 |
|||
| Главная | Справочник | Схемотека | Нормативы | Форум | Статьи | Выставки | Пресс-релизы | | |||
| Главная >> Обзоры. Статьи. Информация. >> Альтернативная энергетика >> Малая и нетрадиционная энергетика России. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Малая и нетрадиционная энергетика России. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ЭНЕРГИЯ МОРСКИХ ПРИЛИВОВ Технически обоснованный уровень использования приливной энергии мирового океана в 120 изученных створах оценивается в 800 ГВт при выработке 2000 ТВт·ч/год, что может обеспечить до 13,5% современного мирового потребления энергии [1]. В настоящее время в мире эксплуатируются 10 приливных электростанций: промышленная «Ранс» во Франции, экспериментальные – «Кислогубская» в России (рис.1) и «Аннаполис» в Канаде и семь малых ПЭС в Китае. В последние десятилетия разработаны проекты крупных ПЭС «Северн» в Англии (8,6 ГВт), «Кемберленд» (1,15 ГВт) и «Кобекуид» (4,03 ГВт) в Канаде, ведутся проектные работы по ПЭС в Южной Корее, Австралии, Индии, Аргентине. Запасы энергии приливов в России оценивают в 120 ГВт при выработке 270 ТВт·ч/год. В европейской части энергия приливов сконцентрирована в Мезенском заливе Белого моря (200 км от Архангельска), где можно построить ПЭС мощностью до 19,2 ГВт с выработкой 52 ТВт·ч/год. Причем в этом регионе нет источников возобновляемой энергии, альтернативных Мезенской ПЭС. На Дальнем Востоке энергия приливов сосредоточена на побережье Охотского моря в Тугурском заливе (300 км от Комсомольска-на-Амуре), где спроектирована ПЭС на 8 ГВт при выработке 20 ТВт·ч/год, и в Пенжинском заливе, где можно построить ПЭС с фантастической на сегодня мощностью – 87 ГВт с выработкой 190 ТВт·ч /год. Преимущества приливной энергии – в ее возобновляемости и постоянстве в каждом месяце (в отличие от речной энергии, резко уменьшающейся в маловодные годы), а также в безопасности, так как нет угрозы волны прорыва, образующейся при повреждении плотины ГЭС, нет выбросов ТЭС и радиационной опасности АЭС. [2]. Особенности такой энергии – в ее концентрации на локальных участках побережий с высокими приливами и ее дискретности в течение суток и месяца. До сих пор сооружение ПЭС сдерживалось высокой капиталоемкостью традиционного способа строительства за перемычками и необходимостью изготовления большого количества осевых гидроагрегатов на специализированных турбинных заводах (табл. 1). Однако сейчас отечественной наукой уже разработаны новые решения, позволяющие широко использовать приливную энергию. Табл. 1. Стоимость сооружения ПЭС и ГЭС
*) Используя данные Министерства иностранных дел РФ, возможно привести в соответствие денежные единицы разных стран к единой валюте по нынешнему курсу. Факторы, снижающие капиталоемкость сооружения ПЭС Наплавной способ строительства В последние десятилетия ХХ века, после успешного возведения Кислогубской ПЭС – первого объекта в энергетике, выполненного этим методом, начался бум его применения почти во всех сферах морской строительной индустрии. Способ позволил на 33-45% снизить капитальные вложения в строительство по сравнению с традиционным устройством котлована под защитой грунтовых перемычек. Так, снижение стоимости ПЭС при серийном изготовлении ее типовых наплавных блоков на судостроительных заводах может быть оценено до 50%. Применение наплавного способа для сооружения ПЭС позволяет приступить и к разработке уникального предложения: много-кратно увеличить срок эксплуатации АЭС прибрежного исполнения путем периодической замены наплавным способом на лизинговой основе модуля реакторных отделений (РО) [3]. Суть предложения состоит в отсоединении РО от АЭС, придании модулю плавучести с необходимой осадкой и транспортировке его по воде к месту утилизации или временного захоронения. На место отслужившего свой срок РО на правах лизинга (аренды) с отечественного завода также наплавным способом поставляется новое РО и включается в работу АЭС на срок аренды, после чего точно также снимается с работы, а на его место поставляется очередной блок. На 115 прибрежных АЭС во всем мире до 2010 г. заканчиваются разрешенные сроки эксплуатации РО. Применение описанного способа позволит в несколько раз увеличить срок эксплуатации АЭС. Создание новой ортогональной гидротурбины
