Альтернативная энергетика. Возможности развития в 21 веке

      Полезная  мощность каждой турбины с учетом затрат на эксплуатацию и потерь при передаче на берег составит 43 МВт, что позволит удовлетворить потребности штата Флориды (США) на 10%.

        Первый опытный образец подобной турбины диаметром 1,5 м был испытан во Флоридском проливе. Разработан также проект турбины с рабочим колесом диаметром 12 м и мощностью 400 кВт.

                             2 Особенности использования альтернативной энергетики 

      В последние годы в России возрос интерес к использованию альтернативных источников энергии — солнца, ветра, внутреннего тепла Земли, морских приливов. Уже построены опытные электростанции на нетрадиционных источниках энергии. Так, на энергии приливов на Кольском полуострове работают Кисло-губская и Мезенская электростанции.

      Термальные  горячие воды используются для горячего водоснабжения жилых объектов и в теплично-парниковых хозяйствах. На Камчатке, на р. Паужетка построена геотермальная электростанция. Ее мощность 5 МВт.

      Крупными  объектами геотермального теплоснабжения являются теплично-парниковые комбинаты — Паратунский на Камчатке и Тернапрскии в Дагестане. В перспективе масштабы использования термальных вод будут неуклонно возрастать.

      Ветровые  энергоустановки имеются в жилых  поселках Крайнего Севера используются для защиты от коррозии магистральных газо и нефтепроводов, на морских промыслах. Разработана программа, согласно которой в начале третьего тысячелетия планируется построить ветровые электростанции — Калмыцкую. Тувинскую, Магаданскую, Приморскую и геотермальные электростанции — Верхне-Мугимовскую, Океанскую. На юге России, в Кисловодске. предполагается сооружение первой в стране опытно-экспериментальной электростанции, работающей на солнечной энергии Ведутся работы по вовлечению в хозяйственный оборот такого источника энергии, как биомасса

      По  данным экспертов, ввод в эксплуатацию указанных электростанций позволит к 2010 г. довести долю нетрадиционной и малой энергетики в энергобалансе России до 2%.

      Использование энергии ветра

      Современная ветроэнергетика зародилась в Калифорнии в начале 1980-х годов, вскоре после резкого повышения цен на нефть в 1973 и 1979 гг. В то время уже существовала федеральная программа налогового стимулирования сферы возобновляемых источников энергии. Калифорния под руководством губернатора Джерри Брауна дополнила эту программу своей налоговой инициативой, создав инвестиционный климат, который позволил построить на территории штата ветротурбины, достаточные для снабжения электричеством городского хозяйства Сан-Франциско. Но вскоре после этого интерес к энергии ветра в США упал, и в течение десяти лет ветроэнергетика практически не развивалась^. В это время в Европе ветроэнергетика продолжала делать успехи Лидером здесь вначале была Дания, которая была производителем большинства ветротурбин, установленных в Калифорнии В период с 1995 по 2000 г. во всем мире использование энергии ветра увеличилось почти вчетверо — такими темпами росла только компьютерная индустрия. К этой гонке снова присоединились Соединенные Штаты: Американская ассоциация ветроэнергетики, как мы уже сказали, прогнозирует 60%-е увеличение мощностей ветроэнергетики в 2001 г.

      Сегодня Дания получает 15% необходимой ей электроэнергии от ветра. В Шлезвиг-Гольштейне, самой северной земле Германии, эта  цифра составляет 19%, а в некоторых  районах там ветроэнергетика обеспечивает 75% потребностей в электроэнергии. Провинция Наварра, один из промышленных центров Испании, начав с нуля шесть лет назад, получает сегодня от использования ветра 22% всей энергии. Но по абсолютным показателям объемов генерирующих мощностей мировым лидером стала Германия; следом за ней идут Соединенные Штаты. В пятерку лидеров входят также Испания, Дания и Индия.

      Развитие  технологии строительства ветряных турбин, в значительной степени использовавшей достижения аэрокосмической промышленности, снизило стоимость энергии, получаемой от ветра, с 3 2 центов за 1 кВт/час в начале 1980-х годов до менее 4 центов в 2001г. — в областях, богатых ветроэнергетическими ресурсами, (Приложение 3 см. рис. 5-2). В некоторых регионах электроэнергия, создаваемая силой ветра, уже сегодня стоит меньше, чем получаемая при сжигании нефти или газа Сейчас, когда в эту сферу направляют свои ресурсы такие крупные корпорации, как «ABB», «Ройал Датч Шелл» и «Энрон», ожидается еще большее удешевление этой энергии.

