полигонов с системами сбора ГГ в Украине можно не ранее, чем в 2010-2015 pp. Это объясняется необходимостью значительных капиталовложений, существенного увеличения уровней платежей за утилизацию ПТВ, налаживание производства и освоения соответствующих технологий. Поэтому широкое освоение этих технологий возможно после 2010-2015 pp. Прежде всего предполагается создание мощных мусоросжигательных заводов (60-70 т ПТВ в час) в больших городах Украины и обустройства крупнейших полигонов складирования ПТО системами сбора ГГ.

Прогнозы замещения органического топлива путем использования энергетического потенциала ПТВ в Украине приведены в табл. 5.6. Общий объем инвестиций с целью обеспечения привлечения к топливно-энергетического баланса страны этого вида НВДБ без учета расходов на обустройство свалок для получения ГГ составляет для оптимистического сценария почти 2300000000 долл. США, базового - 1750000000 долл. США, а для пессимистического - 1100000000 долл. США.

Утилизация отходов древесины и производства сельскохозяйственных культур (избыток соломы злаков, стебли и початки кукурузы, стебли и корзины подсолнечника, костра лубяных культур) с получением энергетического эффекта возможна по технологиям их непосредственного сжигания в энергетических установках и путем конверсии на горючие газы (биогаз и генераторный газ) с последующим использованием в качестве моторного, так и котельно-печного топлива.

Таблица 5.6. Замещение органического топлива путем энергетического

Использование ПТВ, тыс. Т у. п.

Показатель Сценарий +2010 +2015 +2020 2025 2030
Объемы замещения органического топлива, в том числе: Пессимистический 26 92 295 520 0,738
Базовый 52 420 626 858 +1164
Оптимистичный 113 579 853 1 312 Тысяча шестьсот шестьдесят девять
Сжигание ССЗ Пессимистический 26 92 275 432 550
Базовый 52 419 576 693 811
Оптимистичный 111 576 707 850 929
Утилизация ГГ со свалок Пессимистический 0 1 20 88 188
Базовый 0 2 50 165 353
Оптимистичный 2 4 147 461 740

Поскольку технологии непосредственного сжигания этих отходов с получением тепла в Украине отработано, для них выпускается отечественное оборудование и они экономически целесообразны учитывая широкое внедрение, тогда как технологии их конверсии в биогаз и генераторный газ потребует решения ряда вопросов с целью обеспечения - уточнение технико экономических показателей соответствующих технологий, экономической эффективности использования этих газов для производства электроэнергии и / или тепла и в качестве моторного топлива. Поэтому в ближайшие 10-15 лет предполагается широкое внедрение технологий непосредственного сжигания этих отходов. В этот период необходимо отработать технологии конверсии этих отходов в газ и реализовать пилотные проекты при финансовой поддержке органов центральной и местной власти. За получение положительного результата предполагается внедрение таких технологий в 2015-2030 pp.

Промышленное внедрение технологий утилизации этих отходов с получением энергетического эффекта планируется за счет средств соответствующих предприятий - прибыль, амортизационные отчисления, кредиты.

Прогнозирование замещения органического топлива путем использования энергетического потенциала этих отходов в Украине приведены в табл. 5.7. Общий объем инвестиций для обеспечения привлечения к топливно-энергетического баланса страны этого вида НВИЭ, без учета затрат на получение биогаза и генераторного газа, составляет для оптимистического сценария почти 0750000000 долл. США, базового - 0660000000 и для пессимистического - 0420000000 долл. США.

Таблица 5.7. Замещение органического топлива путем энергетического

использование отходов древесины и производства

сельскохозяйственных культур, млн т у. п.

Показатель Сценарий +2010 +2015 +2020 2025 2030
Объемы замещения органического топлива Пессимистический 1,182 1,460 1,825 2,281 3,193
Базовый 1,434 2,555 3,066 3,679 4,231
Оптимистичный 1,774 2,798 3,358 4,029 4,714

Утилизация канализационных стоков населенных пунктов Украины с получением энергетического эффекта предусматривает производство биогаза с использованием технологии анаэробного брожения (сбраживания) и последующим его применением в качестве моторного топлива, для производства электроэнергии и / или тепловой энергии.

