Зеленая энергетика и российская энергетика: один путь и одна цель?

Переход на «зеленую» энергию как главный путь к улучшению экологии планеты. Правительства развитых стран принимают нормативные программы развития «зеленой энергетики» и тратят миллиардные бюджеты на их реализацию. Для привлечения инвестиций в отрасль принимаются программы специальных тарифов или «зеленых сертификатов», позволяющих поставщикам и потребителям такой энергии получать бонусы и дополнительные доходы.
«Зеленая архитектура» как один из способов повышения эффективности энергопотребления.К началу 2008 года по меньшей мере 43 государства разработали планы по переходу на использование возобновляемых источников энергии. Страны, желающие избавиться от нефтяной, газовой и угольной зависимости, к 2011 году планируют получать от 5% до 30% электричества за счет использования энергии воды, солнца, ветра, биомассы и т. д. Наиболее амбициозные планы у Австрии (к 2010 году покрывать 78% своих нужд в электроэнергии за счет возобновляемых источников), Швеции (60%) и Латвии (49,3%).


Население Земли – около 7 млрд. человек. Потребление энергии непрерывно растет и сегодня превысило 13 млрд. т н.э./год или в среднем ≈ 2 т н.э./чел./год или ≈ 3 кВт/чел.

Сравнительные масштабы антропогенной энергетики
Средняя мускульная мощность человека – 100…150 Вт/чел. За счет освоения различных источников энергии энерговооруженность человека возросла в среднем в 30 раз (3 кВт/чел.), а в развитых странах – в сотни раз.



Поток энергии солнечного излучения на поверхность Земли (за пределами атмосферы 1,4 кВт/м²) – 173 000 ТВт (173 1012 кВт) или в среднем 25 МВт/чел. Потребление энергии населением Земли всего ≈ 1/10000 энергии, поступающей на Землю с солнечным излучением. Вместе с тем, потребление энергии достигло около 50% энергии процессов фотосинтеза (≈ 40 ТВт), обеспечивающих жизнь на Земле, что начинает негативно отражаться на экологии.



При уже достигнутом уровне энергопотребления мир в целом и отдельные страны не могут и не должны стремиться достичь сегодняшнего удельного энергопотребления наиболее энергетически “зажиточных” стран.
При численности населения земного шара около 7 млрд. чел. попытка увеличить масштаб потребления энергии в расчете на одного человека до среднего уровня золотого миллиарда» привела бы к необходимости как минимум в 3 раза увеличить производство первичных энергоресурсов, что в условиях наметившейся в мире стабилизации добычи органического топлива и экологических ограничений, видимо, уже невозможно и неразумно!
Необходимо направить усилия на повышение энергоэффективности и диверсификацию источников энергии!


Энергоемкость ВВП

Энергоемкость ВВП различных стран, т н.э./$1000 (источник: KEY WORLD ENERGY STATISTICS, IEA, 2009)

Необходимо иметь в виду, что этот показатель лишь косвенно характеризует энергоэффективность страны. Для вскрытия имеющихся резервов повышения эффективности использования энергии требуется детальный анализ структуры экономики, ее внешнего торгового баланса, климатических и географических особенностей, сравнительное исследование эффективности энергетических процессов и балансов в отдельных секторах экономики и регионах.


Основные проблемы мировой энергетики

Деление мира на экспортеров и импортеров нефти (красные – импортеры, зеленые – экспортёры)

- «Несправедливое» неравномерное распределение органических энергоресурсов по миру и связанные с этим проблемы энергетической безопасности стран и регионов;
- Наступление эры сокращения добычи дешевого органического топлива;
- Нарастание экологических угроз

Энергетика – одна из главных причин мировых экономических, финансовых и политических кризисов

Неравномерность распределения первичных органических ресурсов по миру, сокращение дешевых запасов органического топлива, озабоченность многих стран проблемами энергетической безопасности, сопровождающиеся растущей озабоченностью мировой общественности изменением климата, обусловленным вредными воздействиями традиционной энергетики на окружающую среду, неизбежно должны привести к существенному изменению топливно-энергетического баланса планеты уже в ближайшие десятилетия и к сокращению долей потребления нефти, газа и угля.
Что же сможет их заменить в условиях продолжающегося абсолютного роста потребления энергии?


Энергетические ресурсы Земли


Помимо органических энергоресурсов человечество располагает большими ресурсами ядерной энергетики (деление и синтез) и возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
Ожидается «ренессанс» атомной энергетики (с известными ограничениями) и уже имеет место расширение масштабов практического использования ВИЭ


Достоинства Возобновляемых источников энергии

- широта спектра ВИЭ,
- ресурсы ВИЭ во много раз превышают существующие потребности регионов,
- более менее равномерная распределенность по земному шару и повсеместная доступность того или иного вида,
- неисчерпаемость,
- экологическая чистота: нет выбросов, отсутствует тепловое загрязнение планеты


Состояние и тенденции развития ВИЭ в мире



Инвестиции в 2008 г. в ВИЭ – более $120 млрд.

Установленная мощность электрогенерирующих установок на ВИЭ (без крупных ГЭС) к концу 2008 года более 280 ГВт (> 5% от суммарной мощности всех электрогенерирующих установок в мире, > 3,5% от мирового производства электроэнергии и > 25% от электроэнергии, вырабатываемой всеми атомными электростанциями. В США в апреле 2009 г. выработка электроэнергии от ВИЭ впервые превысила выработку АЭС.

