Развитие и размещение альтернативной электроэнергетики

Запасы невозобновимых ресурсов минерального топлива на планете ограничены, а их сжигание сопряжено с огромными экологическими издержками. Поэтому переход к альтернативной энергетике (АЭ) неизбежен; рассмотрение её перспективной географии – веление времени. АЭ – производство электрической и тепловой энергии на основе возобновляемых источников (ВИЭ): солнечной энергии, энергии ветра, энергии биомассы, геотермальной энергии, энергии морских приливов и отливов, энергии волн и температурного градиента морской воды, энергии малых рек и некоторых других. На долю АЭ в настоящее время приходится менее 0,5 % вырабатываемой энергии в России. Технический потенциал (количество энергии, которое может быть получено из данного вида энергоресурса при существующем уровне развития техники и технологий) ВИЭ в России оценивается в 4,5 млрд. т.у.т., что примерно в четыре раза превышает современный уровень энергопотребления страны!

Геотермальная энергетика. В России разведано 9 источников пароводяных смесей - парогидротерм (ПВС), которые могут использоваться для работы геотермальных электростанций. Они сосредоточены в пределах тихоокеанского вулканического кольца, общие запасы ПВС здесь превышают установленную мощность Камчатской и Сахалинской энергосистем вместе взятых.

В 1967 г. в СССР была построена экспериментальная Паужетская ГеоТЭС мощностью 11 МВт, работающая по технологии «Б» и Паратунская станция, работающая по технологии «В». В настоящее время примерно в 100 км от Петропавловска строится Мутновская ГеоТЭС, точнее, целый геотермический комплекс, полная мощность которого составит около 200 МВт. На острове Итуруп завершаются работы по проектированию Океанской ГеоТЭС мощностью 30 МВт. Продолжается поиск парогидротерм на Менделеевском участке острова Кунашир (будущая Менделеевская ГеоТЭС). Перспективен для строительства ГеоТЭС остров Парамушир. Намечается строительство Каясулинской ГеоТЭС в Ставропольском крае. В Дагестане на базе Тарумовской парогидротермы можно соорудить ГеоТЭС мощностью до 500 МВт.

На территории России разведано 56 месторождений и участков термальных вод, запасы которых превышают 300 тыс. кубометров в сутки. Термальные воды применяются для отопления и горячего водоснабжения. В небольших объёмах (около 400 тыс. т.у.т.) геотермальное теплоснабжение развито в Дагестане, Краснодарском крае и Камчатской области. Наиболее перспективными регионами для развития считаются Краснодарский (Мостовское и Вознесенское мест.) и Ставропольский края (Казьминское мест.), Дагестан (Кизлярское и Махачкалинское мест.), Карачаево-Черкессия, Тыва, Бурятия, Тюменская, Омская, Томская и Камчатская (Паратунское мест.) области.

Ветроэнергетика. Одним из основных параметров, определяющих потенциал ветровой энергии приземного слоя атмосферы, является среднегодовая скорость ветра, от которой зависит мощность ветроэлектрических установок (ВЭУ). В настоящее время для развития ветроэнергетики считаются перспективными регионы, в которых среднегодовая скорость ветра составляет не менее 5 м/с, но оптимальными считаются скорости в диапазоне 8-20 м/с. Современные технологии позволяют использовать ресурсы и умеренных ветров (3-5 м/с). Особенно благоприятны в России условия всего Арктического побережья от Кольского полуострова до Чукотки, а также побережья Берингова, Охотского, Балтийского, Каспийского, Чёрного и Азовского морей. Опыт США свидетельствует о перспективности строительства ВЭУ на горных перевалах.

Смонтированы ВЭУ на площадках Калмыцкой и Заполярной (в 3 км к востоку от Воркуты) ВЭС. В качестве экспериментальных функционируют два полигона, на которых испытываются различные ВЭУ, в Ивангороде и в поселке Дубки (Дагестан). Утверждён проект Приморской ВЭС мощностью 30 МВт (Дальэнерго), Магаданской ВЭС мощностью 50 МВт и Морской ВЭС мощностью 30 МВт (Карелэнерго). Совместно со странами Скандинавии намечается освоение ветроэнергоресурсов Кольского полуострова. Учёными ПГУ проведены исследования Прикамья, подтверждающие возможность широкого развития в данном регионе ветроэнергетики.

Гелиоэнергетика. Традиционно использование солнечной энергии рассматривается как идеальный источник, способный обеспечить неограниченные человеческие потребности. Для использования солнечной энергии применяется ряд технических способов.

Первый способ – солнечное теплоснабжение и горячее водоснабжение с помощью солнечных коллекторов (водонагревателей). Второй способ – преобразование светового потока в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических установок (солнечных батарей), которые устанавливают на крышах зданий и др. Основу солнечных батарей составляют полупроводниковые приборы - элементы, изготавливаемые из двух пластинок кремния (иногда, используются менее доступные соединения галлия и кадмия). Третий способ – сооружение солнечных электрических станций (СЭС) модульного и башенного (солнечная энергия собирается зеркальными гелиостатами) типа. Уловленные станцией солнечные лучи фокусируются на ёмкость с водой (бойлер). Вода, нагреваясь, превращается в пар вращающий турбину. Четвёртый способ – пассивный солнечный обогрев зданий посредством пристройки к ним соляриев (теплиц).

Расчёты показывают, что для генерирования 100 МВт электроэнергии нужна поверхность солнечных батарей площадью в 1,6 км². Средняя годовая величина плотности солнечного потока составляет в России 96 Вт/м² (по природным зонам колеблется от 75 до 165 Вт/м²). Для сравнения: в пустынях тропического пояса 210-250 Вт/м².