В ближайшие 3-5 лет при поддержке общегосударственного и местных бюджетов, грантов экологических фондов и кредитов международных финансовых организаций планируется проводить работы по определению эффективных технологий утилизации канализационных стоков и их энергетического использования, наладить производство соответствующего оборудования для широкого их внедрения в последующий период, в котором главным источником инвестиций предусматриваются платежи за утилизацию ПТВ и средства местных бюджетов.

Ожидается, что в 2020-2025 гг. Почти все канализационные стоки утилизуватимуться с применением таких технологий.

Прогнозирование замещения органического топлива путем использования энергетического потенциала канализационных стоков (КС) в Украине приведены в табл. 5.8.

Таблица 5.8. Замещение органического топлива путем энергетического

использование биогаза с КС, тыс. т у. п.

Показатель Сценарий +2010 +2015 +2020 2025 2030
Объемы замещения органического топлива Пессимистический 17 171 456 798 855
Базовый 20 198 528 924 990
Оптимистичный 22 216 576 1008 1 080

Согласно Проектом энергетической стратегии Украины на период до 2030 p., Общий объем инвестиций для обеспечения привлечения к топливно-энергетического баланса страны этого вида НВДБ, без учета затрат на создание инфраструктуры для его получения, составляет для оптимистического сценария почти 0480000000 долл. США, базового - 0370000000, а для пессимистического - 0260000000 долл. США.

Утилизация стоков животноводческих ферм и птицефабрик (СТФП) с получением энергетического эффекта заключается в производстве биогаза с использованием технологии анаэробного брожения (сбраживания) и последующим его применением в целях производства электроэнергии и / или теплоэнергии.

Поскольку внедрение таких технологий будет экономически оправданным при значительного увеличения требований к утилизации и использования СТФП, а также в связи с необходимостью определения эффективных технологий получения и применения биогаза для различных видов животных и птицы, на больших фермах и птицефабриках в условиях Украины, налаживание в стране производства соответствующего оборудования, предполагается, что в ближайшие 5-10 лет главное внимание будет уделяться вопросам освоения этих технологий.

Широкое внедрение этих технологий планируется в период 2010-2020 гг., Прежде всего, на крупных фермах и птицефабриках, с последующим их внедрением на средних и небольших. Для крупных ферм и птицефабрик предполагается, прежде всего, внедрение установок комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на основе газовых двигателей, дизель-генераторов и газовых турбин. Для малых ферм и птицефабрик планируется внедрение технологий преимущественно непосредственного сжигания биогаза с целью получения тепла для отопления и приготовления пищи и т.

В процессе оценки возможности замещения биогаза других видов органического топлива по разным сценариям использования СТФП (табл. 5.9) учтено, что его значительные объемы использоваться непосредственно для обогрева метантенкив * 66. Широкое внедрение технологий утилизации СТФП с получением энергетического эффекта предполагается за счет средств соответствующих предприятий и фермерских хозяйств - прибыль, амортизационные отчисления, кредиты.

* 66: {Метантенк - резервуар для обезвреживания с помощью бактерий и других микроорганизмов (без доступа воздуха) осадков, выделяемых в отстойниках при очистке сточных вод.}

Таблица 5.9. Замещение органического топлива путем энергетического

использования биогаза, полученного при утилизации СТФП,

тыс. т у. п.

Показатель Сценарий +2010 +2015 +2020 2025 2030
Объемы замещения органического топлива Пессимистический 7 37 224 448 523
Базовый 22 112 669 Одна тысяча триста тридцать восемь Тысяче пятьсот шестьдесят одна
Оптимистичный 39 195 +1167 2335 2724

Согласно Проектом энергетической стратегии Украины на период до 2030 p., Общий объем инвестиций для обеспечения привлечения к топливно-энергетического баланса страны биогаза, полученного при утилизации СТВФ, без учета затрат на создание инфраструктуры для его получения, составляет: для оптимистического сценария - около 1 млрд долл. США, базового - 0470000000, а для пессимистического - 13 млрд долл. США.

