Солнце и ветер вместо угля и нефти
К альтернативной энергетике традиционно относят получение электричества от ВИЭ — возобновляемых источников энергии: солнечного излучения, ветра, приливов и отливов, геотермальных источников, газифицированной биомассы. Гидропотенциал, который в общем-то тоже относится к возобновляемым источникам энергии, к альтернативной энергетике относят лишь в части микро– и мини-ГЭС. Использовать эти источники человечество начало давно — достаточно вспомнить ветряные и водяные мельницы. Однако интерес к масштабному промышленному использованию альтернативной энергетики появился в развитых странах лишь во второй половине прошлого века, когда стало понятно, что запасы угля, нефти, газа и урана не вечны, да к тому же их активное потребление быстро приводит к ухудшению экологической ситуации. В последние годы альтернативная энергетика превратилась в одну из самых бурно развивающихся отраслей промышленности развитых стран с оборотом в сотни миллиардов долларов. Уверенно растет и ее доля в общем энергобалансе — так, в странах Европейского союза на сегодняшний день около 7% всей электроэнергии вырабатывается на ветроустановках, солнечных батареях, установках по газификации биомассы и т.п. В Дании этот показатель доходит до 20%. До 20% собирается довести долю «альтернативного электричества» и Европейский союз, причем уже к 2020 году, а все та же Дания к этому сроку планирует и вовсе отказаться от использования углеводородного топлива. Причем этот тренд прослеживается не только в «просвещенной Европе» — Китай к этому же 2020 году планирует довести долю электроэнергии, получаемой от возобновляемых источников, до 15%. К решению этой задачи в Поднебесной подходят масштабно — по всей стране создаются огромные ветропарки мощностью до 10 ГВт (для сравнения, мощность Красноярской ГЭС — 6,4 ГВт). Вообще же специальные программы по использованию ВИЭ есть в 66 странах мира.
В России же, по данным Российской ассоциации ветроиндустрии, альтернативная энергетика дает сейчас всего около 1% от общего энергобаланса, причем потенциальные возможности возобновляемых источников используются лишь на 3,5%. Впрочем, как и другие страны, Россия намерена увеличивать долю альтернативной энергетики — к 2020 году она должна составить 4%.
Еще один тренд последних лет — резкое увеличение финансирования научно-исследовательских разработок, касающихся повышения эффективности использования возобновляемых источников энергии. Миллиардные инвестиции дают результаты — КПД ветрогенераторов, солнечных батарей и т.п. неуклонно повышается. Однако почему же в таком случае человечество до сих пор не отказалось от «традиционной», дымящей и коптящей энергетики?

Грязная сторона чистой энергетики
Во-первых, «бесплатная» энергия солнца и ветра вовсе не бесплатна. Ветряки и солнечные батареи нужно обслуживать, ремонтировать, менять и так далее. И хотя себестоимость «альтернативной» энергии за последние годы существенно снизилась — например, в США за время с 1980-х до сегодняшних дней себестоимость «солнечной» электроэнергии удалось снизить с доллара за кВт/ч до 18 центов, а «ветряной» с 40 до 4 центов, все равно стоимость альтернативной энергии выше энергии традиционной. И хотя уже не на порядки, но пока еще в разы. Поэтому в большинстве стран, широко использующих ВИЭ, производители «альтернативной» электроэнергии активно субсидируются государством, в том числе и за счет налогов с «традиционной» энергетики.

Во-вторых, «экологически чистая» альтернативная энергетика не такая уж экологически чистая. Например, на производство одного мегаваттного ветряка расходуется не менее 200 тонн стали! Чтобы добыть и выплавить такое количество металла, нужно добыть миллионы тонн руды и затем сжечь много угля (который тоже нужно добыть), что изрядно загрязняет атмосферу. А ведь для ветряка нужны еще медь, никель, сложные полимеры… Производство поликристаллического кремния для солнечных батарей тоже нельзя считать совсем уж экологически безопасным. Скорее, наоборот. Хлорсилан, применяющийся в процессе создания элементов для солнечных батарей, крайне ядовит, и строительство каждого завода по производству поликристаллического кремния сопровождается справедливым недовольством жителей близлежащих городов и сел.

