Основы современной малой энергетики

Краткий обзор нетрадиционной энергетики

1.1. Состояние альтернативных

преобразователей энергии в мире

По прогнозу Мирового энергетического конгресса в 2020 г. на долю альтернативных преобразователей энергии (АПЭ) придется 5,8 % общего энергопотребления. При этом в развитых странах (США, Великобритании и др.) планируется довести долю АПЭ до 20 % (20 % энергобаланса США – это примерно все сегодняшнее энергопотребление в России). В странах Европы планируется к 2020 г. обеспечить экологически чистое теплоснабжение 70 % жилищного фонда. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции (ГеоТЭС) суммарной мощностью 5136 мВт, строятся 117 ГеоТЭС мощностью 2017 мВт. Ведущее место в мире по ГеоТЭС занимают США (более 40 % действующих мощностей в мире). Там работает 8 крупных солнечных ЭС модульного типа общей мощностью около 450 мВт, энергия поступает в общую энергосистему страны. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей (СФП) достиг в мире 300 мВт в год, из них 40 % приходится на долю США. В настоящее время в мире работает более 2 млн гелиоустановок горячего водоснабжения. Площадь солнечных (тепловых) коллекторов в США составляет 10 , а в Японии – 8 млн м2. В США и в Японии работают более 5 млн тепловых насосов. За последние 15 лет в мире построено свыше 100 тыс. ветроустановок с суммарной мощностью 70 000 мВт (10 % энергобаланса США). В большинстве стран приняты законы, создающие льготные условия как для производителей, так и для потребителей альтернативной энергии, что является определяющим фактором успешного внедрения.

К так называемым нетрадиционным источникам энергии относятся: тепло Земли (геотермальная энергия), Солнца (в том числе энергия ветра, морских волн, тепло морей и океанов), а также «малая» гидроэнергетика: морские приливы и отливы, биогазовые, теплонаносные установки и др. преобразователи энергии.

Но только возобновляемые источники энергии могут представлять реальную альтернативу традиционным технологиям сегодня и в перспективе.

Биомасса. В 1996 г. по оценкам МИРЭС в мире в энергетических целях было использовано примерно 1,9 млрд м3 дров (1,4 млрд т). Кроме заготовок дров в энергетических целях было использовано около 300 млн т отходов древесины. Таким образом, в общей сложности было использовано 1,7 млрд т древесного топлива, что эквивалентно примерно 800 млн т у. т.

К другой категории относится биомасса, представляющая собой отходы сельскохозяйственного производства и лесного хозяйства, а также сельскохозяйственные культуры, специально выращиваемые для последующего использования в энергетических целях. Плантации таких растений существуют в Бразилии, Индии, Эфиопии, Швеции. Биомасса рассматривается в мире в качестве наиболее устойчивого возобновляемого источника энергии и сырья для химической промышленности.

Во многих развивающихся странах биомасса относится к категории важнейших источников энергии. Использование биомассы в энергетических целях получает все большее развитие и в индустриальных странах. В странах Европейского союза около 3 % (65 млн т у. т.) всех энергетических потребностей покрывается за счет биомассы, в отдельных европейских странах этот показатель достигает 23 % (Финляндия), 18 % (Швеция) и 12 % (Австрия).

Солнечная энергия. В результате солнечной радиации на поверхность Земли ежегодно поступает в 3 тыс. раз больше энергии, чем потребляется в мире. В настоящее время солнечная энергия используется с помощью термоэлектрического и фотоэлектрического преобразования. Термоэлектрические установки к 1997 г. были в основном использованы в США. Их общая мощность составляла немногим более 330 МВт. Более широко распространены фотоэлектрические преобразователи. Наибольшие мощности таких энергетических установок у Японии (38 МВт), Индии (28 МВт), Германии (17 МВт), Австралии (13 МВт), Южной Африки (11 МВт) и Мексики (10,3 МВт). Широкое распространение получили в мире солнечные установки горячего водоснабжения и отопления. В Австралии, например, используются 250 тыс. бытовых солнечных водоподогревателей, в Китае насчитывается 400 производителей солнечных панелей с их годовым выпуском около 2 млн м2, в Индии эксплуатируются 400 тыс. солнечных водоподогревателей и 430 тыс. солнечных печей для приготовления пищи. В Израиле за счет использования различных видов солнечных энергетических установок ежегодно экономится свыше 400 тыс. т у. т. В ЮАР в настоящее время реализуется программа оснащения 16 400 школ солнечными осветительными установками. В США в 1997 г. президентом страны было объявлено о реализации программы, предусматривающей сооружение к 2010 г. одного миллиона солнечных термических и фотоэлектрических систем на крышах общественных и жилых зданий для отопления и электроснабжения.

Геотермальная энергия является одним из распространенных видов нетрадиционных источников энергии, которая в промышленном масштабе начала использоваться примерно 100 лет назад. Установленная мощность всех геотермальных электростанций (ГеоТЭС) в мире составляет немногим более 7 ГВт, а их годовая выработка электроэнергии – 42 ТВт∙ч. Прямое использование геотермальной энергии без ее преобразования в электрическую оценивается в 10 ГВт (тепловых) с готовым производством тепловой энергии 35 ТВт∙ч (тепловых). Примерно 40 % всей мощности ГеоТЭС (2,8 ГВт) построено в США, далее следуют Филиппины (1,4 ГВт), Мексика (0,7 ГВт), Италия и Япония (по 0,5 ГВт), Индонезия (0,3 ГВт).

Ветроэнергия. Интерес к использованию энергии ветра на современной технической основе можно отнести к середине 70-х гг., когда в мире разразился нефтяной кризис. За последние примерно 25 лет в мире были построены ветроэнергетические установки (ВЭУ) общей установленной мощностью более 6 ГВт с годовой выработкой электроэнергии (1996 г.) около 10 ГВт. Наибольшие мощности ВЭУ сосредоточены в США (1,8 ГВт), Германии (1,5 ГВт), Индии (0,8 ГВт), Дании (0,8 ГВт). Огромным ветроэнергетическим потенциалом располагают Китай (250–300 ГВт), Канада (4,5 ГВт), Индия (20 ГВт), США (734 ГВт).

Оценивая современное и перспективное использование нетрадиционных источников энергии, мировая научная общественность приводит следующие цифры.

Таблица 1.1

Современное и прогнозируемое использование новых

и возобновляемых источников энергии в мире млрд кВт∙ч