Энергосбережение на основе возобновляемых источников энергии

Каковы масштабы практического использования ВИЭ в мире? Имеющиеся данные позволяют утверждать, что в мире наблюдается бум возобновляемой энергетики.

США, являясь лидером в использовании возобновляемых источников энергии (ВИЭ), прогнозирует, что через 30 лет на их территории не будет ни одного автомобиля, использующего в качестве топлива продукты перегонки нефти (дизельное топливо, солярка, керосин, бензин и т.п.), с 2011г. запрещены к применению для освещения обычные лампы накаливания. На реализацию новой энергетической программы планируется выделить около 80 млрд. дол., при этом предусматривается: сокращение выбросов в атмосферу вредных и опасных веществ; поддержка производства биотоплива; поддержка и субсидирование энергосберегающих мероприятий; создание энергоэффективных домов; скидки для потребителей энергосберегающего оборудования; налоговые льготы для предприятий и домовладельцев, которые реализовали энергосберегающие мероприятия; увеличение доли ВИЭ с 7 до 25% в 2015г. Государство стимулирует создание и применение альтернативных видов топлива. К 2015 г. должно быть произведено более 1 млн. гибридных автомобилей. В США 90 энергетических компаний создали фотоэлектрическую группу, которая в течение ближайших 5 лет планирует ввести в эксплуатацию ВЭУ, которые отличаются большой суммарной мощностью. Ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня коммерческой зрелости и в местах с благоприятными скоростями ветра могут конкурировать с традиционными ис­точниками энергии.

Швеция, Финляндия и Дания в 2020 году будут производить 48-38% энергии за счет использования возобновляемых источников энергии (солнца, воды, биотоплива; энергии ветра, океана, морей, тепла Земли и т.д.). В странах ЕС собственная добыча энергоресурсов составляет -880 млн.т н.э., а потребляется 1, 825 т.н.э. Производится электроэнергии: на АЭС-30%, при сжигании угля -22%, при сжигании газа – 20%, при сжигании нефти -14%. Импортная зависимость стран ЕС к 2030 г будет: по нефти-92-93%, газу -77%, углю -57-59%. Страны ЕС с 2010 г. не производят лампы накаливания.

В большинстве промышленно развитых стран мира ( США, Германия, Япония. Франция, Испания, Англия и др.) существуют национальные программы развития нетрадиционной энергетики, предусматривающие в течение 5—10 предстоящих лет значительное расширение использования ВИЭ: до 2–5% (Дания, Голландия, США) и до 10–15 % (Новая Зеландия, Австралия, Канада) общего потребления.

Наибольший интерес и распространение имеют установки, использующие солнечную энергию, энергию ветра и биомассы. Например, в США в 1990 г. из 3,6 млн ГДж энергии, произведенной за счет солнечной радиации, 3,5 млн Дж представляло собой низкопотенциальное тепло, использованное для горячего водоснабжения. В Израиле в соответствии с законом, требующим, чтобы каждый дом был снабжен солнечной водонагревательной установкой, установлено около 800 тыс. солнечных установок, производящих 15 млн.ГДж энергии и обеспечивающих 70 % потребности в горячей воде.

В последнее время в мире повысился интерес к установкам, непосредственно преобразующим солнечную радиацию в электроэнергию. В этом отношении интересен опыт Японии, где в настоящее время импортируется около 80% ТЭР, действует закон об энергосбережении, который требует : сокращать потери тепла, уменьшать расход топлива при транспортировке грузов и пассажиров; сводить к минимуму потери энергии. Правительство Японии особое внимание уделяет развитию ВИЭ, сооружается фотоэлектрическая установка (ФЭУ) мощностью 750 кВт.
Германия считается одним из мировых лидеров политики энергосбережения и энергоэффективности. Средний темп снижения энергоемкости ВВП составляет 1,5 % в год, но стоит задача повышать ежегодно энергоэффективность экономики на 3%. Это будет достигнуто за счет: повышения эффективности использования ТЭР; широкого применения ВИЭ; экономии энергии. Для этого в Германии постоянно совершенствуется нормативно-правовая база; активно проводиться инновационная деятельность; применяется действенный энергетический контроль; формируется институциональная среда и инвестиции, постоянно обновляются и разрабатываются новые стандарты; создаются государством понятные условия, реально стимулирующие энергосбережение и энергоэффективность во всех секторах экономики; слаженное использование и удачное комбинирование экономических рычагов и методов финансовой поддержки. Опыт ФРГ ясно показывает – только когда бизнес и граждане заинтересованы в экономии ТЭР, тогда срабатывает законодательство, систематически рождаются преимущественно на основе прогрессивных технологических процессов инновации, создается новое высокоэффективное оборудование.