Использование ПЭС для получения водорода Например, на Мезенской ПЭС при возможной мощности 19,2 ГВт., потребителем в 2015-2020 гг. может быть востребовано лишь 11,4 ГВт. Избыточная (7,8 ГВт) дискретная энергия ПЭС может быть использована для централизованного производства из воды водорода в объемах до сотен млн м3 в год, транспортировки его по существующим топливно-энергетическим трубопроводам для дальнейшего сжигания в топках ТЭС. Сравнение традиционной передачи энергии по ЛЭП и водорода по топливным трубопроводам показывает, что при транспортировке энергии на расстояние более 200 км дешевле оказывается транспорт водорода. Экологический эффект Экологический эффект (на примере Мезенской ПЭС) заключается в предотвращении выброса 17,7 млн тонн углекислого газа (СО2) в год, что при стоимости компенсации выброса 1 тонны СО2 в 10 USD (данные Мировой энергетической конференции 1992 г.) может приносить России по формуле Киотского протокола ежегодный доход около 1,7 млрд USD. В настоящее время в Госдуме РФ готовится пакет законов по Киотскому протоколу, который предусматривает плату за превышение выброса углекислого газа свыше уровня 1990 г. Ветроэнергетика
Хочется отметить, что для успешного развития ветроэнергетики особенно важной является поддержка на государственном уровне исследовательских и внедренческих инициатив, а также предоставление ветроэлектростанциям реальных возможностей рационального выхода в электрические сети общего пользования. Ветроресурсы и спрос на электроэнергию Общий объем ветроэнергетических ресурсов в мире, доступных техническому освоению, составляет 53 тыс. ТВт·ч/год (в том числе в России 10,6 тыс. ТВт·ч/год), что в 4 раза больше, чем современное (на 1998 г.) потребление электроэнергии во всем мире (ветроресурсы мира оценены в 1994 г. по М. Граббу и Н. Мейеру для скорости ветра свыше 5,1 м/с на высоте 10 метров) [5]. Ветроресурсы вряд ли когда-либо станут ограничивающим фактором в производстве электроэнергии ветроагрегатами. Даже при 10%-ном уровне выработки мирового электричества, который может быть достигнут ветроэнергетикой к 2020 г., большая часть ресурсов ветра останется попросту не использованной. В Европе ветроресурсы смогут обеспечить более 20% прогнозируемого спроса на электроэнергию в 2020 г. Электросети способны принимать от ветроагрегатов большие объемы неравномерно вырабатываемой электроэнергии. Датское правительство, к примеру, планирует к 2030 г. перевести 50 % выработки электроэнергии на ветроэнергетику. Однако в мире наиболее приемлемой долей ветроэнергетики в национальном энергопроизводстве принято считать 20%. В соответствии с прогнозами Международного агентства по энергетике (International Energy Agency), потребление электроэнергии при существующем способе ведения хозяйства к 2020 г. увеличится в два раза. Такой рост означает, что для обеспечения 10% мирового спроса на электроэнергию через 20 лет нужно будет производить 2500-3000 ТВт·ч электроэнергии в год. [5] Производство энергии за счет ветра возрастает на 20% ежегодно и в 2003 г. в итоге составит 33 400 МВт установленной мощности по всему миру. Для того чтобы достичь доли в 10% от общего производства электроэнергии к 2010 г., необходим 30% ежегодный рост с 2004 г., который в итоге должен привести к показателю в 181 000 МВт установленной мощности. Начиная с 2010 г. прогнозируемый 20% рост приведет к общему показателю в 1,2 млн МВт установленной мощности к концу 2020 г. Таким образом, за