Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. состояние и перспективы их использования в россии
В последнее десятилетие использование нетрадиционных возобновляемых нетрадиционных источников энергии (НВИЭ) переживает в мире настоящий бум.Масштаб применения этих источников за указанный период возрос в несколько раз. Суммарная мировая установленная мощность электростанций на НВИЭ приближается к 30 ГВт. Первое место здесь занимают ветроэлектрические установки (ВЭУ) и ветроэлектростанции (ВЭС) - 20 ГВт.
Причинами бурного развития НВИЭ явилось следующее:
1) Рост цен на традиционные энергоносители;
2) Стремление стран, лишенных топливной базы, к энергетической не-зависимости;
3) Серьезные экологические проблемы:
а) увеличение диоксида углерода в атмосфере (парниковый эффект); б) загрязнение мирового океана выбросами нефти и нефтепродуктов.
В ряде стран политика приоритетного развития НВИЭ реализуется че-рез принятую законодательную и нормативную базу, где предусмотрены различные меры поддержки НВЭИ на стадии освоения ими энергетического рынка (налоговые и кредитные льготы, прямые дотации и др.).
В России практическое применение НВЭИ существенно отстает от ведущих стран.Отсутствие законодательной и нормативной базы затрудняет практическую деятельность в этой сфере. Основная причина тормозящих факторов – затянувшееся экономическое неблагополучие в стране и, как следствие, трудности с инвестициями, низкий платежеспособный спрос и отсутствие средств на исследования. Тем не менее, работы и практические меры по использованию НВИЭ в России проводятся.
Геотермальная энергетика.Парогидротермальные месторождения вРоссии имеются только на Камчатке и Курильских островах. Поэтому геотер-мальная энергетика не может в перспективе занять значимое место в энергетике страны в целом. Она способна решить проблему энергообеспечения указанных районов, которые пользуются дорогим привозным топливом.
Первая Паужетская ГеоТЭС была введена на Камчатке в 1967 г. и име-ла мощность 5 МВт. В 1999 г. на Камчатке была введена Верхне – Мутновская ГеоТЭС (три модуля по 4 МВт). Вводится первый блок 25 МВт первой очереди Мутновской ГеоТЭС суммарной мощностью 50 МВт. Вторая очередь мощно-стью 100 МВт введена в 2004 г.
Другое использование геотермальной энергии – геотермальное тепло-снабжение давно применяется на Камчатке и на Северном Кавказе для обогре-
ва теплиц, отопления и горячего водоснабжения в жилищно-коммунальном секторе.
Ветроэнергетика.Ветер-самый непостоянный и изменчивый источ-ник энергии среди всех других видов НВИЭ. Но именно ветроэнергетика является сегодня мировым лидером по масштабам применения, так как она достигла огромных технических успехов за последние 10-15 лет и, кроме того, энергия воздушного потока повсеместно распространена. Ветроэнергетические установки можно разделить на две основные группы:
1. ВЭУ мощностью более 100 кВт, работающие в энергосистеме;
2. ВЭУ мощностью менее 100 кВт, работающие автономно и обеспе-чивающие энергоснабжение отдельных потребителей.
В настоящее время в России смонтированы две ВЭУ отечественного про-изводства мощностью по 1 МВт в качестве начала строительства Калмыцкой ВЭС проектной мощностью 22 МВт. В разных регионах страны эксплуатиру-ются до десяти отечественных ВЭУ мощностью 250 кВт и несколько более мощных ВЭУ зарубежного изготовления.
Солнечная энергетика
Солнечная электроэнергетика развита в мире более слабо, чем, например, ветроэнергетика, что объясняется значительными удельными капиталовложениями в солнечные электростанции (СЭС) и энергоустановки.
Суммарная мировая установленная мощность сетевых СЭС составляет около 400 МВт, из них 350 МВт приходится на паротурбинные СЭС, построенные в Калифорнии в конце 80-х и начале 90-х годов. Зато большое распространение получили автономные, главным образом фотоэлектрические солнечные энергоустановки, суммарная мировая установленная мощность которых достигает 500 МВт и с каждым годом увеличивается. В ряде стран Западной Европы,США и Японии получили распространение так называемые "солнечные крыши", т.е. фотоэлектрические установки, размещаемые на крышах жилых домов.
Установка работает параллельно с электрической сетью, отдавая в нее избыточную энергию. При недостатке солнечной энергии и ночью потребитель получает энергию из сети. Подобная схема позволяет без применения электрических аккумуляторов преодолеть такой существенный недостаток солнечной радиации, как ее непостоянство.
В мире насчитывается несколько тысяч "солнечных крыш", а в США предложена программа доведения их числа до 1 млн к 2010 г. При этом потребитель оплачивает меньшую часть стоимости установок, разницу же оплачивает государство в виде дотации.
