Наша родина может и должна занять фаворитные позиции в деле развития возобновляемой энергетики. Обширное внедрение возобновляемых источников энергии будет содействовать экономическому росту, увеличению уровня жизни людей и улучшению состояния среды. Сразу Наша родина пойдет по пути предотвращения необратимых конфигураций мировой климатической системы1.
1 Создатель выражает признательность А. О. Кокориной и И. Г. Грицевичу за информационную поддержку и полезные комменты при подготовке статьи.
Изменение климата и возобновляемая энергетика
Весной 2007 года вышел в свет 4-ый доклад Межправительственной группы профессионалов по изменению климата [1]. В нем приведены последние результаты исследований в области глобального конфигурации климата, осуществляемых в почти всех странах, в том числе и в Рф.
Выводы доклада очень тревожны: потепление будет длиться, и к 2100 году среднегодовая температура поверхности Земли может возрасти на 5-6 градусов Цельсия, что нанесет глобальной экономике большой вред, размер которого, согласно оценкам известного английского экономиста Н. Стерна, может превысить 20% общемирового валового внутреннего продукта [2].
По воззрению ведущих ученых, только принятие срочных и широкомасштабных мер по понижению антропогенных выбросов парниковых газов (сначала углекислого газа и метана) позволит замедлить и ослабить климатические конфигурации. С этой целью в 1997 году был подписан Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Протокол был ратифицирован Россией в ноябре 2004 года и вступил в силу 16 февраля 2005 года.
Глобальная экономика медлительно, но правильно двинулась в новейшую эру — эру, когда выбросы углерода в атмосферу будут агрессивно ограничены, а безуглеродные технологии в энергетике и индустрии получат для развития новые стимулы, и сначала денежные. Появившийся еще в конце 1990-х годов углеродный рынок предоставляет большие вкладывательные способности для разработки и внедрения таких технологий. Объем этого рынка уже сейчас оценивается в сотки млрд долл. США.
Одним из приоритетных направлений в борьбе с конфигурацией климата становится развитие возобновляемых источников энергии. В отличие от сжигания ископаемого горючего (уголь, газ, нефтепродукты) создание энергии с внедрением возобновляемых источников не приводит к выбросам в атмосферу парниковых газов. Исключение составляет только сжигание биомассы, да и в данном случае выбросы СО2 в атмосферу числятся климатически нейтральными, потому что биомасса в любом случае участвует в естественном круговороте углекислого газа в природе.
По оценкам Интернационального энергетического агентства [3], после 2020 года ожидается резвый рост использования отходов биомассы в качестве горючего, а после 2040 года — повышение объемов специально выращиваемой биомассы. В 2030-х годах можно рассчитывать на расширение диапазона возобновляемых источников энергии (геотермальной, приливной и т. п.), специфичных для каждой страны. А 5-ое десятилетие станет периодом активного использования солнечной энергии для выработки электричества. В сценариях ускоренного технологического развития в первой половине XXI века значимая роль также отводится возобновляемым источникам энергии (рис. 1).
По систематизации Интернационального энергетического агентства, к возобновляемым источникам относятся энергия биомассы, ветра, солнечная, приливная, геотермальная, также энергия падающей воды, применяемая на гидроэлектростанциях различной мощности. При помощи возобновляемых источников вырабатывается электронная, термическая и механическая энергия.
Потенциал этих источников на несколько порядков превосходит современный уровень употребления энергии в мире, а их достоинства по сопоставлению с органическим топливом обоснованы их неисчерпаемостью и экологической чистотой производства энергии.
Удельный вес таких источников энергии в мировом топливно-энергетическом балансе сейчас не превосходит 1%. Несовершенство технологий и оборудования, отсутствие нужных конструкционных материалов, высочайшая капиталоемкость и малая единичная мощность не позволяют обширно ввязывать возобновляемые источники в энергетический баланс. Потому с практической точки зрения пока возобновляемые источники энергии следует рассматривать не как кандидатуру классической энергетике, как дополнительный ресурс, помогающий решать принципиальные энерго, социально-экономические и экологические задачки.