      Ветер — это огромный источник энергии, имеющийся повсюду на земном шаре. Великие равнины США — это Саудовская Аравия ветроэнергетики. Северная Дакота, Канзас и Техас, три богатых энергией ветра штата, имеют потенциал, достаточный для удовлетворения потребностей в энергии всей страны. Китай может вдвое увеличить производство энергии, если будет использовать ветер. Европа, имеющая высокую плотность населения, полностью удовлетворит свои потребности в электричестве, расположив ветряные турбины на прибрежном шельфе на глубине до 30 м.

      По  мере того как стоимость производства электроэнергии ветряными турбинами падает, а озабоченность проблемой климатических изменений растет, все больше и больше стран включается в перспективный процесс развития ветроэнергетики. Начиная с декабря 2000 г. развитие этой отрасли пошло еще большими темпами. В начале этого месяца Франция объявила о том, что к 2010 г. она создаст ветроэнергетические установки мощностью 5000 мегаватт. В том же месяце о планах установки в Патагонии к 2010 г. ветряных турбин мощностью 3000 мегаватт заявила Аргентина. В апреле 2001 г. власти Великобритании приняли заявки подрядчиков на создание ветроэлектростанций на прибрежном шельфе мощностью 1500 мегаватт. В мае из Пекина пришло сообщение о том, что Китай планирует к 2005 г. получать 2500 мегаватт ветровой электроэнергии t.

      Реальный  рост ветроэнергетики постоянно  превышает предварительные оценки. Европейская ассоциация ветроэнергетики, которая в 1996 г. поставила целью освоение в Европе 40 000 мегаватт мощностей к 2010 г., недавно подняла планку до 60 000 мегаватт.

      В Соединенных Штатах, как мы уже  сказали, ветроэнергетика начала развиваться  в Калифорнии, однако в последние  три года вошли в строй ветроэлектростанции  также в штатах Колорадо, Айове, Миннесоте, Орегоне, Пенсильвании, Техасе и Вайоминге. Они увеличили объем мощностей американской энергетики наполовину — с 1680 мегаватт до 2550, а 1 мегаватт ветровой энергии обеспечивает электричеством в среднем 350 домов (квартир). В 2001 г. к ныне имеющимся мощностям добавятся еще 1500 мегаватт, которые будут вырабатываться на электростанциях, расположенных на территории более десяти штатов. Ветроэлектростанция мощностью 300 мегаватт, строящаяся сейчас на границе штатов Орегон и Вашингтон (на данный момент крупнейшая в мире), может снабдить электричеством 105 тысяч жилых домов и квартир.

      Но  это только начало. В феврале 2001 г. «Bonneville Power Administration» (ВРА) — федеральное агентство, занимающееся энергоснабжением, объявило о своих планах по закупке ветроэнергетических установок мощностью 1000 мегаватт и предложило делать заявки. К своему удивлению, руководители агентства получили столько предложений, что их хватило бы на установку турбин мощностью 2600 мегаватт на территории пяти штатов, с возможным увеличением их мощности в дальнейшем до 4000 мегаватт.

      Ветроэлектростанция в восточной части центральной  области Южной Дакоты недалеко от границы с Айовой, которую сейчас планируют, будет иметь мощность 3000 мегаватт, что в 10 раз больше мощности станции, которая строится на границе штатов Орегон и Вашингтон. Этот проект, носящий название «Раскаты грома» («Rolling Thunder»), инициирован компанией «Делеен Эсоушиитс» под энергичным руководством Джима Делсена, одного из пионеров ветроэнергетики в Калифорнии. Ветровая станция будет снабжать электричеством районы Среднего Запада вокруг Чикаго. Масштабы проекта огромны не только для ветроэнергетики, но и для всей мировой энергетики.

      Доходы  от ветроэнергетики, как правило, остаются в общинах, стимулируя развитие местной экономики, обеспечивая занятость населения и налоговые поступления в бюджет. Одна мощная усовершенствованная ветровая турбина, занимающая площадь в четверть акра (0,1 га), может без особых хлопот приносить фермеру или владельцу ранчо 2000 долл. в год арендной платы, одновременно снабжая общину электричеством на 100 000 долл.

      Для фермеров и владельцев ранчо обнаружить, что ветер может приносить  доходы — все равно, что открыть  нефтяное месторождение на своем  участке, с тем преимуществом, что  энергия ветра неисчерпаема. Одним из плюсов ветроэнергетики является то, что турбины, установленные на территории фермы или ранчо, не препятствуют возделыванию земли или выпасу скота. В областях, богатых ветроэнергетическими ресурсами, доходы от энергии ветра могут запросто превысить доходы от продажи скота. Таким образом, ветроэнергетический бум может возродить сельские регионы во всем мире.