В бывшем СССР имелся единичный опыт создания солнечной электро-станции. В 1985 г. в Крыму была задействована экспериментальная паротур-бинная солнечная электростанция мощностью 5 МВт (СЭС-5).
Другой аспект использования солнечной энергии — преобразование ее в тепло невысокого температурного потенциала для горячего водоснабжения и отопления. При этом основным видом оборудования является так называемый плоский солнечный коллектор, в котором осуществляется нагрев протекающеготеплоносителя. В мире системы на базе солнечных коллекторов нашли широкое распространение. Их суммарная установленная тепловая мощность составляет не менее 2,5 ГВт. В бывшем СССР имелся довольно обширный опыт создания и применения таких установок, в том числе крупных с площадью солнечных коллекторов до 1200 м2.
Сейчас в России можно отметить положительный пример деятельности Южно-Русской энергетической компании в Краснодаре, которая за последние годы смонтировала для различных потребителей несколько десятков солнечных установок горячего водоснабжения. Можно полагать, что это направление использования солнечной энергии получит в России заметное развитие.
Использование энергии биомассы.Под термином"биомасса"понима-ется органическое вещество растительного или животного происхождения, которое может быть использовано для получения энергии или технически удобных видов топлива путем термохимической (прямое сжигание, пиролиз, газификация) или биологической конверсии. Если говорить о древесном топливе, то следует вспомнить, что в начале XX века в России его доля составляла 40 % в балансе всех первичных источников энергии, а в 1998 г. — всего 0,4%. Замена древесного топлива более калорийным ископаемым топливом (уголь, нефть ипроизводные, газ) считалась несомненным техническим прогрессом. Между тем сегодня в таких странах, как Швеция и Финляндия, доля древесного топлива в топливном балансе составляет 18-20%.При этом его потребление не превышает естественного прироста, так что данный источник энергии вполне соответствует понятию "возобновляемый".
Россия обладает собственными лесными ресурсами, составляющими 24 % мировых. Качество древесины как топлива делает ее пригодной для энерго-установок относительно малой мощности. Газогенераторная энергоустановка на древесине вполне конкурентоспособна, например, с дизель-электрической установкой сопоставимой мощности. В России выпускается соответствующее оборудование для таких газогенераторных энергетических установок. Это направление имеет в нашей стране несомненные перспективы развития.
Другое направление использования энергии биомассы — биоконверсия органических отходов растениеводства, животноводства и птицеводства, а также органической составляющей городского мусора. Это направление активно развивается в мире. Помимо биогаза (основная его часть — метан), пригодного для производства электроэнергии или тепла, результатом биоконверсии указанных отходов являются также экологически чистые удобрения.
Таким образом, наряду с энергетической решается не менее важная экологическая задача, заключающаяся в ликвидации отходов, загрязняющих окружающую среду. В России разрабатываются и производятся биогазовые установки различной производительности по биогазу, в том числе для фермерских хозяйств. Срок окупаемости таких установок — 1-2 года. Их широкое распространение сдерживается лишь ограниченным платежеспособным спросом.
Малая гидроэнергетика.Хотя малую гидроэнергетику относят к нетра-диционной энергетике, она отличается от большой только уровнем мощности.
Обычно принято считать, что к малым относятся ГЭС, суммарная установлен-ная мощность которых не превышает 30 МВт при мощности единичного агре-гата не более 10 МВт. В малой гидроэнергетике выделяют также категорию микроГЭС, мощность которых составляет от сотен ватт до десятков киловатт.
В свое время в бывшем СССР малые ГЭС имели достаточно широкое распространение. В 50-е годы их число превышало 6,6 тыс. при суммарной установленной мощности 332 МВт и годовой выработке электроэнергии 466
млн кВт ч. В последующем их число резко снизилось. Тенденция к сокращению числа и установленной мощности малых ГЭС в этот период наблюдалась во многих странах и являлась общемировой. В последние 10-15 лет эта тенденция
в мире и России сменилась на обратную. Малая гидроэнергетика получила ин-тенсивное развитие во многих странах.
В России потенциал малой гидроэнергетики весьма велик. Наибольшая его часть приходится на Дальневосточный и Восточно-Сибирский регионы, которые, следует отметить, являются наиболее энергодефицитными. В настоящее время оборудование для малых и микроГЭС выпускается рядом фирм. Вследствие невысокого уровня мощности объекты малой гидроэнергетики требуют небольших капиталовложений.
Приливная энергетика.Сегодня в мире существует лишь одна мощнаяприливная электростанция (ПЭС) — Ране во Франции мощностью 240 МВт, производящая самую дешевую электроэнергию в этой стране. В России имеется одна экспериментальная Кислогубская ПЭС мощностью 0,4 МВт, введенная в1967 г. с целью экспериментальной отработки строительных решений и режимов эксплуатации.