Путем утилизации всех видов биомассы с получением энергетического эффекта по пессимистическому сценарию планируется замещение органического топлива в объемах почти 5300000 ту. п., по базовому - около 8, а по оптимистическому - около 10200000 т у. п., при общих объемов инвестиций в период с 2030 для оптимистического сценария - почти 4500000000 долл. США, базового - 3250000000, а для пессимистического - 1900000000 долл. США.

К неисчерпаемым источникам энергии относятся также геотермальная энергия, энергия приливов и отливов, энергия морских волн.

Геотермальная энергия (или энергия внутреннего тепла Земли) - это тепло земных недр, уже давно используется в Калифорнии, Мексике и Японии, на Филиппинах. В общем геотермальная энергия Земли оценивается мощностью почти 32 тыс. ГВт. ее значительные выходы на поверхность локализованы в районах вулканической деятельности, где концентрация подземного тепла очень велика. Если комплекс горных пород, имеющих пористость и проницаемость, окажется у приповерхностного магматического тела, которое вошло в континентальную кору, то возникает подземный резервуар пара и воды, нагретых магмой. Горячая вода и пар, что есть в порах пород, образуют так называемые геотермальные бассейны. Если в таком бассейне содержатся проницаемые горные породы, то горячая вода и пар могут выводиться на поверхность через буровые скважины и использоваться с целью приведения в действие электрических турбин. Поскольку пара пригодна для энергогенерирующих турбин, то по сей день осваиваются только те геотермальные бассейны, в которых пара. Они применяются в Исландии, Италии, Индонезии, России, США и Новой Зеландии; в будущем планируется освоение ряда других бассейнов.

В некоторых районах геотермальные горячей воды уже используются в целях обогрева домов, плавательных бассейнов и теплиц, но, хотя количество примеров такого применения быстро увеличивается, они все же имеют небольшое значение по сравнению с производством электроэнергии. В холодной Исландии в оранжереях, обогреваемых термальными водами, выращивают даже бананы, а столица страны - Рейкьявик - в течение последних 40-50 лет полностью отапливается подземным теплом. В США (штат Нью-Мексико) работает другая термальная электростанция. Здесь на глубине 4 км скальные породы нагреваются до температуры 185 ° С. Вода, закачивается насосами через скважину, нагревается и уже в виде пара при температуре 150 ° С возвращается на поверхность, где вращает турбины электростанции, с помощью чего поселок с двухсоттысячную населением получает электроэнергию, а отработанная горячая вода подается в систему центрального отопления.

К сожалению, конвективный тепловой поток через центры вулканизма на суше мал (почти 0,3 · 1012Вт). По данным экспертов геологической службы СЕЛА, мировые запасы геотермальной энергии на глубине до 3 км составляют примерно 8 · 1019 Дж. Это слишком малое количество. Поэтому геотермальная энергия, подобно энергии приливов, будет только местное значение но не играет большой роли в глобальном масштабе. Однако геотермальные воды эффективно используются в сельском хозяйстве. Например, на Северном Кавказе себестоимость тепличных овощей, выращенных на геотермальных водах в 1,5 раза дешевле, чем там, где парники обогреваются с помощью котельных, работающих на мазуте. Нефтяники часто находят здесь термальные воды, которые попадают из скважины вместо нефти.

Украина имеет значительные ресурсы геотермальной энергии, общий потенциал которых в программе государственной поддержки развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и малой гидро- и теплоэнергетики оценивается в 438 ТВт · ч в год, что эквивалентно запасам топлива в объеме 50 · десять 6 т условного топлива * 67 . Геотермальные ресурсы Украины состоят, прежде всего, с термальных вод и тепла нагретых сухих горных пород. Кроме этого, перспективными для использования в промышленных масштабах является ресурсы нагретых подземных вод, которые выводятся с нефтью и газом действующими скважинами нефтегазовых месторождений. Сейчас самым распространенным и пригодным для технического использования источником геотермальной энергии в Украине геотермальные воды.