По степени разработанности, распространенности и готовности к коммерческому использованию в мировой практике возобновляемые источники энергии условно делятся на три группы (поколения):
• обширно всераспространенные конкурентоспособные технологии: крупномасштабные гидроэнергетические установки, сжигание древесной биомассы, геотермальные технологии, утилизация свалочного газа, термические гелиоустановки, ветроэнергетические установки;
• технологии, готовые к коммерческому использованию, но пока не получившие широкого распространения на рынке: фотоэлектрические установки на кристаллическом кремнии, продвинутые установки по утилизации жестких бытовых отходов, шельфо-вые ветроэнергетические установки, солнечные концентраторы, биодизельное горючее, биоэтанол из сладкого тростника и травы, микро- и минигидро-энергетические установки и т. п.;
• технологии, близкие к окончанию разработки и имеющие возможность потенциального коммерческого использования в дальнейшем: тонкопленочные фотоэлектрические устройства, органические фотоэлементы на базе нанотехнологий, продвинутые технологии газификации биомассы, пиролиз биомассы, создание биоэтанола из целлюлозы и т. п.
Внедрение возобновляемых источников энергии в мире
По данным Интернационального энергетического агентства, в 2004 году общие поставки первичной энергии в мире составили 11 059 млн т в нефтяном эквиваленте, из которых 13.1% (1449 млн т) приходилось на возобновляемые источники энергии. Это значение можно сопоставить с толикой нефти, составляющей 34.3%, угля — 25.1%, природного газа — 20.9% и ядерной энергии — 6.5% (рис. 2).
Сейчас наикрупнейшим источником возобновляемой энергии является жесткая биомасса. Она занимает 10.1% поставок первичной энергии в мире либо 76.7% глобальных поставок возобновляемой энергии (рис. 3). 2-ой большой возобновляемый источник — это энергия, вырабатываемая гидроэлектростанциями (2.2% и 16.7% соответственно). Геотермальная энергия служит третьим по значению источником (0.4% и 3.2%). Вклад «новых» источников возобновляемой энергии (солнца, ветра и приливов) все еще остается наименьшим и не превосходит 0.1% глобальных поставок первичной энергии.
С 1990 года внедрение возобновляемых источников энергии росло в среднем на 1.9% в год (рис. 4). При всем этом внедрение энергии ветра раз в год росло на 24.4%. 2-ой по значимости прирост наблюдался для нетвердой биомассы, горючих возобновляемых материалов, возобновляемых городских отходов, биогаза и водянистой биомассы. Этот сектор в среднем рос на 8.1% в год.
Необходимо подчеркнуть, что в Рф в 2004 году на долю возобновляемых источников энергии приходилось только 2.9% общих поставок первичной энергии — меньшее значение для больших государств и регионов (табл. 1). При всем этом основная часть возобновляемых источников — гидроресурсы.
Мировой опыт последних десятилетий указывает, что нереально достигнуть сколько-либо приметного прогресса без обмысленной гос стратегии по развитию современных возобновляемых источников энергии, разработке и продвижению действенных технологий их использования. Такая стратегия обязана иметь несколько мотивированных направлений, на каждом из которых следует использовать специальные действенные инструменты. Необходимо соединять разные подходы: политический, экономический, административный и соц.
Можно выделить четыре принципных отличия возобновляемой энергетики от классической:
1. Экологический фактор, ликвидация вредных выбросов, также выбросов парниковых газов.
2. Неистощимость возобновляемых источников, при этом не только лишь в сопоставлении с газом либо углем, да и в сопоставлении с сырьем для ядерной энергетики.
3. Инфраструктурные достоинства близости к потребителю, возможность децентрализации поставок.
4. Независимость от импорта энергоэлементов.
Достоинства возобновляемой энергетики очень важны для Европы, и страны Евросоюза стараются использовать их сполна, что определяет лидерство ЕС в данной сфере.
За последние 15 лет в странах Евросоюза в эксплуатацию введены ветроэнергоустановки, общая мощность которых эквивалентна мощности 50 угольных электрических станций, при всем этом цена вырабатываемой ими энергии в два раза ниже. Годичный оборот рынка возобновляемых источников в ЕС достигнул 15 миллиардов евро, что составляет половину мирового оборота, в этом секторе евро рынка заняты 300 тыс. работников. Страны ЕС стали главными экспортерами технологий и оборудования для использования возобновляемых источников энергии.