      Дешевое электричество, полученное от энергии  ветра, можно использовать для электролиза, в процессе которого молекула воды расщепляется на свои составляющие элементы — водород и кислород. Водород — самый простой вид топлива; в отличие от нефти и угля он не содержит углерода. Он используется в новом, высокоэкономичном двигателе на топливных элементах, над которым сейчас работают все ведущие компании—производители автомобилей. «Даймлер-Крайслер» выпустил на рынок машины с таким двигателем уже в 2003 году «Форд», «Тойота» и «Хонда», по-видимому, отстанут не намного.^. Излишки энергии ветра могут храниться в виде водорода и использоваться в топливных элементах или газовых турбинах для производства электричества в те периоды, когда ветра недостаточно. Ветер станет фундаментом новой энергетики.

      Технологии  использования ветра и водорода будут развиваться, и можно предположить, что настанет время, когда фермеры и скотоводы станут основными поставщиками электричества и водорода в США. Впервые Соединенные Штаты имеют технологию, которая позволяет им покончить с зависимостью от ближневосточной нефти.

      Сегодня в стране создается лобби в  поддержку ветроэнергетики. Не только экологи и лидеры ветроэнергетики, но и фермеры и скотоводы обращаются к законодателям с настойчивыми призывами поддержать развитие этой богатой сферы, предоставляющей ресурсы, альтернативные ископаемому топливу.

      Как мы уже сказали, мировым лидером в производстве турбин, Конвертирующих энергию ветра в электричество, является Дания. 60% всех ветряных турбин, установленных в 2000 г., было произведено датскими компаниями либо по их лицензии. Это наглядный пример того, как благодаря предвидению и твердой приверженности делу охраны окружающей среды страна может занять доминирующую позицию в быстрорастущей области экоэкономики. Соединенные Штаты сейчас с большим трудом пытаются вновь включиться в конкурентную борьбу в этой сфере. Недавно в г. Чэм-пейн, штат Иллинойс, в самом сердце Кукурузного пояса США было введено в эксплуатацию первое за пределами Калифорнии промышленное предприятие по производству ветряных турбин коммунального пользования.

      Мир начинает наконец-то понимать, что ветер  — это широко распространенный и неисчерпаемый источник энергии, который может снабжать нас как электричеством, так и водородным топливом. Американские фермеры уже привыкают к тому, что лучше получать два урожая (зерновых и энергии), чем один. Политические лидеры приходят к осознанию того, что использование энергии ветра может способствовать как повышению энергетической безопасности, так и стабилизации климата. А потребители, выбирающие «зеленую» электроэнергию, понимают, что они помогают сохранить стабильность климата планеты. Таким образом, действуя вместе, мы сможем выиграть в борьбе за создание новой экономики.

                                            Превращение солнечного света в электричество

      Вторым  после ветра перспективным источником электричества являются солнечные элементы. Это относительно новый источник энергии. В 1952 г. трое ученых из лаборатории Белла в г. Принстон, штат Нью-Джерси, обнаружили, что при попадании солнечного света на поверхность материала, содержащего кремний, выделяется электричество. Таким образом были изобретены фотогальванические или солнечные элементы, открывшие перед миром новые возможности по производству электричества.

      Будучи  на первых порах очень дорогими, солнечные элементы использовались только для решения очень важных задач, например, для обеспечения электроэнергией спутников. Другой экономически оправданной сферой их применения стало питание калькуляторов. Когда-то они работали на батарейках, а сегодня в качестве источника энергии здесь обычно используют тонкую пластинку кремния.

      Следующей сферой применения фотогальваники стало  снабжение электричеством отдаленных районов. В промышленно развитых странах это летние коттеджи для отдыха в горах, а в развивающихся — деревни, в которые не проведено электричество. В отдаленных сельских пунктах с экономической точки зрения эффективнее устанавливать солнечные батареи, чем строить электростанцию и проводить в дома электричество. К концу 2005 г. около 1,5 млн. семей во всем мире получали электричество от солнечных коллекторов. Примерно 900 тысяч из них проживает в сельской местности в странах третьего мира.

      По  мере снижения стоимости солнечных  элементов, этот источник энергии становится конкурентоспособным. Тогда многих из тех 2 млрд. человек, которые не имеют доступа к электричеству, самым дешевым способом его получения будут небольшие солнечные панели. Вот пример. В деревнях, расположенных в горных районах Перу, семьи тратят на свечи примерно 4 долл. в месяц. За электричество от солнечных элементов они будут платить чуть больше, но освещение будет гораздо качественнее. В некоторых населенных пунктах стран третьего мира, не подсоединенных к централизованным энергосистемам, местные предприниматели вкладывают средства в строительство солнечных электростанций и затем продают электричество.