К тому же, для размещения ветропарков и «солнечных плантаций» требуются огромные территории, которых на перенаселенной Земле осталось не так много. Особенно актуальна эта проблема для биогазовых станций, для работы которых нужно выращивать большие объемы биомассы, и, следовательно, занимать плодородные почвы.

В-третьих, генерация альтернативной электроэнергии отличается относительно низким коэффициентом использования установленной мощности, проще говоря, непостоянством работы. Солнечные батареи по понятным причинам не работают ночью и в облачную погоду, ветрогенераторы бессильны в штиль. При этом обеспечивать потребителей нужно непрерывно; так как вопрос запаса электроэнергии в промышленных масштабах пока не решен, требуются дублирующие «традиционные» генераторы такой же мощности и «умные» распределительные сети, позволяющие мгновенно перенаправлять большие потоки энергии (с неизбежными потерями при транспортировке). Все эти инженерные проблемы усугубляют и так непростую ситуацию с себестоимостью «альтернативного электричества». Этих недостатков практически лишены микро- и мини-ГЭС, однако не везде есть возможность их устанавливать. Приливным ГЭС и геотермальным ТЭЦ свойственна та же проблема.

Сибирская альтернатива
Несмотря на все вышеперечисленные трудности, альтернативная энергетика развивается, причем даже у нас в стране. По оценкам экспертов, в России сейчас разрабатывается несколько проектов создания «солнечных полей» и около 20 проектов ветропарков. Однако насколько далеко эти проекты продвинулись от стадии теоретической разработки, сказать затруднительно. Тем более, что меры субсидирования производства альтернативной электроэнергии в нашей стране не предусмотрены.
Как ни странно, Сибирь в деле продвижения альтернативной энергетики может оказаться локомотивом, так как при общей энергоизбыточности региона в нем множество территорий, не имеющих доступа к единой энергосистеме страны. Так, в Красноярском крае около 25% малых поселений не имеют постоянного энергообеспечения. «Лампочки Ильича» загораются в таких деревнях и поселках на несколько часов в сутки, причем электричеством их обеспечивают дизельные генераторы. Учитывая стоимость топлива и его доставки в эти труднодоступные (преимущественно северные) территории, себестоимость киловатт-часа в таких населенных пунктах в несколько раз превышает себестоимость «альтернативной» энергии. В таких условиях использование возобновляемых источников энергии становится экономически оправданным, тем более, что резервные генераторы (дизельные) уже имеются.

«С целью создания новой энергоэффективной системы жизнеобеспечения министерством жилищно-коммунального хозяйства Красноярского края прорабатываются проекты внедрения инновационных технологий и энергоэффективного оборудования, проекты строительства современных высокоэффективных источников комбинированной выработки энергоресурсов, таких как мини-ТЭЦ, по замещению существующих энергоисточников (котельных и дизельных электрических станций) в районах Крайнего Севера с максимальным использованием местных видов топлива, — рассказывает Андрей Резников, министр жилищно-коммунального хозяйства Красноярского края. — Разработан инвестиционный проект, направленный на ускоренное развитие коммунальной инфраструктуры, преимущественно северных муниципальных образований края — «Пилотный проект модернизации жилищно-коммунального комплекса Красноярского края». В его рамках предлагается восемь проектов по строительству на территории пяти муниципальных образований края высокоэффективных энергоисточников, в том числе и мини-ГЭС». Интерес к мини-ГЭС в Красноярском крае не случаен — во-первых, практически все поселки стоят на речках, а во-вторых, расположенный в Красноярске Сибирский федеральный университет разработал уникальные мини-ГЭС, которые уже готовятся к запуску в серийное производство. «В настоящее время предприятие «Радиосвязь» заканчивает изготовление, сборку и отладку трех образцов установочной партии микро-ГЭС мощностью 1 кВт, разработанной и заказанной Сибирским федеральным университетом, — сообщили нам в министерстве промышленности и энергетики Красноярского края. — Опытную эксплуатацию установочной партии для ее сертификации планируется провести в январе-марте 2011 года. Два комплекта микро-ГЭС будут эксплуатироваться в Красноярском крае, один комплект — в Алтайском крае. По результатам опытной эксплуатации будет приниматься решение о серийном выпуске микро-ГЭС, в том числе о продвижении этой продукции на территории Кабардино-Балкарии». Впрочем, речь идет о ГЭС не только с приставкой «микро». «В целях использования инновационного потенциала производителей края в рамках использования возобновляемых источников энергии и биотоплива проводится изучение возможности использования гидропотенциала малых рек для строительства мини-ГЭС мощностью до 20 МВт для электроснабжения удаленных поселений края, — отмечает Андрей Резников. — По результатам оценки Инжиниринговой компании «Энергия» (г. Москва) определены наиболее благоприятные места размещения малых ГЭС — деревня Новоназимово Енисейского района и поселок Байкит Эвенкийского муниципального района. Компанией проводится детальный расчет эффективности выбранных площадок для размещения малых ГЭС. Кроме того, идет подготовка предложений по строительству и реконструкции теплоисточников с использованием биотоплива. Для строительства теплоисточника на биотопливе определен Кежемский район, город Кодинск».

