Реферат: Перспективы применения альтернативных источников энергии
По этим причинам сравнение себестоимости производства электроэнергии сегодня делают с осторожностью. При этом предполагают, что мощность ветра, процентные ставки и период амортизации не меняются, однако эти факторы редко учитываются на практике. Поэтому большая часть приведенной в настоящей статье информации базируется на стоимости инсталляционных расходов на один киловатт установленной мощности.
Опыт показывает, что большинство недавних прогнозов роста ветроэнергетики и снижения себестоимости производства ветроэнергии оказались заниженными. Так, для примера, согласно прогнозу, сделанному Всемирным Энергетическим Советом (World Energy Council) в 1993 г., общая мощность установленных к концу 2001 г. ветроэлектростанций должна была достичь объема чуть меньше 20 гигаватт, а на самом деле этот показатель превысил 24 ГВт. Также прогноз роста отрасли, сделанный компанией BTM Consults в ушедшем году, выше аналогичного прогноза, сделанного этой же компанией двумя годами раньше.
Суммарная мировая мощность ветроэлектростанций выросла с 1500 МВт в 1990 г. до 24.400 МВт в 2001 г. Экспоненциальная кривая и каждая точка тренда, характеризующего эту тенденцию, показывают, что мировой объем ветроэнергетического рынка ежегодно возрастает на 27% и удваивается каждые 2,88 года. Более того: в 2001 г. зафиксирована активность на несколько пунктов выше расчетной.
Два последних исследования по изучению возможного роста ветроэнергетического рынка были проведены крупнейшими аналитиками этого сектора экономики. World Market Update 2001 от BTM Consults и доклад Немецкого института ветроэнергетики (DEWI) единодушно предсказывают дальнейший ежегодный рост объемов строительства ветроустановок и инфраструктуры ветроэнергетики и как следствие - рост ее общей мощности. Учитывая то, что рост 2001 года был чрезмерным, исследователи не проецировали его показатели на общий тренд, чтобы не давать чрезмерно оптимистических прогнозов.
Согласно прогнозу BTM Consults, мощность мировой ветроэнергетики в 2010 г. достигнет 155 ГВт, прогноз DEWI - 119 ГВт. Результат, экстраполированный из существующего тренда, предполагает достижение уровня 182 ГВт. Но существует один фактор, который может привести к резкому росту объемов строительства. Этот фактор - падение цены ветрового электричества ниже цены теплового. В настоящее время основным доводом в пользу применения ветроэнергетики являются преимущества для окружающей среды, но как только стоимость киловатта, произведенного с помощью ветроэлектростанции, станет равна или ниже стоимости киловатта, произведенного на тепловой электростанции, в ход пойдут экономические аргументы, что, несомненно, сильнее и действеннее для потребительского общества.
Эта поправка имеет особое значение в свете того, что цены на ископаемое топливо будут неуклонно расти.
Другие возобновляемые источники энергии
Приливная энергетика. Существуют приливные электростанции, в которых используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины.
Приливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.
Твердые отходы и биомасса. Примерно половину твердых отходов составляет вода. Легко собрать можно лишь 15% мусора. Самое большее, что могут дать твердые отходы, – это энергию, соответствующую примерно 3% потребляемой нефти и 6% природного газа. Следовательно, без радикальных улучшений в организации сбора твердых отходов они вряд ли дадут большой вклад в производство электроэнергии.
На биомассу – древесину и органические отходы – приходится около 14% полного потребления энергии в мире. Биомасса – обычное бытовое топливо во многих развивающихся странах.
Были предложения выращивать растения (в том числе и лес) как источник энергии. Быстрорастущие водяные растения способны давать до 190 т сухого продукта с гектара в год. Такие продукты можно сжигать в качестве топлива или пускать на перегонку для получения жидких или газообразных углеводородов. В Бразилии сахарный тростник был применен для производства спиртовых топлив, заменяющих бензин. Их стоимость ненамного превышает стоимость обычных ископаемых энергоносителей. При правильном ведении хозяйства такой энергоресурс может быть восполняемым. Необходимы дополнительные исследования, особенно быстрорастущих культур и их рентабельности с учетом затрат на сбор, транспортировку и размельчение.
В России выращивание быстрорастущих растений затруднено из-за климата.
