Раздел 1. Общие сведения о возобновляемых нетрадиционных источниках энергии

Одним из приоритетных направлений развития энергетики в ХХI в. является широкое использование возобновляемых источников энергии, имеющих огромные ресурсы, что позво7 лит снизить отрицательное влияние энергетики на окружающую среду, повысить энерге7 тическую и экологическую безопасность.

К традиционным источникам энергии относятся: невозобновляемые, включающие уголь, природный газ, нефть, уран; возобновляемые, включающие гидроэнергетику, древесину в виде дров.

Современная энергетика в основном базируется на невозобновляемых источниках энергии, которые, имея ограниченные запасы, являются исчерпаемыми и не могут гарантировать устойчивое развитие мировой энергетики на длительную перспективу, а их использование – один из главных факторов, приводящий к глобальному ухудшению состояния окружающей среды и ее кризисному состоянию.

К нетрадиционным (альтернативным) относятся возобновляемые источники энергии (ВИЭ), которые используют потоки энергии Солнца, энергию ветра, теплоты Земли, биомассы, морей и океанов, рек, существующие постоянно или периодически в окружающей среде и в обозримой перспективе соответственно практически неисчерпаемые. Все ВИЭ разделяются на две группы, использующие прямую энергию солнечного излучения и ее вторичные проявления (косвенная солнечная энергия), а также энергию взаимодействия Солнца, Луны и Земли.

Результатом косвенной деятельности Солнца являются соответствующие эффекты в атмосфере, гидросфере и геосфере в виде энергии ветра, гидроэнергии, энергии течений, волн, приливной энергии, тепловой энергии окружающей среды и др. (рис. 1.1).

К нетрадиционным возобновляемым источникам энергии относится малая гидроэнергетика с ГЭС мощностью до 30 МВт, а в ряде стран до 10 МВт.

Основными преимуществами ВИЭ по сравнению с традиционными невозобновляемыми источниками являются:

• практически неисчерпаемые ресурсы;
• снижение отрицательного влияния на окружающую среду, включая выбросы различных загрязняющих веществ, парниковых газов, радиоактивное и тепловое загрязнение и др.

Основными факторами, ограничивающими использование нетрадиционных ВИЭ, являются:

• малая плотность энергетического потока, которая составляет, например, для солнечной энергии на поверхности земли 1,36·10^-3 МВт/м2, ветровой при скорости ветра 10 м/с – 6·10^-4 МВт/м2, геотермальной – 3·10^-8 МВт/м2, в то время как для энергии АЭС – 0,2 МВт/м2 ;
• значительная неравномерность выработки энергии во времени и ее использования;
• относительно высокие капиталоемкость энергетических установок и стоимость вырабатываемой электроэнергии.

Необходимость широкого использования ВИЭ определяется быстрым ростом потребности в электрической энергии, которая по прогнозам должна увеличиться по сравнению с 2000 г. в 2 раза к 2030 г. и в 4 раза к 2050 г.; исчерпанием в обозримом будущем разведанных запасов органического топлива; кризисным состоянием окружающей среды в связи с загрязнением оксидами азота и серы, углекислым газом, пылеподобными частицами от сгорания топлива, радиоактивным и тепловым загрязнением и др.

Возобновляемые источники энергии имеют принципиальные отличия, поэтому их эффективное использование является возможным на основе научно разработанных принципов превращения энергии ВИЭ в виды, необходимые потребителям. В окружающей среде всегда существуют потоки возобновляемой энергии, поэтому в процессе развития возобновляемой энергетики необходимо ориентироваться на местные энергоресурсы, выбирая наиболее эффективные из них. Использование ВИЭ должно быть многовариантным и комплексным, что позволит ускорить экономическое развитие регионов. Например, хорошей базой для использования ВИЭ могут служить агропромышленные комплексы, где отходы животноводства и растениеводства являются сырьем для получения биогаза, а также жидкого и твердого топлива, производства удобрений.

Таблица 1.1 Энергетический потенциал возобновляемых источников энергии

* Гидроэнергоресурсы водотоков даны для большой и малой гидроэнергетики.

Для эффективного планирования энергетики на возобновляемых энергоресурсах необходимо: во-первых, систематическое исследование окружающей среды, аналогичное исследованиям геологического характера при поисках нефти или газа, вовторых, изучение потребностей конкретного региона в энергии для промышленного, сельскохозяйственного производства и бытовых потребностей. В частности, чтобы выбрать наиболее экономичный источник энергии, необходимо знать структуру потребителей энергии.

Одной из важнейших характеристик возобновляемых источников энергии является их энергетический потенциал – показатель, определяющий количество энергии, свойственное соответствующему виду ВИЭ.

Для оценки энергетических ресурсов возобновляемых источников энергии, возможных для использования, различают следующие виды энергетического потенциала ВИЭ:

• теоретический, характеризующий общее количество энергии;
• технический – часть теоретического потенциала, которую принципиально можно использовать при помощи современных устройств;
• экономически эффективный – часть технического потенциала, которую в настоящее время целесообразно использовать, исходя из экономических, социальных, экологических и других факторов.

Ориентировочные показатели энергетических ресурсов ВИЭ в мире показаны в табл. 1.1.