Швеция активно использует биоэнергетику. Основным сырьем для этого являются отходы деревообработки и бумажной промышленности. В настоящее время доля биоэнергетики в общем энергобалансе страны составляет 20%, причем властями активно используются экономические стимулы внедрения ВИЭ. Широко применяются биоустановки для получения биогаза из отходов продуктов питания и переработки специальной травы. Обогрев и охлаждение помещений выполняется за счет использования потенциала земли и воды с помощью тепловых насосов 25-40 кВт.

В Дании получили широкое применение ВЭУ , общая мощность которых в н. в. составляет более 1,5 млн кВт. ВЭУ, производят около 3 % потребляемой страной энергии, велики мощности установленных ВЭУ в Швеции, Голландии и Германии.

Установленная мощность электрогенерирующих установок на нетрадиционных ВИЭ в мире к концу 2008 г. достигла 280 ГВт, а в 2010 г. превысила мощность всех атомных электростанций – 340 ГВт.

В табл. 4.1 представлена суммарная мощность и выработанная электроэнергия для отдельных видов ВИЭ в 2009 г.

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

Таблица 4.1.

Мощность и выработанная электроэнергия на базе установок, использующих возобновляемые источники энергии в мире на период до 2009 г.

Производство моторного биотоплива в 2008 г. превысило 79 млрд. литров в год (биоэтанол – 67, биодизель – 12), что составило около 5 % от ежегодного мирового потребления бензина. По сравнению с 2004 г. производство биодизеля возросло в 6 раз, а биоэтанола удвоилось.

В 30 странах мира введены в эксплуатацию более 2 млн. тепловых насосов, суммарной тепловой мощностью более 30 ГВт, утилизирующих природное и сбросное тепло и обеспечивающих тепло- и холодоснабжение зданий.

В настоящее время около 100 стран имеют специальные государственные программы освоения ВИЭ, при этом большинство стран ставят своей целью добиться вклада ВИЭ в энергобаланс страны на уровне не менее 15-20 % к 2020 г., а страны Европейского Союза – до 40 % к 2040 г.

Лидером в использовании возобновляемых источников энергии (в абсолютном исчислении) является США (рис. 4.2.). По прогнозам специалистов, через 30 лет на территории США не будет ни одного автомобиля, использующего в качестве топлива продукты перегонки нефти (бензин, дизельное топливо и т.п.).

На реализацию новой Энергетической Программы выделено более 80 млрд. дол., при этом предусматриваются следующие мероприятия:

– сокращение выбросов в атмосферу вредных веществ, в том числе парниковых газов;

– развитие биоэнергетики и производство различных видов биотоплива;

– поддержка и субсидирование энергосберегающих мероприятий;

– создание энергоэффективных домов;

– скидки для потребителей энергосберегающего оборудования;

– налоговые льготы для предприятий и домовладельцев, которые реализовали энергосберегающие мероприятия;

– увеличение доли ВИЭ к 2015 г. до 25 %.

Государство стимулирует создание и применение альтернативных видов топлива. К 2015 г. должно быть произведено более 1 млн. гибридных автомобилей.

