Альтернативная энергетика. Возможности развития в 21 веке

      Пожалуй, самые впечатляющие успехи в развитии технологий демонстрирует Японии, где  создан фотогальванический кровельный материал В результате реализации совместной программы, в которой участвуют  строительные организации, предприятия по производству солнечных элементов и правительство страны, к 2010г. будут созданы энергетические установки мощностью 4600 мегаватт, что достаточно для удовлетворения всех энергетических нужд такой страны, как Эстония.

      Крыша здания, покрытая фотогальваническим кровельным материалом, превращается в электростанцию. В некоторых странах, в том числе в Германии и Японии, в зданиях, оборудованных солнечными панелями, сегодня установлены счетчики, которые измеряют количество вырабатываемой электроэнергии, что позволяет продавать ее местным коммунальным компаниям в случае избытка или закупать при недостатке.

      В США, Германии и Швейцарии фотогальванические материалы сегодня встраиваются в фасады новых офисных зданий. Случайный прохожий никогда не догадается, что зеркальные стены и окна этих домов — на самом деле миниатюрные электростанции.

      В «большую тройку» производителей солнечных  элементов входят Япония, США и Европейский союз. В 1999 г. в одной лишь Японии были произведены солнечные элементы общей мощностью 80 мегаватт, что позволило стране опередить США (60 мегаватт). Большая часть солнечных элементов, производимых в Соединенных Штатах, экспортируется в развивающиеся страны. Европа в настоящее время находится на третьем месте; общая мощность произведенных здесь в 1999г. фотоэлементов составила 40 мегаватт. Однако после того, как корпорации «Ройал Датч Шелл» и «Пилкинг-тон Гласе» открыли в Германии совместное предприятие, ежегодно производящее солнечные элементы суммарной мощностью 25 мегаватт, европейский потенциал в этой отрасли увеличился более чем наполовину.

      Когда корпорация «Бритиш Петролеум» поглотила  «Амоко», она приобрела также  «Соларекс», подразделение «Амоко», занимающееся производством фотоэлементов, что сразу же сделало ее третьим  по величине производителем солнечных элементов в мире поселе японских компаний «Шарп» и «Киосера». «Сименс» и «Шелл» делят четвертое место. Мировой рынок фотоэлементов характеризуется жесткой конкуренцией между компаниями и странами. Ведущие развитые страны принимают сегодня грандиозные программы по оснащению крыш солнечными коллекторами, чтобы помочь развитию отрасли, занимающейся производством фотоэле-ментов.

      Серьезные программы по поддержке этой отрасли  есть и в Японии, и в Германии, и в США. Совместное предприятие «Шелл»/«Пил-кингтон» в Германии было создано благодаря энергичной работе немецкого правительства в направлении более интенсивного использования солнечной энергии, в частности оснащения солнечными коллекторами крыш зданий. В отличие от японцев, которые полагаются на выдачу денежных субсидий покупателям солнечных коллекторов, власти Германии для стимулирования инвестиций в эту отрасль закупают электричество, полученное от солнечных элементов, по более высокой цене и выдают кредиты под низкие проценты. В Германии принята программа, имеющая целью установить к 2008 г. солнечные панели на 2 000 крыш общей мощностью 300 мегаватт.

      В 1997г. была начата реализация американской программы «Миллион солнечных крыш». Хотя цели ее грандиозны, финансовая поддержка  правительства далеко не так сильна, как в Японии и Германии. Италия тоже начала продвижение вперед со своей программой «Десять тысяч солнечных крыш».

      Возможности использования солнечной энергии  огромны. Материалы аэрофотосъемок показывают, что даже на Британских островах с их пресловутой облачностью установка солнечных панелей на крышах домов может дать в солнечный день 68 000 мегаватт энергии, а это почти половина суточного потребления электроэнергии в стране в самый пасмурный сезон⁴⁵.

      Стоимость солнечных элементов в 1970-х годах составляла более 70 долл. за 1 ватт производственной мощности, а сегодня — менее 3,5 долл. за 1 ватт. По прогнозам, по мере развития технологий и создания новых производственных мощностей она будет продолжать снижаться и, возможно, опустится до 1 долл. за 1 ватт. Сегодня исследования, направленные на усовершенствование технологии фотогальваники, ведутся буквально в сотнях лабораторий. Почти каждый месяц сообщается об очередном успехе в развитии технологии конструирования или производства фотоэлементов.

                                               Освоение тепловых ресурсов Земли

      В отличие от энергии ветра, солнца и воды, которая прямо или косвенно зависит от солнечного света, геотермальная  энергия поступает непосредственно из недр самой Земли в результате радиоактивного распада и действия сил гравитации. Эффективно использовать геотермальную энергию можно только в том случае, когда она имеется относительно недалеко от земной поверхности, т.е. в тех местах, где есть горячие источники, гейзеры и вулканы.

