Возобновляемая энергетика

Возобновляемая энергетика

Солнце, ветер и вода – три составляющих, которые подразумеваются при обсуждении возобновляемой энергии. И хотя это понятие охватывает гораздо больше, они являются наиболее устойчивой альтернативой ископаемым источникам, таким как нефть, уголь и их производные. Считается, что возобновляемая энергетика – ключ к обеспечению благоприятного будущего нашей планеты. Поэтому, например, Европейский инвестиционный банк принял решение с 2022 года не финансировать энергетические проекты с применением ископаемого топлива.

Наблюдая за природой, можно заметить различные источники возобновляемой энергии. Необходимо просто найти способ преобразовать этот ресурс в электрический:

  • Солнечная энергия – это то, что можно получить от солнца. Его излучение поглощается солнечными батареями и преобразуется в электричество, которое может аккумулироваться или сбрасываться в электросеть. Существует также тепловая энергия солнца, применяемая для нагрева жидкости. Далее она превращается в пар и приводит в движение турбину, генерирующую электричество. Последний вариант наиболее выгоден для использования в жарких солнечных странах.
  • Энергия ветра. В этом случае выработка электроэнергии осуществляется при помощи силы ветра. Она приводит во вращение вал ветрогенератора.
  • Гидроэлектроэнергия. Одна из самых известных. Использует силу движущейся воды. Сюда же относится энергия приливов и морских волн.
  • Геотермальная. Рождается в сердце Земли. Высокие температуры отложений (обычно вулканических) под земной поверхностью позволяют использовать эту энергию для генерации электричества. Данные ресурсы бывают двух видов: гидротермальные, позволяющие применить высокую температуру геотермальных вод, и петротермальные, использующие нагрев твердых горных пород.
  • Биотопливо. Один из самых экономичных способов выработки электроэнергии на теплоэлектростанции. В качестве топлива применяют биоразлагаемые продукты – древесину, опилки, кору, выращенные для этой цели культуры и т. д.
  • Биогаз. Образуется в результате биоразложения органического вещества посредством микроорганизмов в специальных устройствах без кислорода. Горючий газ используется для выработки электроэнергии.

Возобновляемая энергетика

Возобновляемая энергетика

Возобновляемые источники энергии известны как альтернативные (или «зеленые»). Их сильные стороны – это минимальное воздействие на окружающую среду и использование бесплатных, неисчерпаемых ресурсов.

Другие преимущества:

  • Помогает повысить потребление. Позволяет сделать дома гораздо более самодостаточными в плане энергопотребления. Предполагается, что в недалеком будущем большинство построенных домов должны иметь свои солнечные батареи или котлы на биомассе.
  • Может использоваться в удаленных и изолированных местах. Какие-либо природные источники энергии можно отыскать в любой точке мира.
  • Способствует достижению энергетической независимости различных стран.

Недостатки альтернативной энергетики:

  • Ее развитие зависит не только от политических решений отдельных стран, но и от наблюдаемых тенденций. Сокращение энергопотребления приведет к быстрейшему удовлетворению спроса на электроэнергию, но развитие электротранспорта, систем типа «умный дом» могут привести к его увеличению. Из-за этого необходимо будет применение источников с более мощным потенциалом.
  • Наличие ограничений. Например, размер существующих сельхозугодий влияет на объем выращиваемой биомассы. А выработка солнечной и ветровой электроэнергии зависит от погоды. Если в будущем доля возобновляемых источников энергии в производстве электричества будет резко возрастать, то безветренный или пасмурный день без солнца окажет гораздо большее влияние на надежность электроснабжения, чем сейчас.
  • Относительно высокая стоимость оборудования. Хотя, например, в Германии, новые солнечные и ветряные установки, генерирующие электроэнергию, теперь производятся по дешевым технологиям.
  • Невысокий КПД и малая мощность генерирующих установок по сравнению с традиционными электростанциями на ископаемом и ядерном топливе. Исключение составляют только плотинные ГЭС.

Одной из важнейших задач альтернативной энергетики является развитие возможностей хранения или аккумулирования электроэнергии. Это позволит значительно смягчить сезонные или погодные колебания.

Согласно исследованиям, начиная с середины 2010-х годов, в строительство солнечных, ветряных и гидроэлектростанций инвестируется в два раза больше, чем в энергетику на ядерном и ископаемом топливе.

Лидером в развитии возобновляемой энергетики в мире в течение многих лет является Китай. Он вкладывает в солнечную, ветряную и гидроэнергетику в три раза больше, чем европейские страны, а также США. Европа когда-то была пионером в этой отрасли, но в последнее время темпы ее роста здесь замедлились.