Суммарная мощность действующих в мире фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) достигла 16 ГВт, причем в 2008 году в эксплуатацию было введено более 5 ГВт (> 3 ГВт – ФЭС), а прирост продаж ФЭП на мировом рынке за год составил около 70%;

Суммарная тепловая мощность установок солнечного теплоснабжения в 2008 году достигла 145 ГВт (более 180 млн м2 солнечных коллекторов), солнечное горячее водоснабжение имеет более 60 млн домов в мире, ежегодные темпы роста более 15%;

Производство биотоплив (этанол и биодизель) в 2008 году превысило 79 млрд. литров в год (около 5% от ежегодного мирового потребления бензина, биоэтанол – 67, биодизель - 12 млрд. литров в год . По сравнению с 2004 годом производство биодизеля возросло в 6 раз, а биоэтанола удвоилось);

В 30 странах мира действует более 2 млн тепловых насосов, суммарной тепловой мощностью более 30 ГВт утилизирующих природное и сбросное тепло и обеспечивающих тепло- и холодоснабжение зданий;

В 2009 году 73 страны, среди которых 20 развивающихся, имели специальные государственные программы освоения ВИЭ и на государственном уровне утвержденные индикативные показатели их развития на среднесрочную и долгосрочную перспективу: в большинстве случаев 15…20% вклад в энергобалансы к 2020 году, в ЕС 40% - к 2040 году.


Основные недостатки ВИЭ, сдерживающие их продвижение на энергетический рынок

- Нестабильность (суточная и сезонная) энергетических потоков (солнце, ветер, гидро)
- Низкая плотность энергетических потоков
солнечное излучение в полдень ясного дня - 1 кВт/м2, среднегодовая плотность потока < 250 Вт/м2  (для средней полосы России – 120 Вт/м2).
ветровой поток при скорости ветра 10 м/с - 500 Вт/м2.
водный поток при скорости 1 м/с - 500 Вт/м2.
Для сравнения: плотность теплового потока на стенки топки парового котла достигает  нескольких сотен кВт/м2.

В результате – большие площади приемников, высокая материалоемкость и высокая стоимость производимой энергии.


Основные сферы энергетического использования ВИЭ:
- производство электроэнергии;
- производство тепла и холода;
- производство альтернативных топлив, прежде всего, биотоплив.

Разрабатывается широкий спектр различных технологий преобразования энергии, причем одни и те же первичные ВИЭ могут быть эффективно применены для получения разных полезных энергетических продуктов.

Инновационные технологии энергетического использования ВИЭ
- технологии термодинамического и прямого фотоэлектрического преобразования солнечной энергии в электроэнергию;
- технологии солнечного горячего водоснабжения, отопления, сушки и холодоснабжения на основе использования эффективных солнечных коллекторов;
- технологии преобразования энергии ветровых потоков в электроэнергию;
- технологии геотермального теплоснабжения и производства электроэнергии;
- технологии энергетической переработки биомассы с получением альтернативных твердых (топливные брикеты), жидких и газообразных топлив;
- технологии преобразования энергии малых водных потоков в электроэнергию;
- технологии преобразования энергии морских приливов и морских волн;
- технологии использования природного и сбросного промышленного тепла для теплоснабжения с помощью тепловых насосов.


Развитие ВИЭ – важный фактор модернизации экономики



По оценкам, при бюджетной надбавке к цене рынка для ВЭС на уровне2,5 руб./кВтчна 1 руб./кВтч бюджетных затрат возможно получение бюджетной прибыли на уровне 1,4 руб/кВтч !


Работы по ВИЭ в России отмечены премией «Глобальная энергия»

С 2003г. 22 лауреата из 9 государств получили Международную энергетическую премию «Глобальная энергия». Из них 14 (64%) – за работы по ВИЭ.
Академик В.Е. Фортов - "дорожная карта" НТП для Энергетической стратегии России до 2030 г.;
Академик Э.П. Волков - Концепция НТП в электроэнергетике до 2030 г;
Академик Н.Н. Пономарёв-Степной - альтернативные концепции Стратегии развития атомной энергетики России до 2050 г.;
Академик А.Е. Шейндлин - программа Президиума РАН "Фундаментальные основы развития энергетических систем и технологий";
Академик О.Н. Фаворский – доклад «инновационное развитие энергетики России до 2030 г.»


Выводы

- ВИЭ – весьма перспективны, инновационны и все более экономичны, но, как правило, требуют поддержки со стороны государства и региональных органов. К 2020 году вклад ВИЭ в производство электроэнергии в России должен возрасти с 1% до 4,5%.

- Технологии использования ВИЭ разнообразны, типовые решения и типовые методики расчета пока отсутствуют, что требует привлечения квалифицированных специалистов как для обоснования проектных решений, так и для проектирования систем. Крайне необходимо создание демонстрационных объектов в регионах России.

- Приоритетным для условий России является развитие автономных систем электро- и теплоснабжения потребителей в удаленных районах (2/3 территории страны с населением около 20 млн чел.)

- В сетевой энергетике России использование ВИЭ при поддержке государства перспективно, прежде всего, для энергодефицитных и тупиковых энергорайонов.


Автор доклада: Исполнительный директор Фонда "Глобальная энергия" Игорь Лобовской
Доклад прозвучал в рамках Первого международного форума Института Адама Смита "Энергоэффективность в России" (22-24 июня, Москва, Отель Марриотт Гранд)