Рисунок 4.2. Мировая структура потребления возобновляемых источников энергии

Во всем мире в последнее время альтернативная энергетика бурно развивается – рост составляет 20-30 % в год. Использование возобновляемых источников увеличивается не только в странах Европы и США. Например, Китай в 2010 г. по сравнению с 2009 г. увеличил потребление возобновляемой энергии на 74,5 %, Турция – на 88,1 %, Египет – на 35 %.

Мировым лидером по доле электроэнергии, выработанной с помощью ВИЭ, является Дания, где почти 1/3 энергетики базируется на возобновляемых источниках энергии.

Не только в Дании, но и в Швеции, и Финляндии в 2020 г. планируется производить от 38 до 48 % энергии за счет использования возобновляемых источников энергии (энергии солнца и ветра, биотоплива, океанских волн, морских приливов, тепла Земли и т.д.).

В большинстве промышленно развитых странах мира существуют национальные программы развития нетрадиционной энергетики, предусматривающие значительное расширение доли использования ВИЭ в суммарном энергобалансе: в Дании, Голландии, США – до 2-5 %; в Австралии, Канаде, Новой Зеландии – до 10-15 %.

Наибольшее развитие и распространение находят установки, использующие энергию солнца, ветра и биомассы. В Израиле, например, в соответствии с законом, каждый дом должен быть снабжён солнечной водонагревательной установкой, которые, в результате, обеспечивают около 70 % потребности в горячей воде.

В Германии Правительственная программа «1000 крыш» по использованию фотоэлектрических установок (ФЭУ) для частного сектора, непосредственно преобразующим солнечную радиацию в электроэнергию, была расширена до 2500 крыш, при этом правительство субсидировало 70 % стоимости установки фотоэлектрических систем мощностью по 1-5 кВт, рассчитанных на 1-2 семьи. Германия считается одним из мировых лидеров политики энергосбережения и энергоэффективности. Средний темп снижения энергоёмкости ВВП составляет 1,5 % в год, а в перспективе стоит задача повышать ежегодно энергоэффективность экономики на 3 %.

В последние годы повысился интерес к ФЭУ в Японии (которая вынуждена импортировать около 80 % топливно-энергетических ресурсов), где в префектуре Окинава строится ФЭУ мощностью 750 кВт.

В США 90 энергетических компаний образовали Фотоэлектрические группу, которая на протяжении 5 лет планирует ввести в эксплуатацию ФЭУ общей мощностью 47 МВт, из которых 17 МВт приходится на малые автономные установки и 30 МВт – на крупные (от 100 кВт до 1 МВт).

Турецкий курорт Анталия полностью отапливается за счёт ресурсов солнца, правда светит оно там 300 дней в году.

На сегодня более 30 стран мира используют процесс прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Суммарная мощность произведенных за год фотоэлектрических преобразователей составляет около 65 МВт, из них по 1/3 в США и Японии, 20 % – в Европе.

Бурно развивается ветроэнергетика: в конце 2010 г. общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 ГВт, а количество электрической энергии, произведённой ими, составило 430 ТВт∙ч (2,5 % от мировой выработки электроэнергии). В Дании в 2011 г. около 28 % вырабатываемой энергии приходилось на ветроэнергетические установки (ВЭУ), в Португалии – 19 %, в Ирландии – 14 %, в Испании – 16 %, в Германии – 8 %. В мае 2009 г. 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.

В последнее время повысилось внимание к использованию биомассы в энергетических целях. Это вызвано тем, что использование растительной биомассы при условии её непрерывного восстановления (новые лесные посадки после вырубки леса) не приводят к увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере.

Швеция активно пропагандирует и внедряет биоэнергетику. Основным сырьем для этого являются отходы деревообработки и целлюлозно-бумажной промышленности. В настоящее время доля биоэнергетики в общем энергобалансе страны составляет 20 %, причем властями активно используются экономические стимулы внедрения ВИЭ. Широко применяются биоустановки для получения биогаза из отходов продуктов питания и переработки специальной травы. Обогрев и охлаждение помещений выполняется за счет использования потенциала земли и воды с помощью тепловых насосов мощностью 25–40 кВт.