На первый план выходят развивающиеся страны и государства третьего мира. Маршалловы и Соломоновы острова, Руанда, Гвинея-Бисау и многие другие страны инвестируют в возобновляемую энергетику наравне с некоторыми развитыми государствами. Впервые миллионы людей, особенно в Азии и Африке, получили электричество через так называемую домашнюю систему, состоящую из солнечных модулей, аккумуляторных батарей и светодиодного освещения, которое подается посредством специально выстроенной электросети в деревне.

Китай – это страна не только с самым высоким потреблением электричества в мире. 30% от всей производимой энергии там получают от возобновляемых источников. На втором месте – США, на третьей позиции – Бразилия.

Страны-лидеры в развитии различных видов альтернативной энергии:

  • Гидроэнергетика – Китай, Бразилия, США, Канада, Россия, Индия, Норвегия, Турция, Япония и Франция.
  • Ветровая – Китай, США, Германия.
  • Солнечная – Китай, Япония, США, Германия.
  • Биоэнергетика – Бразилия, Китай, США, Индия, Германия.
  • Геотермальная – США, Индонезия, Филиппины, Турция, Новая Зеландия, Мексика, Италия, Исландия, Кения, Япония.

В Африке находится самый большой потенциал возобновляемых источников энергии. Общая мощность производства альтернативной электроэнергии на всем континенте составляет всего 46 ГВт. Суммарная производительность ветрогенераторов на континенте – только 9% от мощности таких же установок в Германии, а солнечных энергетических – 13%. И это несмотря на обычно благоприятные природные условия для производства ветровой и солнечной энергии.

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика

За 2018 год в мире было выработано электроэнергии из возобновляемых источников:

  • ГЭС – 4 193,1 тВт⋅ч;
  • Энергия ветра – 1270 тВт⋅ч;
  • Солнечная – 584,6 тВт⋅ч;
  • Биоэнергетика, геотермальная и морская – 625,8 тВт⋅ч.

Отдельные технологии в разных странах имеют разный коэффициент использования. В Бразилии, Канаде, Китае, России и Норвегии подавляющая часть электроэнергии из возобновляемых источников производится на гидроэлектростанциях (В Канаде, России и Норвегии – до 90%). В США, Индии, Японии и Италии эта доля велика, но значительно ниже, чем в вышеупомянутых трех странах. Но, к примеру, в Германии ситуация совершенно иная. Там большая часть электроэнергии из альтернативных источников вырабатывается на ветрогенераторных установках, а доля гидроэнергетики составляет всего 7%.

Россия является одним из мировых лидеров в использовании электроэнергии от возобновляемых источников, но только в области гидроэнергетики. Все остальные направления развиты недостаточно, хотя страна обладает значительным природным потенциалом.

Факторы, мешающие вплотную заниматься альтернативной энергетикой:

  • Наличие огромных ресурсов ископаемого топлива для тепловых электростанций.
  • Отсутствие стимулов со стороны государства для развития «зеленой» энергетики. Так, в Западной Европе выплачиваются повышенные налоги за выброс в атмосферу СО₂, поэтому «чистые» технологии для генерации электроэнергии гораздо выгоднее использовать.

В 2019 году Правительство РФ приняло решение стимулировать развитие солнечной и ветровой энергетики, доведя ее долю до 1% (5 гВт) в общей выработке.

Одно из самых перспективных направлений для развития. В РФ существует достаточное количество зон, благоприятных для установки ветрогенераторов. Это степные районы, предгорья Алтая, Урала и Кавказа, морские побережья.

Сейчас уже построены парки ветрогенераторов в Крыму, Башкирии, на Камчатском полуострове, в Калининградской области. Самая мощная ветровая электростанция по проектной мощности – Адыгейская ВЭС, находится в стадии активного строительства. Планируется, что там будет установлено 60 ветроэнергетических установок суммарной мощностью 150 мВт. Первый ветрогенератор смонтирован летом 2019 года.

См. также Ветряные электростанции России.

Отличными природными условиями для развития солнечной энергетики обладает Юг России. Наша страна наладила выпуск солнечных панелей, которые устанавливаются при строительстве электростанций. Мощность уже построенных СЭС составляет от 0,1 до 75 мВт. Самая крупная СЭС – «Перово», расположена в Крыму. Ее установленная производительность – 105,56 мВт. Она способна вырабатывать 132,5 млн кВт⋅ч электроэнергии. Занимаемая территория под солнечные модули – около 200 га, или 259 полей для игры в футбол.

См. также Солнечные электростанции России.

По данным специалистов, на территории РФ сосредоточен потенциал энергии от геотермальных источников, превышающий запасы ископаемого топлива. Основные территории его концентрации – полуостров Камчатка и острова Курильской гряды, но присутствуют источники также на Кавказе, в Калининградской области, Западной Сибири. Разведанные объемы геотермальных вод – почти 14 млн кубометров горячей воды. Это соответствует 30 млн тонн топливных ресурсов.

Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика

Пока все построенные геотермальные электростанции России располагаются на Камчатке. Мощнейшая из них (50 мВт) – Мутновская ГеоЭС. Она функционирует на непосредственном использовании пара, поступающего из пробуренных скважин. Среднегодовая выработка – 350 млн кВт⋅ч, она покрывает около 1/5 энергопотребления в центральном энергетическом узле Камчатки.

См. также Геотермальные электростанции России.

Тепловые электростанции В США и Западной Европе давно используют биотопливо. Поэтому спрос на биомассу высок. Россия является крупнейшим производителем твердотопливных гранул (биомассы) в мире. Она уступает только Канаде и США. Однако собственных электростанций, работающих на биотопливе в РФ, крайне мало, а все предприятия, выпускающие его, ориентированы на экспорт.

Построены несколько ТЭС, использующие биомассу, но они не обладают значительной мощностью. Однако некоторые области РФ, например, Вологодская, используют биотопливо в котельных, постепенно отказываясь в его пользу от других видов.

Применение технологий метанового сбраживания для получения биогаза лишь недавно начало использоваться в России, в то время как они давно и успешно действуют в европейских странах, особенно в Швеции, для производства тепловой и электрической энергии. Каждый год в РФ получается 60 млн тонн отходов животноводства и 165 млн тонн бытового и промышленного мусора, которые пригодны для переработки. Если применять метановое сбраживание, то можно вырабатывать 70 млрд кубических метров биогаза, что эквивалентно примерно 35 млн тонн бензина или дизельного топлива. Такое количество способно произвести 144 000 гВт⋅ч электроэнергии.

Развитие биогазовых энергетических комплексов в России тормозится большими сроками их окупаемости – до 15 лет, а также необходимостью значительных финансовых вложений. Не всегда возможно применение уже готовых технологий в российских реалиях. При строительстве таких установок приходится учитывать присутствие достаточного количества отходов в выбранном месте и климатические условия.

Использование энергии морских волн и приливных явлений – одно из направлений развития возобновляемой энергетики. Себестоимость вырабатываемой на ПЭС электроэнергии является одной из самых низких в мире. В России действует только одна, Кислогубская ПЭС, на берегу Баренцева моря. Мощность ее невысока – 1,7 мВт, станция считается экспериментальной. В Советском Союзе было запланировано строительство целого ряда приливных электростанций, в том числе Пенжинской ПЭС на побережье Охотского моря, которая должна была стать мощнейшей в мире – суммарной мощностью больше 100 гВт. Не исключается реализация этого проекта в будущем.

Необходимость замены невозобновляемых источников энергии альтернативными очевидна. Большинство традиционных способов выработки электроэнергии устарело и вредит окружающей среде. Кроме того, ископаемое топливо может в какой-то момент иссякнуть. Однако невозможно предсказать, что произойдет в мире – экономические тенденции, политические ситуации и другие факторы могут затормозить использование передовых технологий. Но оптимистичным знаком в отношении увеличения доли возобновляемых источников в мировом производстве электроэнергии является то, что эти технологии становятся дешевле и доступнее.

  • АО «Геотерм»;
  • Мутновская ГеоЭС;
  • Верхне-Мутновская ГеоЭС;
  • «Хевел»;
  • АО «Солнечный ветер»;
  • СЭС «Перово»;
  • ООО «Солар Системс»;
  • ПАО «Фортум».

Компания, входящая в группу «РусГидро», объединяет в своем составе Озерновскую ДЭС с дизель-генераторами и три геотермальных электростанции:

  • Мутновскую;
  • Верхне-Мутновскую;
  • Паужетскую.

Общая мощность – 77,57 мВт.

Все ГеоЭС, входящие в центральный энергетический узел Камчатки, покрывают треть энергопотребления этого региона. Среднегодовая выработка – около 430 млн кВт⋅ч. Местоположение компании – г. Петропавловск-Камчатский.

Паужетская ГЕОЭС

Паужетская ГЕОЭС

Самая мощная геотермальная электростанция РФ, которая находится на Камчатском полуострове. Смесь из пара и воды для работы поступает непосредственно из скважин. Затем пар отделяется и подается в турбины, а вода направляется обратно в пласты горных пород.

На станции установлены 2 турбогенератора по 25 мВт каждый. Она входит в центральный энергоузел Камчатки и не связана с единой энергосистемой России. Основное предназначение – электроснабжение Камчатского края. Потенциал месторождения позволяет значительно увеличить мощность ГеоЭС до 300 мВт путем строительства дополнительных очередей. Среднегодовая выработка электроэнергии – 350 млн кВт⋅ч.

