Нетрадиционная энергетика и энергоресурсосбережение

Нетрадиционная энергетика и энергоресурсосбережение. Вклад возобновляемых источников энергии в энергетику

Выделяют четыре направления энергетики: традиционная энергетика на органическом топливе (уголь, газ, нефть, нефтепродукты); гидроэнергетика; атомная энергетика; возобновляемые источники энергии (ВИЭ).

Кроме того, в энергетике пользуются следующими понятиями: большая и малая энергетика; альтернативные источники энергии; централизованная энергетика и автономные источники энергии; нетрадиционная энергетика; нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ).

В понятие нетрадиционная энергетика мы будем вкладывать четыре основных направления.

• Возобновляемые источники энергии (солнечная энергия, ветровая, биомасса, геотермальная, низкопотенциальное тепло земли, воды, воздуха, гидравлическая, включая мини-ГЭС, приливы, волны). Подчеркнем, что большие ГЭС обычно не включаются в возобновляемые источники энергии.
• Вторичные возобновляемые источники энергии (твердые бытовые отходы - ТБО, тепло промышленных и бытовых стоков, тепло и газ вентиляции).
• Еще одно направление: нетрадиционные технологии использования невозобновляемых и возобновляемых источников энергии (водородная энергетика; микроуголь; турбины в малой энергетике; газификация и пиролиз; каталитические методы сжигания и переработки органического топлива; синтетическое топливо - диметиловый эфир, метанол, этанол, моторные топлива).
• Следующее направление - это энергетические установки (или преобразователи), которые существуют обычно независимо от вида энергии. К таким установкам следует отнести: тепловой насос, машину Стирлинга, вихревую трубку, гидропаровую турбину и установки прямого преобразования энергии - электрохимические установки и, прежде всего, топливные элементы, фотоэлектрические преобразователи, термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные установки, МГД-генераторы.

А теперь покажем роль в целом нетрадиционной энергетики и ее вклад в энергообеспечение. Вначале обратимся к очень важному графику, который показывает взаимосвязь между ВВП (валовым внутренним продуктом) и душевым энергопотреблением (рис.1).

Рис.1. Взаимосвязь между ВВП и душевым энергопотреблением

Считается, чем больше энергопотребление, тем выше уровень жизни. Также полагается, что при превышении некоторого критического уровня ВВП, равного примерно 18 тысячам долларов на человека, общество чувствует себя комфортно, и дальнейшее увеличение ВВП уже не оказывает столь радикального влияния.

В нижней части графика находятся такие страны с низким энергопотреблением и уровнем жизни, как Китай и Индия. Россия тоже, к сожалению, находится в нижней части графика, хотя имеет весьма высокий уровень энергопотребления. Значительно выше критического уровня находятся страны ЕС, Япония, США, Канада. Но при этом четко выделяются две группы стран с высоким уровнем жизни. Один и тот же высокий уровень жизни может быть достигнут при существенно различных уровнях энергопотребления. Это означает, что такие страны, как Япония, Германия и другие, очень большое внимание уделяют энергосбережению.

Учитывая, что основная задача энергетики заключается в необходимости достаточного энергообеспечения, можно сделать вывод, что необходимый уровень энергообеспечения достигается не только валовым количеством производства энергии, но и путем энергоресурсосбережения.

Этот же вывод касается и России. Как показано стрелками на графике, достичь высокого уровня жизни можно как огромным увеличением производства энергии (это очень длительный путь), так и используя принципы энергоресурсосбережения, почти не увеличивая производство энергии. В этом состоит чрезвычайно тесная связь между производством энергии, потреблением энергии и энергоресурсосбережением.

Для России потенциал энергосбережения просто огромен. Он составляет более 40% от общего энергопотребления. Это означает, что почти половину производимой энергии мы тратим впустую, обогревая внешнюю среду. Но для реализации такого потенциала энергосбережения необходимы значительные целевые инвестиции, которых у России просто нет. Потенциал возобновляемых источников энергии в России еще больше. Если говорить о техническом потенциале, то есть потенциале, который может быть реализован на современном уровне развития техники, то для России он составляет 4,6 млрд т.у.т. А это в 5 раз больше общего энергопотребления. Если говорить о цифрах по разным видам ВИЭ, то они следующие: биомасса - 53 млн т.у.т., солнечная энергия - 2300, ветровая энергия - 2000, геотермальная энергия - 180, низкопотенциальное тепло - 115, энергия малых водотоков - 125.

Существующий на сегодня вклад ВИЭ в энергетику виден из двух таблиц, которые демонстрируют установленную мощность ВИЭ в мире по различным видам энергии и вклад ВИЭ в общее энергопотребление и производство электроэнергии. Наибольший вклад в производство тепла дает биомасса, а в производство электроэнергии - биомасса, малые реки и ветер. Но в целом вклад ВИЭ, например в мировое производство электроэнергии, чрезвычайно мал - всего 1,6%. Как сегодня, так и в обозримом будущем (до 2020 года) в России вклад ВИЭ в энергетику пренебрежимо мал - 1-2% по производству электроэнергии.

Это прогноз в соответствии с Энергетической стратегией РФ. В то же время в Европейском сообществе планы грандиозные и более чем на порядок превышают планы России. По последним данным 48 стран, в том числе 14 развивающихся, планируют к 2012 году производить от 5 до 30% электроэнергии за счет ВИЭ. Другие данные: в 2004 году наблюдался резкий рост инвестиций в мире в развитие ВИЭ - 30 млрд долл. А это 20-25% от общих инвестиций в энергетику.

Рис.1. Вклад возобновляемых источников энергии в энергетику

Тогда каковы же побудительные мотивы использования возобновляемых источников энергии в России, учитывая их пренебрежимо малый вклад в энергетику? В целом мотивы такие же, как и для энергоресурсосбережения. Прежде всего, истощаемость запасов органического топлива. Так, по официальным прогнозам легко добываемого газа в России хватит на 80 лет, а нефти - на 20 лет.

Другой мотив - энергетическая безопасность страны. Далее - экология. Общеизвестно, что наибольший вклад в загрязнение окружающей среды вносит традиционная энергетика на органическом топливе. А, в частности, в соответствии с Киотским протоколом в 2008-2012 годах выбросы СО2 должны оставаться на уровне 1990 года, что означает значительное сокращение темпов сжигания органического топлива традиционными методами. Хотя для России в связи с резким сокращением промышленного производства последняя проблема неактуальна.

По-видимому, для России главным побудительным мотивом использования ВИЭ является специфика, связанная с труднодоступностью многих районов страны (особенно, Сибири) для централизованного энергоснабжения. По некоторым оценкам от 50 до 70% территории России с населением 20 млн человек не охвачены централизованным электроснабжением. И поэтому для многих регионов возобновляемые источники энергии могут быть единственным источником энергии, а значит, и существования.

К сожалению, в России практически никакого внимания не уделяется развитию нетрадиционной энергетики и в особенности ВИЭ. Выполняются в основном инициативные проекты. В частности, по программе энергосбережения СО РАН на 2005 год из 42 финансируемых проектов 13 посвящены непосредственно нетрадиционной энергетике, включая тепловые насосы, переработку биомассы, глубокую переработку угля, газификацию, солнечную энергетику и т. д. В этих проектах участвуют почти все соответствующие институты СО РАН, однако целевая направленность на развитие исследований по нетрадиционной энергетике отсутствует.