Основные исследованные в России створы для возможного создания ПЭС таковы, что мощность этих станций должна быть весьма велика. Проектные проработки показали, что, например, мощность Тугурской ПЭС на Охотском море должна составлять 7,8 ГВт, а Мезенской ПЭС на Белом море — 19,2 ГВт. При этом количество гидроагрегатов исчисляется сотнями. Огромная мощность таких ПЭС требует чрезвычайно больших капитальных вложений, но пока эко-номика страны не позволяет приступить к проектам подобного масштаба.
Рассматривая в целом перспективы использования НВИЭ в России, можно отметить следующее.С одной стороны, в стране есть достаточные ресурсы всех видов НВИЭ. Имеется и очевидная потребность в их использовании, особенно на региональном и локальном уровнях. В России существует промышленное производство почти всех видов необходимого для этого оборудования. Есть и научно-технический потенциал, хотя и значительно ослабленный вследствие почти полного отсутствия финансирования в данной сфере.
С другой стороны, указанным предпосылкам противостоят серьезные тормозящие факторы, главный из которых — все еще неудовлетворительное состояние экономики, что влечет за собой ограниченность платежеспособного спроса на внутреннем рынке, трудности с инвестициями. Немаловажный негативный фактор — отсутствие какой-либо законодательной и нормативной базыданной области. 
С преодолением этих негативных явлений использование НВИЭ в России получит значительное развитие. Вместе с тем данное направление не заменит традиционную энергетику. Если в Германии ставится и решается вопрос о за-мене атомной энергетики на нетрадиционную, то в России такая постановка в обозримом будущем вряд ли возможна.
Солнечная энергетика
Среди возобновляемых источников энергии солнечная радиация по мас-штабам ресурсов и экологической чистоте является наиболее перспективной. В связи с ростом цен на органическое топливо и обострением экологических проблем использование возобновляемых энергоресурсов, в первую очередь солнечной энергии, с внедрением энергосберегающих технологий, имеет приоритетное значение для будущего энергетики. В удалённых от источников энергоснабжения районах использование солнечной энергии (наряду с энергией ветра) является практически единственной альтернативой традиционной энергетике и позволяет значительно улучшить условия жизни населения [7].
Имеются довольно широкие возможности использования солнечных установок для индивидуальных и промышленных потребителей, особенно в сельскохозяйственных районах. Расширение масштабов применения солнечных установок не только даст значительную экономию энергоресурсов, но позволит смягчить экологическую ситуацию.
В настоящее время сформировались возможные направления использования солнечной энергии:
1) горячее водоснабжение;
2) отопление зданий промышленного и бытового назначения;
3) холодильные установки;
4) кондиционирование воздуха;
5) гелиосушильные установки;
6) производство электрической энергии.
В перспективе, по мере снижения стоимости гелиосистем и их элементов, особенно сезонных аккумуляторов теплоты, появится возможность создания централизованных систем солнечного теплоснабжения с незначительным по-треблением электрической и тепловой энергии, а также крупных солнечных электростанций (СЭС).
Параболические коллекторы
Солнечное излучение на поверхности Земли – источник энергии сравни-тельно низкой плотности; к тому же оно поступает нерегулярно, и его не так просто улавливать без существенных потерь, а потому практическое использо-вание солнечной энергии сопряжено с целым рядом трудностей. В настоящее время широко применяются, особенно в США, солнечные коллекторы для отопления домов и подогрева воды. Эффективность использования солнечной теплоты в значительной степени зависит от температуры, при которой она улавливается в коллекторах. Температура теплоносителя в домашних гелиосистемах не превышает 100 
С, поскольку коллекторы с автоматическим слежением за солнцем, с помощью которых может быть обеспечена более высокая температура, очень дорогие. Для того чтобы рабочая температура теплоносителя находилась в диапазоне от 100 до 500 
С, нужно иметь гелиостаты, которые могли бы поворачиваться хотя бы вокруг одной оси, и позволяли концентрировать солнечные лучи на теплоприемнике. Эта задача решается с помощью продолговатых зеркал параболоцилиндрической формы,направляющих солнечные лучи на трубчатый коллектор, заполненный теплоносителем (рисунок 13.1).
Рисунок 13.1. Параболические солнечные коллекторы, поворачивающие-ся вслед за Солнцем вокруг одной оси: 1- концентратор; 2 – приемник; 3 – при-
водной механизм; 4 – стойка; 5 – основание
Для получения более высоких температур необходимо применять ге-лиостаты с двухосевым вращением для слежения за солнцем и с более сложной схемой фокусировки.
Каждый коллектор передает солнечную энергию теплоносителю, кото-рый со всех коллекторов собирается в центральной электростанции. Теплоно-сителем может быть водяной пар, если он будет непосредственно использован в паровой турбине, или, например, аммиак.