За прошлое столетие люди научились использовать перегретый пар вулканических областей для получения дешевой геотермальной электроэнергии. Еще в 1970-е годы белорусский академик Герасим Богомолов предлагал использовать тепло подземных вод. Но тогда эту идею "списали", потому что стоимость нефтепродуктов была очень низкой. Стакан бензина стоил дешевле стакана газировки. Теперь отечественные ученые советуют обратить внимание на энергию подземных вод.
Интерес к этому виду энергии резко возрос в последнее время, когда появилась угроза т.н. "энергетического голода". Хотя в последние годы наметилась тенденция к сокращению использования геотермальной энергии. Мощности ГеоТЭС в мире к концу 1990-х гг. сократились более чем вдвое — всего до 3.6 млн. кВт. Причина снижения интереса к геотермальным источникам энергии — трудности в эксплуатации станций, их негативное воздействие на окружающую среду и возрастающая стоимость 1 кВт установленной мощности. К тому же геотермальная энергетика не мобильна, она территориально привязана к источникам, находящимся порой в труднодоступных, малоосвоенных, преимущественно горных районах (за исключением, пожалуй, Исландии). Еще одна сложность использования геотермальных вод – их высокая минерализация. В отдельных местах она достигает 400 граммов на литр. Из-за этого может наступить закупоривание скважин.
Зарубежный опыт показывает, что затраты на строительство геотермальных ЭС сначала получаются больше. Однако поскольку эта энергия "дармовая", предлагаемая нам самой природой и к тому же возобновляемая, отопление потом становится дешевле в два раза. Для обеспечения экологической чистоты в технологической схеме ГеоЭС предусмотрены система закачки конденсата и сепарата обратно в земные пласты, а также системы снеготаяния и предотвращения выбросов сероводорода в атмосферу. По мнению российских ученых, большой прогресс по удешевлению и уменьшению эксплуатационных издержек будет достигнут применением в геотермальных турбинах верхнего выхлопа отвода пара.
Тем не менее, геотермальные ресурсы перспективны в использование в северных районах России. Геотермальные станции используют энергию горячего пара или воды, получаемых из недр Земли. Этот вид возобновляемой энергии широко используется в мире. Артезианские бассейны термальных вод выявлены в Саяно-Байкальской горной системе, в Бурятии (здесь насчитывается около 400 термальных источников), в Якутии, на севере Западной Сибири, Чукотке (здесь известны 13 высокотермальных источников с суммарным дебитом 166 л/с). Самый “горячий” район — Курило-Камчатский вулканический пояс. На Камчатке выявлено 70 групп термальных источников, 40 из них имеют температуру около 100°С. Только наиболее крупные источники дают столько тепла, сколько можно получить от сжигания 200 тыс. т у.т. Себестоимость получения 4.2 ГДж тепла в системах геотермального теплоснабжения Камчатки в 10 раз ниже, чем в котельных Петропавловска-Камчатского.
Гидроэнергия. Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Норвегия, где электроэнергии на душу населения больше, чем где-либо еще, живет почти исключительно гидроэнергией.
На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемой с помощью плотин. У основания плотины расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов электрического тока.
Существуют очень крупные ГЭС. Широко известны две большие ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). Самая крупная ГЭС в США – Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт. В 1995 на гидроэнергетику приходилось около 7% электроэнергии, вырабатываемой в мире.
Гидроэнергия – один из самых дешевых и самых чистых энергоресурсов. Он возобновляем в том смысле, что водохранилища пополняются приточной речной и дождевой водой. Остается под вопросом целесообразность строительства ГЭС на равнинах.
Значительное развитие получило направление, связанное с использованием низкопотенциального тепла окружающей среды (воды, грунта, воздуха) с помощью теплонасосных установок (ТНУ). В ТНУ при расходе единицы электрической энергии производится 3-4 эквивалентные единицы тепловой энергии, следовательно, их применение в несколько раз выгоднее, чем прямой электрический нагрев. Они успешно конкурируют и с топливными установками.
Опыт использования альтернативных источников энергии за рубежом
Многие страны, особенно те, которые не имеют крупных запасов нефти, угля и газа, переходят на альтернативные источники энергии.