Евросоюзом запланировано к 2010 году довести долю электроэнергии, выработанной из этих источников, до 21% общего производства, также поменять 5.75% нефтяного моторного горючего биотопливом.
Многообещающие технологии возобновляемой энергетики
Ветровая энергетика и ветроэнергетические установки
На сегодня ветроэнергетика — самое экономически успешное и действенное из всех направлений энергетики, базирующихся на возобновляемых источниках энергии. К 2004 году в мире общая мощность ветроэнергетических установок превысила 47 ГВт, включая 578 МВт на шельфе, в том числе в Рф — 5 МВт.
Удельная цена современных наземных ветро-энергоустановок находится в интервале от 850 до 1150 долл. США на кв, а расходы на эксплуатацию и техническое сервис не превосходят 3-4 центов США на киловатт-час. При номинальной мощности эти установки владеют высочайшим коэффициентом полезного деяния — 45% по отношению к кинетической энергии ветра, а годичный коэффициент полезного деяния равен 20-25%. Каждогодний прирост установленной мощности ветроэнергетических установок в мире добивается в среднем 25%. Европейская ассоциация ветроэнергетики планирует довести эту мощность для 15 государств ЕС до 75 ГВт к 2010 году и до 180 ГВт к 2020 году. Цена выработки энергии ветроустановками повсевременно понижается — на 15% при удвоении суммарной установленной мощности.
Основными направлениями развития ветроэнергетических установок следует считать повышение размеров турбин, внедрение углеродного волокна для сопел, понижение шумности, уменьшение нижнего порога скорости ветра, нужного для действенной работы. Залогом удачного строительства новых ветроэнергоустановок служат рост точности прогнозов ветровых характеристик, увеличение свойства локализации мест для строительства, создание действенных систем управления генерацией и нагрузкой, освоение способов стабилизации свойства вырабатываемой электроэнергии. Важную роль играет также опытная интеграция ветроэнергетических установок в энергосистему.
Солнечная энергия и гелиоустановки
На поверхность Земли за год поступает солнечная энергия, существенно превосходящая органические топливные припасы. Для обеспечения жизнедеятельности населения земли довольно 15% солнечной энергии, это около 63 трлн МВт-часов в год.
В текущее время существует более 300 конструктивных решений гелиоустановок, которые различаются зависимо от цели, предназначения и объема использования. Сейчас в производстве фотоэлементов и систем на их базе наблюдается реальный бум. Если в 1999 году их создание в мире составляло 200 МВт, то с годичными темпами роста 30% к 2005 году объем производства уже достигнул в Стране восходящего солнца — 80 МВт, в США — 60, в Германии — 50 МВт. Это страны-лидеры. На долю Рф приходится только 0.5 МВт.


Годичное создание солнечных коллекторов уже превосходит 1.7 млн м2 и продолжает расти. Фаворитные позиции занимают Япония — 7 млн м2, США — 4, Израиль — 2.8, Греция — 2 млн м2. Наша родина производит 0.1 млн м2 коллекторов.
Конкретно в электричество солнечную энергию превращают фотоэлектрические установки. По различным оценкам, в мире их установленная мощность колеблется от 2400 до 4100 МВт.
Цена установки солнечных модулей в текущее время очень высока: 5-9 долл. США за 1 Вт (для систем, подсоединенных к электронной сети), но эксплуатационные издержки достаточно низкие. В дальнейшем цена фотоэлектрических установок может снизиться до 1 долл. за ватт, и они сумеют соперничать с другими вариациями покрытия пиковых нагрузок.
Посреди более многообещающих направлений технологического развития солнечной энергетики рассматриваются тонкопленочная и мультиузловая технологии, также полупроводниковые красители. Главный неувязкой, от решения которой зависит будущее коммерческое внедрение и конкурентоспособность фотоэлектрических установок, остается их цена.