Очевидно, в ближайшие годы говорить о значительном развитии альтернативной энергетики в нашей стране вряд ли придется. Но пример Красноярского края показывает, что даже при наличии крупных традиционных генерирующих мощностей место альтернативной энергетике в общем энергобалансе можно найти.

Михаил Головин,
профессор, к. т. н., заведующий кафедрой
проектирования и экспериментальной механики
машин Сибирского федерального университета:

– В СФУ, в отличие от большинства мировых аналогов, создана свободнопоточная (использующая кинетическую энергию свободного потока воды) микро-ГЭС (в соответствии с принятой терминологией, – мощности до 50 кВт). Основная перспектива применения микро-ГЭС – территории без электроснабжения или с его большим дефицитом, малые поселки, туристско-экскурсионные районы. Доля микроэнергетики в нашей стране в 200 раз меньше, чем в среднем по миру. Потребности  в микроэнергетике, судя по многочисленным письмам от населения огромны. По результатам маркетинговых исследований ежегодный рынок ограничен пока только производственными мощностями и может составить несколько мегаватт (сотни изделий) в год.

 "Промышленные страницы Сибири" №11 (48) декабрь 2010 г.

скачать pdf

P align=justify>Солнце и ветер вместо угля и нефти
К альтернативной энергетике традиционно относят получение электричества от ВИЭ — возобновляемых источников энергии: солнечного излучения, ветра, приливов и отливов, геотермальных источников, газифицированной биомассы. Гидропотенциал, который в общем-то тоже относится к возобновляемым источникам энергии, к альтернативной энергетике относят лишь в части микро– и мини-ГЭС. Использовать эти источники человечество начало давно — достаточно вспомнить ветряные и водяные мельницы. Однако интерес к масштабному промышленному использованию альтернативной энергетики появился в развитых странах лишь во второй половине прошлого века, когда стало понятно, что запасы угля, нефти, газа и урана не вечны, да к тому же их активное потребление быстро приводит к ухудшению экологической ситуации. В последние годы альтернативная энергетика превратилась в одну из самых бурно развивающихся отраслей промышленности развитых стран с оборотом в сотни миллиардов долларов. Уверенно растет и ее доля в общем энергобалансе — так, в странах Европейского союза на сегодняшний день около 7% всей электроэнергии вырабатывается на ветроустановках, солнечных батареях, установках по газификации биомассы и т.п. В Дании этот показатель доходит до 20%. До 20% собирается довести долю «альтернативного электричества» и Европейский союз, причем уже к 2020 году, а все та же Дания к этому сроку планирует и вовсе отказаться от использования углеводородного топлива. Причем этот тренд прослеживается не только в «просвещенной Европе» — Китай к этому же 2020 году планирует довести долю электроэнергии, получаемой от возобновляемых источников, до 15%. К решению этой задачи в Поднебесной подходят масштабно — по всей стране создаются огромные ветропарки мощностью до 10 ГВт (для сравнения, мощность Красноярской ГЭС — 6,4 ГВт). Вообще же специальные программы по использованию ВИЭ есть в 66 странах мира.
В России же, по данным Российской ассоциации ветроиндустрии, альтернативная энергетика дает сейчас всего около 1% от общего энергобаланса, причем потенциальные возможности возобновляемых источников используются лишь на 3,5%. Впрочем, как и другие страны, Россия намерена увеличивать долю альтернативной энергетики — к 2020 году она должна составить 4%.
Еще один тренд последних лет — резкое увеличение финансирования научно-исследовательских разработок, касающихся повышения эффективности использования возобновляемых источников энергии. Миллиардные инвестиции дают результаты — КПД ветрогенераторов, солнечных батарей и т.п. неуклонно повышается. Однако почему же в таком случае человечество до сих пор не отказалось от «традиционной», дымящей и коптящей энергетики?