Географическое положение России вовсе не является препятствием для развития этого вида АЭ в стране, но наиболее благоприятные условия (по мощности потока, по количеству часов солнечного сияния в течение года) складываются к югу от 50 градуса северной широты. Наиболее обеспечены гелиоресурсами Астраханская, Волгоградская, Читинская, Ростовская, Амурская и Оренбургская области, Ставропольский, Краснодарский и Приморский края, Дагестан, Тыва, Бурятия и Калмыкия. Солнечная фотоэлектрическая станция мощностью 100 МВт, сооружённая в указанных районах, могла бы выработать за сезон при слежении за солнцем до 300 млн. кВт. часов, занимая при этом площадь порядка 3 км².

Производство тепловой энергии солнечными коллекторами (для горячего водоснабжения и отопления) эффективно на территории России до широты Санкт-Петербурга (60 град. с. ш.). Российские учёные считают, что граница использования солнечной энергии может быть продвинута до широты полярного круга, т.е. почти до 70 град. с. ш. при использовании вакуумных коллекторов.

В настоящее время утверждёно технико-экономическое обоснование Кисловодской СЭС мощностью 1,5 МВт, с целью замены экологически нежелательных для города-курорта котельных. Рассматривается возможность создания Элистинской СЭС (Калмыкия).

Приливная электроэнергетика. Принцип работы ПЭС основан на гравитационном притяжении больших масс воды океанов со стороны Луны и, в меньшей степени, Солнца. Наблюдающиеся при этом циклические колебания уровня мирового океана, составляют в среднем 0.5 метра, тогда как для эффективной работы ПЭС требуется высота приливной волны более пяти метров. В России наибольшие по высоте приливы наблюдаются в Охотском Белом морях (соответственно 13,4 и 10 метров).

В Кислой губе Баренцева моря в 1968 г. была пущена в эксплуатацию вторая в мире ПЭС мощностью 400 кВт – Кислогубская. На станции проводятся экспериментальные работы институтом Гидропроект. Разрабатывается проект Лумбовской ПЭС мощностью 320 МВт, а в Мезенском заливе трёх станций: Мезенской (1300 МВт), Кулойской (500 МВт) и Беломорской (14 000 МВт). Выполнен технико-экономический расчёт Кольской ПЭС мощностью 32 МВт. На Охотском побережье, в Тугурском заливе, запроектировано строительство Тугурской ПЭС мощностью 6 800 МВт. Этот объект будет включать 42 силовых агрегата вмонтированных в плотину с 260 водопропускными отверстиями. Срок строительства – 11 лет.

Малая гидроэнергетика. Малая гидроэнергетика, основанная на использовании энергии малых водных потоков, в отличие от «большой», не сопровождается затоплением обширных площадей, может развиваться по бесплотинной технологии (бесплотинные микроГЭС), использовать сбросные воды тепловых электростанций. В настоящее время принято относить к малым ГЭС электростанции или электроустановки с установленной мощностью не более 30 МВт и диаметром рабочего колеса не более 3 метров.

Сложившаяся (с 1932 г.) тенденция в развитии отечественной энергетики на создание крупных электростанций привела к остановке и разрушению многих малых ГЭС, водяных мельниц и колёс. Если в 50-е годы ХХ века в России работали десятки тысяч малых ГЭС (было три станции и на территории Челябинской области: Зюраткульская, Аргазинская и Шершнёвская), то сейчас их осталось не более 200 суммарной мощностью около 1000 МВт., остальные выведены из эксплуатации. Энергетический потенциал малых водных потоков в России используется менее чем на 1 %.

Условия для развития малой гидроэнергетики в России есть практически повсеместно.

Биоэнергетика. Сырьевой базой для развития биоэнергетики служат отходы животноводства и земледелия, пищевой, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей отраслей, твёрдые бытовые отходы, осадки городских сточных вод, а также специально выращиваемые на плантациях породы древесных растений и водоросли. Образующийся при их сжигании биогаз можно преобразовывать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания, попутно получать компост – ценное органическое удобрение. Технологическая цепочка: а) сжигание отходов > выделение биогаза > сжигание биогаза; б) метановое брожение отходов и далее как в предыдущем случае.

Основные направления развития энергетики на основе использования биомассы: строительство биогазовых установок в индивидуальных, фермерских и коллективных сельских хозяйствах, на свинокомплексах и птицефабриках с целью переработки соломы, ботвы, навоза и других отходов; использование метантенков для получения биогаза на городских станциях аэрации; эффективное сжигание твёрдых бытовых и промышленных отходов с целью утилизации выделяющегося при этом тепла; выращивание «энергетических лесов» - топлива для электростанций.

При развитии биоэнергетики в России может быть использован опыт Китая и Индии, в которых насчитывается десятки миллионов полукустарных биогазовых установок во многих семьях на селе, Бразилии, где из отходов сахарного тростника налажено производство этилового спирта, на котором работает значительная часть автопарка страны и других стран.

Специалистами подсчитан валовой энергетический потенциал полной переработки годового объёма накапливающегося в стране навоза, отходов растениеводства и бытовой сферы. Он составляет огромную величину эквивалентную 10 млрд. т.у.т.

Потенциальная география биоэнергетики: пригородные зоны крупных городов; ареалы сельскохозяйственного производства (повсеместно, с тяготением к крупным животноводческим комплексам и птицефабрикам); центры деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Для выращивания «энергетических лесов» наиболее перспективны регионы Европейской части страны: Воронежская, Курская и др. На этих территориях плантация лесов площадью в 700-800 км² может дать топливо для электростанций эквивалентное 1 млн. т.у.т.