Биомасса и биоэнергетика
К биомассе относится огромное количество разных органических веществ био происхождения в водянистом, жестком и газообразном состоянии. Главные способы получения электричества и теплоты при помощи биомассы делятся на четыре главные группы:
• Сжигание. Установки по сжиганию биомассы в чистом виде для производства электроэнергии и теплоты обычно имеют мощность порядка 2050 МВт. Коэффициент полезного деяния таких установок может достигать 40%.
• Совместное сжигание биомассы и ископаемого горючего. Подразумевает сначала добавление жесткой биомассы к углю. Обычно, значимых модификаций установок (котлов) при всем этом не требуется.
• Газификация. Методом нагревания биомассы до высочайшей температуры в особых критериях ее можно перевести из твердого в газообразное состояние. В итоге газификации биомассы можно существенно прирастить, по сопоставлению с прямым ее сжиганием, коэффициент полезного деяния установок.
• Анаэробное разложение. При помощи био процесса, проходящего в критериях недочета кислорода, можно отчасти перевоплотить органические отходы в биогаз (метан).
Издержки на создание электроэнергии при помощи биомассы приближаются к 7-12 центам США на киловатт-час, а благодаря эффекту масштаба и процессу скопления опыта серьезные издержки к 2030 году могут снизиться практически в 2 раза.
Энергия падающей воды, большая и малая гидроэнергетика
Гидроэлектростанции являются одним из базисных компонент электро- и энергоснабжения в мире. По оценке Интернационального энергетического агентства, на техническом уровне доступный потенциал мировой гидроэнергетики составляет 14 000 миллиардов кВт-ч, из которых 8100 миллиардов числятся экономически применимым потенциалом при сегодняшнем уровне технического развития.
МикроГЭС (мощностью до 10 МВт) обычно употребляются для дачных поселков, фермерских хозяйств, также для маленьких производств в недоступных районах, где нерентабельно прокладывать сети. Они ординарны и надежны в работе, а имеющийся электрический регулятор обеспечивает высшую стабильность напряжения и частоты. Для установки микроГЭС не требуется проведения строй работ.
Малые ГЭС (мощностью до 30 МВт) строятся обычно на маленьких реках и относятся к энергоустановкам, в малой степени нарушающим естественное течение реки и наносящим меньший вред окружающей среде. Они удачно могут поменять маленькие дизельные энергоустановки либо другие генерирующие мощности в местах, не подсоединенных к централизованной системе электроснабжения.
Гидроэлектроэнергия, выработанная большенными ГЭС — один из самых дешевеньких видов энергии на нынешнем энергетическом рынке, так как большая часть станций была построена много годов назад, и вложенные в их издержки издавна амортизировались.
Установленная мощность всех действующих и строящихся в мире гидроэлектростанций — около 880 ГВт, вырабатываемая электроэнергия — наименее 3000 миллиардов кВт-ч. Технический потенциал малой гидроэлектроэнергетики в мире в целом оценивается в 150-200 ГВт.
К главным задачкам, стоящим перед гидроэлектроэнергетикой, следует отнести увеличение коэффициента полезного деяния генерирующих установок, понижение цены оборудования и эксплуатационных издержек, разработку мер по минимизации губительных последствий для среды.
Геотермальная энергетика
Геотермальной именуется энергия, доступная в виде теплоты, выделяющейся из земных недр, обычно в виде жаркой воды либо пара. Она может удовлетворять потребность в термический и электронной энергии в почти всех регионах мира. Геотермальные электростанции служат высоконадежными источниками, вырабатывающими электричество для покрытия базисной нагрузки 24 часа в денек.
За последние 20 лет, благодаря решению целого ряда научных и технических заморочек, издержки в геотермальной энергетике приметно сократились. Экономия достигнула 50%.
Основную долю серьезных издержек в случае геотермальных электрических станций занимают издержки на разведывание ресурсов и фактически строительство. Серьезные издержки колеблются от 1150 до 5500 долл. США на киловатт-час установленной мощности. Цена выработки электроэнергии составляет 1.5-5 центов США на киловатт-час.