* 67: {Воспроизводящая энергетика в Украине // Новости энергетики. - М .: Всеукр. энергетический комитет Всемирного энергетического совета, 2003. - №9. - С 32}

На сегодня в Украине нет ни одной установки типа термальной электростанций, однако перспективными зонами для применения геотермальной энергии считаются Карпаты, Закарпатье и Крым. Во время преобразования геотермальной энергии возникает проблема отработанных подземных вод. Как правило, они сильно минерализованные, и поэтому их нельзя спускать в реки. С некоторых таких "рассолов" добывают йод, бром, литий, цезий, стронций, рубидий и еще некоторые элементы. Отработанные воды снова закачивают в подземные горизонты с целью повторного использования тепла Земли.

В Проекте энергетической стратегии Украины на период до 2030 г.. И в дальнейшей перспективе отмечено, что на умеренных глубинах, доступных для современной техники, на большинстве территории Украины существуют перспективные условия для использования глубинной теплоты Земли. Перспективными районами ее использования прежде всего является Крым, Закарпатье, Прикарпатье, Черниговская, Донецкая, Полтавская, Харьковская, Луганская, Херсонская, Запорожская, Львовская, Ивано-Франковская области (рис. 3.7).

Прогнозные потенциальные объемы производства тепловой энергии на основе использования геотермальной энергии приведены в табл. 5.10. Объем инвестиций в период до 2030 г.. Для обеспечения соответствующих объемов развития геотермальной энергетики составляет: для оптимистического сценария - почти 0970000000 долл. США, базового - 0600000000, для пессимистического - 0390000000 долл. США.


Таблица 5.10. Развитие геотермальной энергетики в Украине, млн Гкал

Показатель Сценарий +2010 +2015 +2020 2025 2030
Производство

тепловой

энергии
Пессимистический 0,114 0,286 0,643 1,644 3,217
Базовый 0,186 0,615 1,330 2,759 4,904
Оптимистичный 0,357 1,072 2,216 4,504 7,935

Относительно энергии морей и океанов, то в Мировом океане содержится огромный энергетический потенциал. Это, во-первых, солнечная энергия, поглощенная океанской водой, оказывается в энергии морских течений, волн, прибоя, разности температур различных слоев морской воды и, во-вторых, энергия притяжения Луны и Солнца, вызывает морские приливы и отливы. Используется этот огромный и экологически чистый потенциал крайне мало.

В приливах и отливах, сменяющих друг друга дважды в день, также огромная энергия. Самая такая энергетическая установка - это здание плотины с турбинами вдоль устья залива, но это может вызвать существенную деградацию окружающей среды. Разработаны и уже действуют электростанции, использующие энергию морских приливов. Выгодные они в тех участках побережья Мирового океана, где приливы бывают высокими. К таким участкам относятся: канадская залив Фанди (высота прилива составляет 17 м), пролив Ла-Манш (15 м), Пенжинська залив Охотского моря (13 м) и др. На побережье Черного моря высота приливов очень незначительна. Сейчас построен и работает несколько приливных электростанций: в устье р. Ране на побережье Ла-Манша (Франция) мощностью 240 тыс. КВт, Кислогубская в Польской заливе (Россия) мощностью 400 кВт и тому подобное.

Об использовании энергии морских волн, то выход энергии в современных волновых генераторов с учетом затрат на их сооружение и эксплуатацию равна нулю или вообще отрицательный. Одна из первых электростанций, применяет энергию морских волн, построили еще в 1970г. У норвежского м. Берген. Она имеет мощность 350 кВт и обеспечивает энергией поселок из 100 домов. Возможности создания мощных волновых станций исследуют ученые из Великобритании, США и Японии. Все типы морских волновых электростанций, строящихся и действующих на сегодня, созданы по единому принципу: в специальном буи-поплавке под действием волны колеблется уровень воды, что вызывает к сжатию в нем воздуха, движет турбину. В экспериментальных электростанциях даже небольшие волны высотой 35 см заставляют турбину увеличивать скорость более 2 тыс. Оборотов в минуту.