Функционирует синхронно с Мутновской ГеоЭС и расположена на Мутновском месторождении, на Камчатке. Работает за счет использования пара, отделяемого от паровоздушной смеси, поступающей из-под земли. На станции установлено 3 турбогенератора по 4 мВт суммарной мощностью 12 мВт. Среднегодовая выработка – 65 млн кВт⋅ч.

Российская фирма, специализирующаяся на производстве оборудования для солнечных электростанций и их строительстве. Головной офис расположен в Москве.

Структура предприятия содержит:

  • Новочебоксарский завод по выпуску тонкопленочных солнечных модулей;
  • «Авелар Солар Технолоджи» – дочернее предприятие по проектированию и строительству СЭС;
  • Санкт-Петербургский НТЦ тонкоплёночных технологий в энергетике.

Компания уже построила солнечные электростанции в разных регионах России – Бурятии, Башкирии, Алтайском крае, Волгоградской, Оренбургской, Астраханской областях общей мощностью 414 мВт.

Начиная с 2017 г. Новочебоксарский завод выпускает фотоэлектрические модули по собственной технологии, которые находятся среди пяти наиболее эффективных по КПД в мире. В 2018 г. начат успешный экспорт продукции компании в европейские и азиатские государства.

Находится в г. Оренбурге и владеет солнечной электростанцией в г. Орске. На СЭС установлено 160 110 солнечных модулей суммарной мощностью 40 мВт. Электростанция функционирует с 2015 г., а годовая выработка электроэнергии составляет 36 млн кВт⋅ч.

Построила электростанцию в Крыму фирма из Австрии Activ Solar. Месторасположение – с. Ключи Перовского сельского совета. Является мощнейшей СЭС на территории РФ. 440 тыс. солнечных модулей составляют общую мощность 105,56 мВт. Максимальная выработка электроэнергии – 132,5 млн кВт⋅ч в год.

Организация со штаб-квартирой в Москве обладает заводом по производству солнечных панелей, а также проектирует и строит электростанции. Самые крупные действующие из них:

  • Самарская СЭС (75 мВт);
  • Волгоградская СЭС (25 мВт);
  • Заводская СЭС в Астраханской области (15 мВт);
  • СЭС «Промстройматериалы» в Астраханской области (15 мВт).

Общая мощность введенных в эксплуатацию компанией солнечных парков до 2020 года будет составлять 365 мВт.

Российская фирма с головным офисом в г. Челябинске. Содержит в своей структуре тепловые электростанции Урала и Западной Сибири, работающие на ископаемом топливе. Но важной частью деятельности компании является развитие возобновляемой энергетики. Она построила первую ветряную электростанцию в РФ в Ульяновской области (мощность – 35 мВт), а с 2017 г. эксплуатирует солнечные электростанции:

  • в Оренбургской области – Плешановскую и Грачевскую (по 10 мВт);
  • в Башкирии – Бугульчанскую (15 мВт).

Общая мощность СЭС – 35 мВт.

ООО «Солар Системс»

ООО «Солар Системс» - компания, созданная для развития солнечной энергетики в России. Она строит и будет обслуживать 20 солнечных парков в пяти регионах России.

ПАО "Фортум"

ПАО «Фортум» — российская энергетическая компания, созданная в результате реформы РАО «ЕЭС России». Производственные активы и деятельность сосредоточены на Урале и в Западной Сибири. В структуру «Фортум» входят восемь теплоэлектростанций.

СЭС Перово
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Солнечные электростанции
Электрическая мощность:
105.56 МВт
Мутновская ГеоЭС
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Геотермальные электростанции
Электрическая мощность:
50 МВт
Вологодская ТЭЦ
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Теплоэлектроцентрали
Электрическая мощность:
136.10 МВт
Верхне-Мутновская ГеоЭС
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Геотермальные электростанции
Электрическая мощность:
12 МВт
Паужетская ГеоЭС
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Геотермальные электростанции
Электрическая мощность:
12 МВт
Самарская СЭС
Состояние:
строится
Тип электростанции:
Солнечные электростанции
Электрическая мощность:
75 МВт
Волгоградская СЭС
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Солнечные электростанции
Электрическая мощность:
25 МВт
СЭС Заводская
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Солнечные электростанции
Электрическая мощность:
15 МВт
СЭС Промстройматериалы
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Солнечные электростанции
Электрическая мощность:
15 МВт
Плешановская СЭС
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Солнечные электростанции
Электрическая мощность:
10 МВт
Грачевская СЭС
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Солнечные электростанции
Электрическая мощность:
10 МВт
Бугульчанская СЭС
Состояние:
в эксплуатации
Тип электростанции:
Солнечные электростанции
Электрическая мощность:
5 МВт