Грязная сторона чистой энергетики
Во-первых, «бесплатная» энергия солнца и ветра вовсе не бесплатна. Ветряки и солнечные батареи нужно обслуживать, ремонтировать, менять и так далее. И хотя себестоимость «альтернативной» энергии за последние годы существенно снизилась — например, в США за время с 1980-х до сегодняшних дней себестоимость «солнечной» электроэнергии удалось снизить с доллара за кВт/ч до 18 центов, а «ветряной» с 40 до 4 центов, все равно стоимость альтернативной энергии выше энергии традиционной. И хотя уже не на порядки, но пока еще в разы. Поэтому в большинстве стран, широко использующих ВИЭ, производители «альтернативной» электроэнергии активно субсидируются государством, в том числе и за счет налогов с «традиционной» энергетики.

Во-вторых, «экологически чистая» альтернативная энергетика не такая уж экологически чистая. Например, на производство одного мегаваттного ветряка расходуется не менее 200 тонн стали! Чтобы добыть и выплавить такое количество металла, нужно добыть миллионы тонн руды и затем сжечь много угля (который тоже нужно добыть), что изрядно загрязняет атмосферу. А ведь для ветряка нужны еще медь, никель, сложные полимеры… Производство поликристаллического кремния для солнечных батарей тоже нельзя считать совсем уж экологически безопасным. Скорее, наоборот. Хлорсилан, применяющийся в процессе создания элементов для солнечных батарей, крайне ядовит, и строительство каждого завода по производству поликристаллического кремния сопровождается справедливым недовольством жителей близлежащих городов и сел.

К тому же, для размещения ветропарков и «солнечных плантаций» требуются огромные территории, которых на перенаселенной Земле осталось не так много. Особенно актуальна эта проблема для биогазовых станций, для работы которых нужно выращивать большие объемы биомассы, и, следовательно, занимать плодородные почвы.

В-третьих, генерация альтернативной электроэнергии отличается относительно низким коэффициентом использования установленной мощности, проще говоря, непостоянством работы. Солнечные батареи по понятным причинам не работают ночью и в облачную погоду, ветрогенераторы бессильны в штиль. При этом обеспечивать потребителей нужно непрерывно; так как вопрос запаса электроэнергии в промышленных масштабах пока не решен, требуются дублирующие «традиционные» генераторы такой же мощности и «умные» распределительные сети, позволяющие мгновенно перенаправлять большие потоки энергии (с неизбежными потерями при транспортировке). Все эти инженерные проблемы усугубляют и так непростую ситуацию с себестоимостью «альтернативного электричества». Этих недостатков практически лишены микро- и мини-ГЭС, однако не везде есть возможность их устанавливать. Приливным ГЭС и геотермальным ТЭЦ свойственна та же проблема.

Сибирская альтернатива
Несмотря на все вышеперечисленные трудности, альтернативная энергетика развивается, причем даже у нас в стране. По оценкам экспертов, в России сейчас разрабатывается несколько проектов создания «солнечных полей» и около 20 проектов ветропарков. Однако насколько далеко эти проекты продвинулись от стадии теоретической разработки, сказать затруднительно. Тем более, что меры субсидирования производства альтернативной электроэнергии в нашей стране не предусмотрены.
Как ни странно, Сибирь в деле продвижения альтернативной энергетики может оказаться локомотивом, так как при общей энергоизбыточности региона в нем множество территорий, не имеющих доступа к единой энергосистеме страны. Так, в Красноярском крае около 25% малых поселений не имеют постоянного энергообеспечения. «Лампочки Ильича» загораются в таких деревнях и поселках на несколько часов в сутки, причем электричеством их обеспечивают дизельные генераторы. Учитывая стоимость топлива и его доставки в эти труднодоступные (преимущественно северные) территории, себестоимость киловатт-часа в таких населенных пунктах в несколько раз превышает себестоимость «альтернативной» энергии. В таких условиях использование возобновляемых источников энергии становится экономически оправданным, тем более, что резервные генераторы (дизельные) уже имеются.