В океане иногда довольно близко расположены слои воды с разной температурой. Самая большая разница температуры (до 20-22 ° С) в тропической зоне Мирового океана. На этом основывается принцип получения электроэнергии. В специальный теплообменник закачивается насосами холодная глубинная вода и нагретая солнцем поверхностная. Рабочий агент (фреон), как в домашнем холодильнике, поочередно испаряется и переходит в жидкое состояние в различных частях теплообменника. Пара фреона движет турбину генератора. Сейчас такая установка мощностью 100 кВт действует на тихоокеанском острове Науру, обеспечивая энергетические потребности его населения. Если эффективность использования энергии разности температур составит 1%, то и в этом случае потенциал термальной энергии океана превысит потенциал всех топливных полезных ископаемых * 68.

* 68: {Скиннер Б. Хватит ли человечеству земных ресурсов? - М .: Мир, 1989. - С. 187.}

Работа всех упомянутых выше электростанций не приводит загрязнения окружающей среды, в том числе и теплового, поскольку они только превращают аккумулированную в волнах, приливах энергию Солнца, Луны и т. Итак, основным преимуществом использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) является их неисчерпаемость и экологическая чистота, что способствует улучшению экологического состояния и не приводит к изменению энергетического баланса планеты. Так, страны Европейского Союза планируют увеличить часть ВИЭ до 2010 г.. С б до 10-12%. Исследования, проведенные по инициативе ООН, свидетельствуют, что доля ВДБ в мировом балансе потребления первичных энергоресурсов (ТЭР) в 2050 составит почти 50% * 69.

* 69: {Воспроизводящая энергетика в Украине // Новости энергетики. - М .: Всеукр. энергетический комитет Всемирного энергетического совета, 2003. - №9. - С 36}

Перспективные регионы Украины


Итак, для Украины вследствие значительного уменьшения собственных традиционных топливно-энергетических ресурсов нужно решить важную стратегическую задачу по повышению эффективности производства, преобразования и использования всех видов энергии. Главными направлениями развития современной энергетики Украины является разработка и внедрение высокоэффективных энергосберегающих технологий в традиционной энергетике, широкое использование альтернативных, в том числе нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

Возобновляемую энергетику в Украине признали на государственном уровне и поддержали в ряде государственных программ, основной целью которых является построение стабильной энергетической базы. Научно-технический уровень промышленности страны при соответствующем финансового и законодательного обеспечения пригоден для реализации предусмотренных перспектив в развитии возобновляемых источников энергии (табл. 5.11).

Таблица 5.11. Перспективные направления и уровни замещения традиционных энергоресурсов шляхомо своение ВИЭ в Украине до 2030 г.. * 70

* 70: {Воспроизводящая энергетика в Украине // Новости энергетики. - М .: Всеукр. энергетический комитет Всемирного энергетического совета, 2003. - №9. - С 37}

Направления Объемы замещения ТЭР за счет ВДБ по годам, тыс. Т у. п. в год
Освоение ВИЭ +2001 +2005 +2010 +2015 +2020 2025 2030
Ветроэнергетика 14,4 1 58 591 2751 4289 6378 8901
Солнечная

энергетика
2,44 14,6 50,5 145,1 328,0 590,06 927,6
Гидроэнергетика +3857 3817 4065 +4128 4565 4911 5143
Биоэнергетика 988,0 Одна тысяча двести шестьдесят семь +2662 4474 6318 7880 9215
Геотермальная энергетика 7,5 110,0 262,0 1983 3733 5459 7000
Общие объемы 4 869,34 5 366,6 7 630,5 13 481,1 19 233,0 25 219,0 31 186,6

Результаты расчетов свидетельствуют о том, что энергетическая база ежегодно может увеличивать объемы экономии традиционных топливно-энергетических ресурсов за счет использования ВИЭ. Применение последних в Украине может обеспечить достижение доли ВИЭ в общем энергообеспечении следующим образом: на 2005 г.. - 2,7% (5400000 т у. П.); 2 010 p. - 3,8% (7600000 т у. П.); 2020 - 9,6% (19200000 т у. П.); 2030 - 15,5% (31 млн т у. П.) По сравнению с современными объемами годового энергопотребления в Украине (200 млн т у. П.). Итак, в 2030 г.., При условии создания благоприятных условий для развития ВИЭ, можно достичь использования 15-16% общегодового технически достижимого энергетического потенциала возобновляемых источников энергии.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >