Распределение запасов углеводородного сырья

Рис. 2. Разведанные запасы углеводородного сырья в России
(по отношению к мировым)

Научными расчетами показано, что только на верховых (олиготрофных) болотах России содержится 28 млрд. тонн углерода, а на низинных 0,8 млрд. тонн. Они связывают один из основных парниковых газов - диоксид углерода, но продуцируют метан, тем самым, регулируя микроклимат. Итоговый баланс углерода биоты всех болот России показывает, что они ежегодно связывают порядка 16 млн. тонн углерода. Если учитывать, что за этот период предприятиями и другими техногенными источниками выбрасывается в атмосферу более 6 млрд. тонн СО2, то можно видеть какую роль играют здесь болота, занимающие площадь 21,6% от всей территории суши России и около 6% - планеты.
Значительный ресурсный и экологический потенциал торфяных месторождений требует разработки научно - обоснованных подходов

Перспективы использования возобновляемых источников энергии

Энергия солнца

Солнце является основным источником энергии и играет основную роль в тепловом балансе Земли. Ежегодно на поверхность Земли поступает энергии, более чем в 30000 раз больше, чем требуется всему человечеству. Солнечная энергия, падающая на дома, достаточна для его отопления на протяжении целого года.

Различают два способа использования солнечной энергии: прямое преобразование ее в электроэнергию (например, солнечные батареи на орбитальных станциях) и преобразование в тепловую энергию. Большее применение находит второй способ. Чтобы оценить возможности использования солнечной энергии на территории Челябинской области, необходимо знать ее потенциал – количество солнечных дней, интенсивность и вероятность солнечного излучения.

Среднемесячная продолжительность солнечного сияния в весенне-летние месяцы ожидается с вероятностью 0,4-0,6. Однако, даже при такой продолжительности, использование солнечного излучения достаточно для получения, в первую очередь, тепловой энергии. Это актуально для отдельно стоящих зданий, садовых домиков, фермерских хозяйств, турбаз, охотничьих домиков, геологических партий и т.п.

Самым простым и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев воды в плоских солнечных коллекторах. Принцип действия такого устройства весьма прост: видимые лучи солнца, проникая сквозь стекло (проходит обычно 80–85 %), встречаются с черным дном коллектора и в значительной степени поглощаются им. Дно начинает испускать тепловые инфракрасные лучи, которые не могут проникнуть сквозь стекло обратно наружу; в нижнем направлении путь ему преграждает слой теплоизоляции.

Задержанное таким образом тепло передается теплоносителю, протекающему, как правило, по уложенному на дне коллектора змеевику из металлических или полимерных трубок. Такой коллектор удобно располагать на крыше дома, на солнечной стороне.

Простейшая система на основе теплового солнечного коллектора – его сочетание с расположенным выше него баком-аккумулятором горячей воды. Благодаря разности плотностей горячей и холодной воды в контуре возникает циркуляция. Для обеспечения ее надежности используется специальный насос.

Система солнечного нагрева воды (гелиосистема) предназначена для горячего водоснабжения коммунально-бытовых и хозяйственных объектов. Используя энергию солнца, гелиосистема позволяет экономить в год до 75% необходимого традиционного топлива. Согласно [1], поступление солнечной энергии на единицу горизонтальной поверхности по Челябинской области не одинаково. Штриховые линии, нанесенные на карту области (см.рис.), соответствуют постоянной величине суммарной годовой солнечной энергии.

Это дает представление о потенциале солнечной энергетики в районах области:

1 зона (1200-1150 кВт·ч/м2) – Брединский район, южные части Кизильского и Карталинского районов;

2 зона (1200-1250 кВт·ч/м2) — районы Агаповский, Чесменский, Троицкий, северная часть Кизильского и Карталинского районов, Южная часть Октябрьского района;

3 зона (1100-1150 кВт·ч/м2) – районы Уйский, Верхнеуральский, Увельский, Еткульский, южные части Сосновского, Красноармейского и северная часть Октябрьского районов;

4 зона (1050-1100 кВт·ч/м2) – районы Чебаркульский, Аргаяшский, южная часть Кунашакского района, северная часть Сосновского и Красноармейского районов.

5 зона (менее 1050 кВт·ч/м2) – районы Нязепетровский, Каслинский, северная часть Кунашакского района.

Территории горнозаводской зоны не вошли в данную градацию, т.к. имеют большую географическую неоднородность.

На основании представленного зонирования области можно оценить удельный приход солнечной энергии, ставить и решать технические и экономические задачи.

Энергия ветра

Одним из перспективных направлений развития возобновляемой энергетики является ветроэнергетика.