«С целью создания новой энергоэффективной системы жизнеобеспечения министерством жилищно-коммунального хозяйства Красноярского края прорабатываются проекты внедрения инновационных технологий и энергоэффективного оборудования, проекты строительства современных высокоэффективных источников комбинированной выработки энергоресурсов, таких как мини-ТЭЦ, по замещению существующих энергоисточников (котельных и дизельных электрических станций) в районах Крайнего Севера с максимальным использованием местных видов топлива, — рассказывает Андрей Резников, министр жилищно-коммунального хозяйства Красноярского края. — Разработан инвестиционный проект, направленный на ускоренное развитие коммунальной инфраструктуры, преимущественно северных муниципальных образований края — «Пилотный проект модернизации жилищно-коммунального комплекса Красноярского края». В его рамках предлагается восемь проектов по строительству на территории пяти муниципальных образований края высокоэффективных энергоисточников, в том числе и мини-ГЭС». Интерес к мини-ГЭС в Красноярском крае не случаен — во-первых, практически все поселки стоят на речках, а во-вторых, расположенный в Красноярске Сибирский федеральный университет разработал уникальные мини-ГЭС, которые уже готовятся к запуску в серийное производство. «В настоящее время предприятие «Радиосвязь» заканчивает изготовление, сборку и отладку трех образцов установочной партии микро-ГЭС мощностью 1 кВт, разработанной и заказанной Сибирским федеральным университетом, — сообщили нам в министерстве промышленности и энергетики Красноярского края. — Опытную эксплуатацию установочной партии для ее сертификации планируется провести в январе-марте 2011 года. Два комплекта микро-ГЭС будут эксплуатироваться в Красноярском крае, один комплект — в Алтайском крае. По результатам опытной эксплуатации будет приниматься решение о серийном выпуске микро-ГЭС, в том числе о продвижении этой продукции на территории Кабардино-Балкарии». Впрочем, речь идет о ГЭС не только с приставкой «микро». «В целях использования инновационного потенциала производителей края в рамках использования возобновляемых источников энергии и биотоплива проводится изучение возможности использования гидропотенциала малых рек для строительства мини-ГЭС мощностью до 20 МВт для электроснабжения удаленных поселений края, — отмечает Андрей Резников. — По результатам оценки Инжиниринговой компании «Энергия» (г. Москва) определены наиболее благоприятные места размещения малых ГЭС — деревня Новоназимово Енисейского района и поселок Байкит Эвенкийского муниципального района. Компанией проводится детальный расчет эффективности выбранных площадок для размещения малых ГЭС. Кроме того, идет подготовка предложений по строительству и реконструкции теплоисточников с использованием биотоплива. Для строительства теплоисточника на биотопливе определен Кежемский район, город Кодинск».

Очевидно, в ближайшие годы говорить о значительном развитии альтернативной энергетики в нашей стране вряд ли придется. Но пример Красноярского края показывает, что даже при наличии крупных традиционных генерирующих мощностей место альтернативной энергетике в общем энергобалансе можно найти.

Михаил Головин,
профессор, к. т. н., заведующий кафедрой
проектирования и экспериментальной механики
машин Сибирского федерального университета:

– В СФУ, в отличие от большинства мировых аналогов, создана свободнопоточная (использующая кинетическую энергию свободного потока воды) микро-ГЭС (в соответствии с принятой терминологией, – мощности до 50 кВт). Основная перспектива применения микро-ГЭС – территории без электроснабжения или с его большим дефицитом, малые поселки, туристско-экскурсионные районы. Доля микроэнергетики в нашей стране в 200 раз меньше, чем в среднем по миру. Потребности  в микроэнергетике, судя по многочисленным письмам от населения огромны. По результатам маркетинговых исследований ежегодный рынок ограничен пока только производственными мощностями и может составить несколько мегаватт (сотни изделий) в год.

 "Промышленные страницы Сибири" №11 (48) декабрь 2010 г.

скачать pdf

Вадим Гусельников.