счет энергии ветра будет производиться 2966 ТВт·ч электроэнергии в год, что составит 10,85% от прогнозируемого мирового потребления [5]. К 2040 г. энергия ветра может обеспечивать более 20% мировой потребности в электроэнергии. Для достижения 10% доли ветроэнергетики в мировом производстве электроэнергии необходимы ежегодные инвестиции с 5 млрд USD до 78 млрд USDк 2020 г. Эти цифры – лишь небольшая доля ежегодных инвестиций в мировую энергетику, которые в последние годы составляли в среднем 170-200 млрд USD в год. [5] Выгоды ветроэнергетики очевидны. Затраты на возведение и эксплуатацию ветроагрегатов значительно упали. Например, в Дании с 1981 по 1995 гг. эти затраты снизились на 66 %. На сегодня основная доля приходится на ВЭУ мощностью в десятки и сотни киловатт, но расширяется производство ВЭУ и мегаваттного класса (таблица 2). Экономические показатели ВЭУ и ТЭС сравнялись. В США ставится задача снизить стоимость ветровой энергии до 2,5 центов/Вт.ч (таблица 3). Расходы на техническое обустройство места расположения ВЭУ (фундаменты, строения, дороги, сети) достигают 30-40% стоимости собственно ВЭУ. Табл. 2. Ветроэнергоустановки мегаваттного класса
Табл. 3. Стоимость ветроэлектрической энергии
Стоимость ВЭУ распределяется по ее элементам примерно следующим образом:
Эксплуатационные издержки с учетом амортизации исчисляются в размере 5-6% от величины общих капиталовложений в изготовление, установку и обустройство ВЭУ. В европейских странах государства субсидируют разработки в области ветроэнергетики. Размер бюджетных дотаций может составлять до 50% всех затрат. Ветроэнергетика России В начале XX века в России работало почти 250 тысяч ветряных мельниц, перерабатывающих половину урожая зерна. Мельницы были выполнены из дерева и диаметр колеса достигал 12 м. В 30-е годы во Всесоюзном институте механизации сельского хозяйства (ВИЭСХ) была разработана деревометаллическая ветряная мельница «ВИМ» с колесом 16 м и мощностью 20,0 л.с. Но все эти мельницы не смогли конкурировать с более мощными электромеханическими мукомольными установками и эпоха ветряных мельниц к середине века закончилась. Современная теория и инженерные расчеты ВЭУ в России были заложены основателем аэрогидродинамического института (ЦАГИ) Н.Е. Жуковским. В 1931 г. в Крыму по проекту ЦАГИ была сооружена крупнейшая в то время в мире отечественная ВЭУ «Д-30» мощностью 100 кВт с диаметром колеса 30 м, которая проработала до 1941 г. и была разрушена немцами. В послевоенное время на промышленной основе по разработкам ВЕТРОЭН и ВИЭСХ выпускались до 20 типов ВЭУ мощностью до 25 кВт, однако массового освоения они не получили из-за отсутствия технического обслуживания и неконкурентности с дешевым в то время жидким топливом («бензин дешевле газированной воды»). В 70-80 гг. в институте Гидропроект были осуществлены значительные по своему объему теоретические и инженерные разработки ВЭУ, в том числе и с ортогональным ротором, однако практических результатов достичь не удалось (рис.4).
Ветровой режим на территории России был представлен в 1999 г. по
материалам 1100 метеостанций за 30-летний период регулярных наблюдений
по единой методике [6]. Наибольший интерес для проектирования и
размещения ВЭУ представляют зимние среднемесячные скорости ветра,
которые в европейской части (I) равны всего 3-4 м/с, а на побережье
Северного Ледовитого океана, Северного Кавказа и в регионах около
Казани, Петрозаводска и Санкт-Петербурга (II) – 5-6 м/с. В азиатской
части в Восточной Сибири (III) – 3 м/с, в центре (IV) – 1м/с, на
побережье Северного Ледовитого океана (V) – 5-6 м/с, а на Тихоокеанском
(VI) – 7-8 м/с. При этом максимально возможный порыв ветра, определяющий
расчет сохранности конструкций ВЭУ, в I и II районах может достичь
48 м/с, в III, IV, V – 75 м/с, а в VI – 169 м/с. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| |