Возобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники энергии

Рассмотрены современное состояние и перспективы использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), их энергетические, экономические и экологические характеристики. Приведены технологические схемы энергетических установок, принципы их работы и основы тепловых и гидродинамических расчетов.


Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) — это альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, энергия малых рек, геотермальная энергия, энергия приливов, волновая энергия, а также энергия, определяемая разностью температур по глубине океана. Все перечисленные источники, кроме геотермальной энергии и энергии приливов относят к ВИЭ солнечного происхождения. Кроме того, к ВИЭ относятся различные отходы и источники низкопотенциального тепла в сочетании с тепловыми насосами.

Главными преимуществами ВИЭ, определяющими интерес к ним, являются неисчерпаемость или возобновляемость, экологическая чистота и повсеместная доступность того или иного ВИЭ. К недостаткам ВИЭ, ограничивающим их широкое применение, относят малую плотность энергетических потоков и непостоянство их во времени.

В России имеются значительные ресурсы ВИЭ. Практически во всех регионах существуют один или два типа ВИЭ, коммерческая эксплуатация которых может быть оправдана, при этом некоторые регионы богаты всеми типами возобновляемых источников. По экспертным оценкам экономический потенциал ВИЭ России составляет 270 млн т у.т/год:
 
• геотермальная энергия — 115 млн т у.т/год;
• малые гидроустановки — 65,2 млн т у.т/год;
• биомасса — 35 млн т у.т/год;
• солнечная энергия — 12,5 млн т у.т/год;
• энергия ветра — 10 млн т у.т/год;
• низкопотенциальное тепло — 36 млн т у.т/год.
 
В настоящее время используется незначительная доля огромных запасов ВИЭ. Энергия от возобновляемых источников составляет около 4 % общей первичной поставки энергоресурсов, при этом две
трети ее приходятся на гидроэнергетику, а одна треть — на все
остальные типы источников.

Экономическая роль возобновляемой энергетики значительно повысилась, что связано с ростом цен на ископаемое топливо и падением затрат, связанных с разработкой ВИЭ.

Геотермальные установки представляют коммерческий интерес на Камчатке, Курильских островах, в Западной Сибири и на Северном Кавказе. Значительные ветроэнергетические проекты могут оказаться конкурентоспособными в прибрежной зоне российского Дальнего Востока, в степях Поволжья и на Северном Кавказе. На Северном Кавказе, Урале и в Восточной Сибири представляет интерес строительство небольших гидроустановок. Использование биомассы для целей энергетики имеет коммерческий смысл во многих регионах России, особенно на северо-западе страны, где хорошо развита целлюлозно-бумажная промышленность. В первую очередь широкое внедрение энерготехнологий на основе ВИЭ должно проходить на территориях, не обеспеченных централизованным энергоснабжением, и на которых используется дорогое привозное топливо.

В настоящее время сделаны первые шаги в направлении понимания важности использования ВИЭ. На их основе в ряде регионов реализованы высокоэффективные энергетические технологии. Согласно энергетической стратегии России на период до 2020 г., основными целями развития рынка возобновляемых энергоресурсов и местного топлива являются :
 
• сокращение потребления невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов;
• снижение экологической нагрузки от деятельности топливно-энергетического комплекса;
• обеспечение децентрализованных потребителей и регионов с дальним и сезонным завозом топлива;
• снижение расходов на дальнепривозное топливо.

Необходимость развития возобновляемой энергетики определяется ее ролью в решении следующих проблем:
 
• обеспечении устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения;
• обеспечении гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии;
• снижении вредных выбросов от энергетических установок в местах со сложной экологической обстановкой и массового отдыха населения.

Материал учебного пособия основан на опыте проведения автором лекций студентам строительного и гидротехнического факультетов Дагестанского государственного технического университета. В учебном пособии рассмотрены практически все виды ВИЭ, более детально — геотермальная энергия и проблемы, связанные с ее освоением, даны основы солнечно-водородной энергетики.

Автор признателен чл.-корр. РАН М-Р.Д. Магомедову, докт. техн.наук, проф. М.Г. Тягунову и докт. техн. наук, проф. И. А-Г. Сулейманову за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи.

Автор: Алхасов А.Б.

«Мы должны образовывать людей таким образом, чтобы общества не раскалывались на маленькие группы, воюющие друг с другом»

Митио Каку