      По  сути, это неисчерпаемый кладезь  энергии. Горячие источники использовались в качестве купален уже тысячи лет назад. Извлекать из них тепло  можно быстрее, чем из любых других местных источников энергии, необходимо лишь соотносить его с количеством тепла, которое вырабатывается недрами. В отличие от нефтяных месторождений, которые в конце концов истощаются, геотермальные источники можно использовать до бесконечности.

      Некоторые регионы планеты особенно богаты геотермальной энергией. Самая богатая в этом отношении область Земли — побережье Тихого океана. В Восточно-Тихоокеанском регионе геотермальные ресурсы расположены вдоль берегов Южной, Центральной и Северной Америки, вплоть до Аляски. Что касается западного побережья Тихого океана, то они широко распространены на востоке России, в Японии, Корее, Китае и на территории островных государств, таких, как Филиппины, Индонезия, Новая Гвинея, Австралия и Новая Зеландия.

      Этот  спрятанный в недрах Земли источник энергии можно непосредственно использовать для получения тепла и электричества. Чтобы извлечь тепло, горячая вода или пар обычно выкачиваются на поверхность, а затем вновь закачиваются в недра. Электричество можно получать от горячей воды или пара, выкачиваемых из-под земли, а также от пара, производимого при циркуляции воды в расщелинах в горячих каменных пластах под землей. Извлекаемая геотермальная энергия может использоваться для обогрева помещений, как это делается, например, в Исландии, где таким образом обогревается 85% зданий; для устройства купален, как в Японии; и для производства электроэнергии, как в США.

      Впервые геотермальная энергия была применена  для производства электричества  в 1904 г. в Италии. Сегодня ее используют в десятках стран, хотя во многих случаях  — главным образом для обеспечения бань горячей водой. В течение первых 70 лет XX в. использование геотермальных ресурсов для производства электричества росло относительно скромно; к 1973 г. мощность установок достигла лишь 1100 мегаватт. Однако после резкого повышения цен на нефть в 1973 и 1979 гг. геотермальная энергия стала использоваться интенсивнее. К 1998 г. масштабы этой отрасли энергетики увеличились почти в восемь раз: в ней вырабатывалось 8240 мегаватт электроэнергии.

      Соединенные Штаты являются мировым лидером в освоении этого источника энергии, вырабатывая с его помощью более 2800 мегаватт электричества. Но если учитывать долю «геотермального» электричества в объеме всего производимого в стране электричества, то далеко впереди окажутся другие государства, гораздо меньшие. Так, в США электричество, получаемое от геотермальной энергии, составляет всего 1% от общего объема, в то время как в Никарагуа — 28%, а на Филиппинах — 2б%.

      Большинство стран сейчас только приступают к  разработке своих геотермальных ресурсов. Для стран, расположенных вдоль берегов Тихого океана, Средиземного моря и Восточно-Африканской рифтовой системы, геотермальные ресурсы потенциально являются огромным источником энергии, который, помимо всего прочего, не нарушает климат Земли. В Японии геотермальная энергия расположена близко к поверхности земли, о чем свидетельствуют тысячи курортов с горячими источниками по всей стране. По оценкам, электроэнергия, вырабатываемая геотермальными источниками, может удовлетворить 30% потребностей страны в электричестве. Некоторые страны настолько богаты геотермальной энергией, что на ней может работать вся их экономика.

      В наше время, когда растет озабоченность  проблемой климатических изменений, многие страны начинают разрабатывать свой геотермальный потенциал. Так, министерство энергетики США объявило в 2000 г. о начале реализации программы использования геотермальных ресурсов, расположенных на западе страны. Цель программы — добиться того, чтобы к 2020 г. 10% электроэнергии на Западе США вырабатывалось из геотермальных ресурсов.

                           3 Состояние и перспективы развития альтернативной энергетики в России

      Доля традиционной топливной энергетики в мировом энергобалансе будет непрерывно сокращаться, а на смену придет нетрадиционная — альтернативная энергетика, основанная на использовании возобновляемых источников энергии. И от того, с какими темпами это произойдет в конкретной стране, зависит не только ее экономическое благополучие, но и ее независимость, ее национальная безопасность.