Ветроэнергетические ресурсы представлены на той же карте Челябинской области. К первой ветровой зоне относятся горные районы, а точнее, открытые вершины хребтов, поветренные склоны, где среднемноголетние скорости ветра больше 4 м/с. Рельеф района в предгорьях и горах очень разнообразный, что обуславливает большую изменчивость скорости ветра на близких расстояниях. Благодаря местной циркуляции здесь возникают горно-долинные ветры – ветры, дующие вдоль долин. Перспективными для размещения ВЭУ являются участки с абсолютной высотой 1000 – 1200 м. Этот район располагает большими потенциальными ветроэнергетическими ресурсами – 28597 МДж/м2 (103 МВт·ч/м2) за год. К первой зоне относится Кусинский район. Ко второй зоне относятся районы: Октябрьский, Троицкий, Чесменский, Варненский, Карталинский, Брединский, Кизильский, Агаповский, Увельский, находящиеся в степной зоне Челябинской области, а также Аргаяшский, где среднегодовые скорости варьируют в интервале от 4 до 3 м/с. Потенциальные ресурсы в данной зоне составляют 3601 МДж/м2 (12,9 МВт·ч/м2) за год, а полезная энергия – 1260 МДж/м2 (4,5 МВт·ч/м2).

К третьей ветровой зоне относятся лесостепные районы: Сосновский, Верхнеуральский, Нагайбакский, а также районы горно-лесной зоны среднего Урала: Каслинский и Нязепетровский, где среднегодовые скорости изменяются от 3 до 2 м/с, потенциальные ветроэнергетические ресурсы составляют 1841 МДж/м2 (6,63 МВт·ч/м2).

К четвертой зоне относятся Ашинский, Катав-Ивановский, Саткинский районы, где среднегодовые скорости не превышают 2 м/с. Поэтому эта зона не перспективна для ветроэнергетики.

Использование энергии ветра не только помогает решить многие проблемы энергоснабжения отдаленных объектов и загородных домов, но и получить независимость от местных энергоснабжающих организаций.

Для небольшого загородного дома при наличии среднегодовой скорости ветра более 4 м/с достаточно установок мощностью:

— около 500 Вт — для покрытия базовых потребностей в электроэнергии – освещение, телевизор, связь, радио и другая маломощная нагрузка;

— от 1,5 до 4 кВт — для электроснабжения почти полностью потребителей в типовом загородном доме, включая стиральную машину, холодильник, компьютеры и т.п.

В периоды сильного и продолжительного ветра излишки вырабатываемой электроэнергии могут использоваться для отопления.

Энергия биомассы

В сельскохозяйственных районах, имеющих развитое животноводство, заготовку леса, перерабатывающие предприятия, имеются источники значительного количества биомассы, пригодной для получения в местах потребления дешевого, экологически чистого топлива – биогаза.

Биогаз — это один из продуктов анаэробного (без доступа кислорода) брожения навоза или другого вида биомассы при температуре +30-37°С. В этих условиях под действием имеющихся в биомассе бактерий часть органических веществ разлагается с образованием метана (60-70%), углекислого газа (30-40%), небольшого количества сероводорода (0-3%), а также примесей водорода (аммиака и окислов азота). Биогаз не имеет неприятного запаха. Теплота сгорания 1м3 газа достигает 25 МДж, что эквивалентно сгоранию 0,6 л бензина, 0,85 л спирта, 1,7 кг дров или использованию 1,4 кВт электроэнергии. Он может использоваться и как обычный природный газ для приготовления пищи, обогрева. Его можно сжимать, использовать для заправки автомобиля, накапливать, перекачивать излишки, продавать.

Основой любой биогазовой установки является метантенк (реактор), в котором происходят процессы сбраживания биомассы. Объемы метантенков могут варьироваться в больших пределах — от 3 мЗ до 5 тыс. мЗ.

Биогаз можно использовать для получения электроэнергии: из одного м3 биогаза можно выработать 2-3 кВт электроэнергии. Удобрения, получаемые в виде переброженной массы — это экологически чистые жидкие и твердые удобрения, лишенные нитритов, семян сорняков, патогенной микрофлоры, яиц гельминтов, специфических запахов.

Индивидуальная БГУ для крестьянского хозяйства на 5-6 голов крупного рогатого скота может перерабатывать в сутки от 100 до 200 кг исходного сырья при влажности не менее 85% и вырабатывать до 10 м3 газа. На семью из пяти человек для трехразового приготовления пищи, для приготовления кормов для скота, для санитарно-гигиенических потребностей семьи нужно не более 5 м3 биогаза в сутки.

В Челябинской области в хозяйствах имеется достаточный потенциал по производству биогаза (табл. 1).

Таблица 1. Потенциал получения биогаза на сельскохозяйственных предприятиях области

Таким образом, получение энергии только от использования отходов животноводства в различные годы могло бы составить от 1,5 до 6,0 ГВт электроэнергии.