Россия на общем фоне выглядит более чем скромно. В стране на альтернативные источники приходится менее 1 % от общего объёма генерации и этот показатель не растёт, несмотря на призывы президента страны к 2020 г. увеличить долю альтернативной энергетики до 4,5 %.

Территория Российской Федерации составляет свыше 11 % суши земного шара, при этом Россия обладает самой большой в мире протяженностью береговой линии. Ресурсы ВИЭ (энергии солнца, ветра, приливов, геотермальной энергии) пропорциональны размеру территории страны.

Российская Федерация обладает 46 % нетропических лесов планеты (ежегодный прирост свыше 1 млрд. м3), 47 % разведенных запасов торфа (ежегодный прирост 20-30 млн. т).

Технически доступные геотермальные ресурсы – 115 млн. т.у.т. в год, технический потенциал ресурсов энергии рек составляет 382 млрд. кВт.ч в год.

Кроме того, в России ежегодно образуется свыше 390 млн.т. органических отходов, в том числе 250 млн. т. отходов сельскохозяйственного производства, 60 млн.т. твердых бытовых отходов городов, 10 млн.т. коммунальных стоков и 70 млн. т. отходов деревообработки.

Конечно, у альтернативной энергетики есть и свои минусы. Существует мнение, что солнечные модули при массовом использовании способны затемнить значительную часть суши, а производство биотоплива – истощить земли. Аналитики также отмечают непостоянство возобновляемых источников во времени и проблему с аккумулированием энергии.

Другой аргумент – высокие капитальные затраты на подобные технологии. Например, строительство ветрогенераторов и солнечных панелей существенно дороже обычных электростанций, а инвестиции в нетрадиционную энергетику окупаются вполне традиционным способом – за счет конечного потребителя. В результате, альтернативная энергетика остаётся «забавой» для богатых, но обделённых природными ресурсами регионов. Для России же, богатой полезными ископаемыми, более актуальными могли бы быть вопросы газификации и строительства инфраструктуры.

С точки зрения макроэкономических показателей, Россия, казалось бы, с избытком обеспечена традиционными энергоресурсами.

На выработку тепловой энергии расходуется около 30 % топливно-энергетических ресурсов России, что в полтора раза превышает затраты на выработку электроэнергии. Основным потребителем тепловой энергии являются жилые здания, на отопление которых расходуется около 45 % всей вырабатываемой в России тепловой энергии.

Структура выработки тепловой энергии в нашей стране выглядит следующим образом (2007 г.):

– крупные ТЭС – 34 %;

– централизованные котельные – 37 %:

– децентрализованные котельные – 29 %.

Общий фонд жилых зданий в России (по данным 2007 г.) составляет 2878 млн. м², население 141,9 млн. чел. Таким образом, на одного человека приходится около 20 м².

Анализ энергобаланса показывает, что из всех добываемых в стране энергоресурсов около 2/3 экспортируется за рубеж. Что касается нефти, то сегодня 80 % всей добываемой в стране нефти экспортируется. Утвержденная Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. фактически предусматривает лишь незначительное относительное снижение экспорта энергоресурсов. Экспортная ориентация во многом обусловлена тем, что нефтегазовый комплекс страны обеспечивает около 17 % российского ВВП и более 40 % доходов консолидированного бюджета, и отказаться от таких доходов крайне сложно. Возникает, однако, вопрос: насколько такая политика дальновидна и стратегически обоснована? Ведь энергетика, построенная на основе ископаемого углеводородного топлива, рано или поздно может столкнуться с исчерпаемостью этих ресурсов. И, судя по всему, перспектива эта не за горами.

Потенциал энерго- и ресурсосбережения в России огромен. Мировой опыт показывает, что имеется реальная возможность сокращения энергопотребления в 2 раза. Однако для достижения такого результата нужны длительные совместные усилия специалистов в различных областях.