В дальнейшем усилия должны направляться на повышение производительности геотермальных резервуаров и поболее полное внедрение имеющихся у их ресурсов. Вместе с этим делему в данном секторе энергетики определяют очень длиннющий цикл разработки и реализации проектов, также опасности, связанные с поисковым бурением и неопределенностью прогнозов деяния источника.
Биотопливо для транспорта
Внедрение биотоплива в транспорте — одно из более стремительно развивающихся направлений глобальной экономики. Благодаря растительной природе используемого в его производстве сырья, оно заносит принципиальный вклад в понижение выбросов парниковых газов. Вместе с увеличением энергоэффективности транспортного сектора, биотопливо может сыграть главную роль в обеспечении энергетической, социальной и экологической стойкости развития транспорта, экономики многих государств и глобальной экономики в целом.
Развитие технологий производства биотоплива позволит прирастить долю полезного использования первичной биомассы и добавит к топливным припасам порядка 500 млн т в нефтяном эквиваленте. Потенциал использования биотоплива оценивается Интернациональным энергетическим агентством в интервале 1400-3600 млн т в нефтяном эквиваленте. Соответственно, совместно с существующими ресурсами биомассы, полный потенциал добивается 2400-4800 млн т в нефтяном эквиваленте (либо 100-200 ЕДж/год), что составит к 2050 году 10-25% суммарного предложения первичной энергии.
Возобновляемые источники энергии в Рф
В Рф имеются значимые ресурсы фактически всех видов возобновляемых источников энергии (см. табл. 2). По имеющимся оценкам, технический потенциал возобновляемой энергетики составляет 4.6 миллиардов т условного горючего в год, что в 5 раз превосходит объем употребления всех топливно-энергетических ресурсов Рф. Экономический потенциал оценивается в 270 млн т условного горючего в год, что немногим более 25% годичного русского употребления энергии.
За счет вовлечения возобновляемых источников энергии в энергетический баланс Наша родина могла бы сберечь существенное количество невозобновляемых ресурсов ископаемого углеводородного горючего.
В текущее время в Рф употребляется очень малая часть возобновляемых припасов. В 2000 году их толика в общих поставках первичной энергии составляла 3.5%, при этом две третьих этого объема приходилось на гидроэнергетику. В то же время возобновляемые источники могли бы с фуррором поменять установки на дизельном и прочем нефтяном горючем в удаленных населенных пт, которые не присоединены к Единой системе энергоснабжения и повсевременно испытывают перебои с поставками горючего.
Посреди препятствий на пути развития рынка возобновляемых источников энергии в Рф отметим отсутствие реальной гос политики, несовершенство правовой и нормативной базы, непрозрачность энергетических рынков, субсидируемые цены на газовое горючее, слабость денежных институтов, различного рода экономные дотации на закупки горючего и энергии, также значимые разведанные припасы ископаемого горючего (угля, природного газа, нефти).
Для развития возобновляемой энергетики в Рф нужна реализация всеохватывающей гос политики, базисными элементами которой могли бы стать: государственная стратегия в области возобновляемой энергетики; принятие пакета законодательных актов, содействующих формированию структуры рынка; мотивированная муниципальная программка в области возобновляемых источников.
Наша родина имеет уникальную возможность использовать механизмы Киотского протокола для широкомасштабного развития возобновляемой энергетики. Быстро развивающийся углеродный рынок позволяет завлекать значимые инвестиции в альтернативную энергетику. В Евросоюзе и других продвинутых странах это направление выходит на новый виток сильной политической и экономической поддержки. Довольно сказать, что летом 2007 года на саммите ЕС было принято беспримерное решение об увеличении толики возобновляемой энергетики к 2020 году до 20%.
Наша страна может и должна очень использовать все имеющиеся способности для развития возобновляемой энергетики, что, в свою очередь, будет содействовать действенному экономическому развитию, улучшению состояния среды, увеличению благосостояния населения и сразу решит задачку предотвращения необратимых конфигураций глобальной климатической системы.
1. Материалы веб-сайта www.ipcc.ch.
2. Отчет Н. Стерна. http://news.bbc.co.uk/2/shared/bsp/hi/pdfs/30_10_06_exec_sum. pdf.
3. Energy Technology Perspectives — Scenarios&Strategies to 2050. IEA,