В Канаде, Швеции, Норвегии, Финляндии, на Аляске все более широкое применение находят солнечные электростанции. В 2000 г. доля солнечной энергии в энергоснабжении Канадского Севера достигла 5%. Повышение эффективности солнечных элементов и качества материалов позволило за два последних десятилетия снизить на 80% затраты на их сооружение. Сейчас солнечные элементы встраивают в кровельную черепицу, керамические плитки и оконные стекла, что позволяет получать электричество и в отдельных зданиях. Суммарная мощность солнечных батарей возросла в мире со 150 МВт в 1985 г. до 900 МВт к 1999 г.
В Японии с помощью геотермальной энергетики растапливают снег на дороге. Геотермальная энергетика в Японии занимает значительное место – ее доля составляет 21 % . Основным сдерживающим фактором для развития стали экологические движения. Это связанно с тем, что станции расположены в природных парках и дальнейшее их развитие затруднено опасностью нанести ущерб охраняемым и заповедным территориям. Ядерные станции дают 35% общего энергопроизводства, работающие на природном газе – 24%. У нас максимум потребления электроэнергии приходятся на зимние, самые холодные месяцы, а в Японии – на лето, когда из-за жары основное потребление электроэнергии связано с работой оборудования, вырабатывающего холодный воздух.
Но дальше всех в использовании геотермальных ресурсов продвинулась Исландия. Например, столица Исландии Рейкьявик с 1943 года использует геотермальные воды для обогрева домов, учреждений, магазинов и фабрик. Установленная мощность всех исландских геотермальных станций еще в 1988 г. составляла 39 МВт.
Область ветровой энергетики развита в Дании. Сегодня здесь насчитывается свыше 4 тысяч ветроустановок, на которые приходится около 5% всей вырабатываемой в стране электроэнергии. Заметим, что энергии не только самой экологически чистой, но и дешевой. Если в начале 1990-х гг. 1 кВт ч ее стоил одну шведскую крону, то теперь — в 4 раза дешевле. Это значительно меньше аналогичного показателя для АЭС и угольных ТЭС, и даже конкурентоспособной дешевой шведской гидроэнергии. Датские ветроустановки пользуются большим спросом — свыше половины мирового спроса на них удовлетворяется датскими фирмами и их лицензиатами. Это явилось результатом стратегического предвидения государства, восприимчивого к нововведениям и к стратегическому партнерству с промышленностью, что позволяло Дании занять выгодные позиции в преддверии новой постиндустриальной эры.
В настоящее время все больше стран обращаются к возобновляемым источникам энергии. Хроническая нехватка электричества в стране сподвигла правительство КНР принять решение о строительстве крупной ветряной электростанции. Ветровые турбины общей мощностью 1 млн. кВт будут установлены в прибрежной зоне провинции Хэбэй в Бохайском море. Первый комплекс ветряков мощностью 50000 кВт возведут уже в этом году, а полностью строительство ветроэлектростанции завершится через пятнадцать лет. Стоимость проекта составит 1,1 млрд. долларов США, инвестировать строительство будут компании Huanghua Port Development Zone и Guohua Energy Investment. китайские власти заявили, что до 2007 года ежегодно планируется вырабатывать дополнительные 70 млн. кВт энергии, чтобы в целом электроэнергетическая система КНР производила 650 млн. кВт. Только при соблюдении этого плана Китай сможет не только обеспечить существующие сегодня потребности, но и иметь излишек электроэнергии. Сейчас города КНР живут в режиме жесткой экономии электричества - плановые блэкауты становятся все чаще, а предприятия вынуждены переносить производство продукции на выходные дни или другое время, когда спрос на электроэнергию снижается.
Согласно правительственным планам, к 2020 году из возобновляемых источников, таких как энергия воды, солнца и ветра, страна будет получать около 20 млн. кВт электроэнергии. Потенциально одна лишь энергия ветра позволяет вырабатывать 253 млн. кВт энергии, однако до сей поры использовалась только малая часть этого ресурса.
В Португалии стартует амбициозный проект - в южной провинции Алентейо начнется строительство самой крупной в мире электростанции, работающей на энергии солнца. В городе Моури планируется установить 350000 солнечных батарей, которые займут площадь в 114 гектаров, сообщает агентство France Presse. Новая электростанция сможет вырабатывать 62 МВт электроэнергии - это в шесть раз больше, чем производит солнечная электростанция в Германии, крупнейшая из существующих на сегодняшний день.