      Ситуация  с возобновимыми источниками  энергии в России, как и почти  со всем у нас в стране, может  быть названа уникальной. Запасы этих источников, поддающихся использованию  уже на сегодняшнем техническом  уровне, огромны. Вот одна из оценок: солнечной лучистой энергии — 2300млрдТУТ (тонн условного топлива); ветра — 26,7млрдТУТ, биомассы — 10млрдТУТ; тепла Земли — 40000млрдТУТ; малых рек — 360млрдТУТ; морей и океанов — 30млрдТУТ. Эти источники намного превышают современный уровень энергопотребления России (1,2млрдТУТ в год) . Однако используются из всего этого немыслимого изобилия даже не сказать что крохи — микроскопические количества. Как и в мире в целом, в России наиболее развита среди возобновляемых видов энергетики ветроэнергетика. Еще в 1930-хгг. в нашей стране серийно выпускалось несколько видов ветроустановок мощностью 3-4кВт, однако в 1960-егг. их выпуск был прекращен. В последние годы СССР правительство вновь обратило внимание на эту область, однако не успело реализовать своих планов. Тем не менее, с 1980 по 2006гг. Россией наработан большой научно-технический задел (но отставание в вопросах практического использования возобновимых источников энергии у России серьезное. Сегодня общая мощность действующих, сооружаемых и планируемых к вводу в России ВЭУ и ВЭС составляет 200 МВт. Мощность отдельных ветроагрегатов, изготавливаемых российскими предприятиями, лежит в диапазоне от 0,04 до 1000,0 кВт [21]. В качестве примера приведем нескольких разработчиков и производителей ВЭУ и ВЭС. В Москве ООО «СКТБ «Искра» производит ветроэлектрические станции М-250 мощностью 250Вт. В Дубне Московской области предприятие Гос.МКБ «Радуга» производит легко устанавливаемые ВЭС в 750Вт, 1кВт и 8кВт; Санкт-Петербургский НИИ «Электроприбор» выпускает ВЭУ до 500 Вт.

      В Киеве с 1999г. научно-производственная группа WindElectric производит ветроэлектростанции  бытового назначения WE-1000 мощностью 1 кВт. Специалистами группы разработана уникальная многолопастная, универсально-скоростная и абсолютно бесшумная турбина небольших размеров, эффективно использующая любой воздушный поток. 
Хабаровская «Компания ЛМВ Ветроэнергетика» производит ВЭС мощностью от 0,25 до 10кВт, последние могут объединяться в системы мощностью до 100кВт. С 1993г. этим предприятием разработано и произведено 640 ВЭС. Большинство установлено в Сибири, на Дальнем Востоке, Камчатке, Чукотке. Срок эксплуатации ВЭС достигает 20 лет в любых климатических зонах. Компания поставляет также солнечные батареи, которые работают совместно с ВЭС (мощность таких ветросолнечных установок составляет от 50Вт до 100 кВт).

      В отношении ресурсов ветровой энергии  в России наиболее перспективны такие  районы, как Побережье Северного  Ледовитого океана, Камчатка, Сахалин, Чукотка, Якутия, а также побережье  Финского залива, Черного и Каспийского морей. Высокие среднегодовые скорости ветра, малая обеспеченность централизованными электросетями и обилие неиспользуемых в хозяйстве площадей делает эти местности практически идеальными для развития ветровой энергетики. Похожая ситуация с солнечной энергетикой. Солнечная энергия, поступающая за неделю на территорию нашей страны, превышает энергию всех российских ресурсов нефти, угля, газа и урана. Имеются интересные отечественные разработки в этой области, но нет никакой поддержки их со стороны государства и, следовательно, нет рынка фотоэнергетики. Однако объем выпуска солнечных батарей исчисляется мегаваттами. В 2006г. было произведено около 400 МВт. Имеется тенденция к некоторому росту. Впрочем, больший интерес к продукции различных научно-производственных объединений, выпускающих фотоэлементы, проявляют покупатели из-за рубежа, для россиян они все еще дороги; в частности, потому что сырье для производства кристаллических пленочных элементов приходится ввозить из-за рубежа (в советское время заводы по производству кремния находились в Киргизии и Украине) Наиболее благоприятные районы для использования солнечной энергии в России — это Северный Кавказ, Ставропольский и Краснодарский края, Астраханская область, Калмыкия, Тува, Бурятия, Читинская область, Дальний Восток.

      Наибольшие  достижения по использованию солнечной  энергии отмечены в области создания систем теплоснабжения с применением  плоских солнечных коллекторов. Первое место в России во внедрении  таких систем занимает Краснодарский край, где за последние годы в соответствии с действующей краевой программой энергосбережения сооружено около сотни крупных солнечных систем горячего водоснабжения и множество мелких установок индивидуального пользования. Наибольшее развитие солнечные установки для обогрева помещений получили в Краснодарском крае и Республике Бурятия. В Бурятии солнечными коллекторами производительностью от 500 до 3000 литров горячей воды (90-100 градусов по Цельсию) в сутки оснащены различные промышленные и социальные объекты - больницы, школы,  завод "Электромашина" и т.д., а также частные жилые здания. Сравнительно повышенное внимание уделяется развитию геотермальных электростанций, более, видимо, привычных нашим энергетическим распорядителям и достигающих больших мощностей, а потому лучше укладывающихся в привычную концепцию энергетического гигантизма. Специалисты считают, что запасы геотермальной энергии на Камчатке и Курильских островах могут обеспечить электростанции мощностью до 1000МВт.