1.2.7. Низкопотенциальное тепло (тепловые насосы)

Теплонасосные установки, осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, черпают возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды, повышают ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивая в 1,2...2,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжигании топлива. Применение теплонасосных установок - это и сбережение невозобновляемых энергоресурсов, и защита кружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО₂ (парникового газа) в атмосферу. Тепловые насосы вышли из недр холодильной техники и, как правило, создаются и выпускаются заводами холодильного машиностроения. Это одно из важнейших пересечений техники низких температур с энергетикой.

Теплонасосные установки целесообразно использовать при переходе к децентрализованным системам теплоснабжения (без протяженных дорогостоящих тепловых сетей), когда тепловая энергия генерируется вблизи ее потребителя, а топливо сжигается вне населенного пункта (города) . Внедрение таких экономичных и экологически чистых технологий теплоснабжения необходимо в первую очередь во вновь строящихся районах городов и в населенных пунктах при полном исключении применения электрокотельных, потребление энергии которыми в 3-4 раза превышает потребление ее теплонасосными установками.

Важнейшая особенность теплонасосных установок - универсальность по отношению к виду используемой энергии (электрической, тепловой). Это позволяет оптимизировать топливный баланс энергоисточника путем замещения более дефицитных энергоресурсов менее дефицитными.

Еще одно преимущество теплонасосных установок - широкий диапазон мощности (от долей до десятков тысяч киловатт), перекрывающий мощности любых существующих теплоисточников, в том числе малых и средних ТЭЦ.

Использование теплонасосных установок перспективно в комбинированных схемах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, биоэнергии), так как позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких экономических показателей. Применение теплонасосных установок вносит наибольший вклад в экономию невозобновляемых энергоресурсов с помощью технологий нетрадиционной энергетики.

Перечисленные преимущества теплонасосных установок обусловили их широкое и всевозрастающее распространение в развитых странах и во всем мире. Ставится задача не о локальном или ограниченном применении теплонасосного теплоснабжения, а о максимальном отказе от прямого сжигания для этих целей органического топлива.²³

1.3. Перспективы развития электроэнергетики на базе виэ в России

Исходя из данных, приведённых в пункте 1.3 в России имеются значительные ресурсы практически всех видов возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Причем во всех регионах страны имеется 1 – 2 вида, коммерческая эксплуатация которых может быть оправданной. По оценке, приводимой в Энергетической стратегии РФ до 2020 года, технический потенциал ВИЭ (то, сколько можно выработать энергии на имеющихся сейчас технологиях) составляет 4,6 млрд. т у.т./год. Он в 4,5 раза превышает потребление всех топливно-энергетических ресурсов России. Экономический потенциал оценивается в 270 млн. т у.т./год, что более 25% от годового потребления энергии, при этом фактически используется не более 1,5 млн. т у.т. Это означает, что если найти средства на начальные затраты (оборудование и строительно-монтажные работы), то затем четверть всей необходимой энергии будет экономически рентабельно производить из ВИЭ. ²⁴

Более подробно потенциал возобновляемых источников энергии в России представлен в таблице 1.4

По оценке Международного энергетического агентства (МЭА), сделанной по данным середины 1990-х годов, экономический потенциал превышает 300 млн. т.у.т./год, а по недавней оценке РАО «ЕЭС России» – от 340 до 350 млн. т у.т./год.

В России есть все возможности, обусловившие активное развитие ВИЭ за рубежом, однако в настоящее время этому препятствует ряд причин технологического, кадрового и социально-экономического плана, а также специфика, традиции и интересы топливно-энергетического комплекса страны.

Развитие ВИЭ в РФ несомненно способствовало бы решению проблемы энергетической безопасности страны, социальных проблем, снижению уровня безработицы, развитию бизнеса, повышению качества жизни населения, уровня образования, науки, технологий и культуры.

Основными направлениями использования ВИЭ с учетом их экономической и социальной значимости представляются следующие:

Энергоснабжение удаленных районов, не подключенных к сетям энергосистем, прежде всего на Крайнем Севере, Дальнем Востоке и в Сибири, где проживает по разным оценкам от 10 до 15 млн. человек и куда ежегодно завозится 6 – 8 млн. тонн дизельного топлива и мазута и 20 – 25 млн. тонн угля. В связи с высокими транспортными расходами стоимость топлива в удаленных районах – республиках Саха, Тыва, Алтай, на Камчатке – достигает 800 – 900 € и более за 1 тонну у.т. На завоз топлива тратится до половины бюджета этих регионов, а проблему его доставки часто приходится решать в зимний период с помощью авиации и МЧС.

Таблица 1.4

Потенциал возобновляемых источников энергии в России, млн. т у.т./год²⁵

Ресурсы	Технический потенциал	Экономический потенциал
	МЭА	МЭА	РАО «ЕС России»
Приливная энергетика	Нет данных	35-80	Нет данных
Солнечная энергия	2300	12,5	12-13
Малая гидроэнергетика	125	65	65-70
Ветровая энергия	2000	10	13-15
Геотермальная энергетика	Нет данных	115	115-150
Биоэнергетика	53	35	Нет данных
Низкопотенциальное топливо	105	31,5	30-35
Всего	4593	308,5	340-450

Организация энергопроизводства резервных и дополнительных мощностей на базе ВИЭ в районах дефицитных энергосистем, в которые входят регионы (Астраханская и Нижегородская области, Краснодарский край), могла бы способствовать повышению надежности энергоснабжения, а также созданию конкуренции для большой энергетики.

Актуальным представляется создание генерирующих мощностей на конечных терминалах местных линий электропередач напряжением 6 – 15кВт большой протяженности, к которым подключены многие потребители и которые часто аварийно отключаются. Перерывы в энергоснабжении такими ЛЭП составляют многие часы, при этом ущерб, нанесенный потребителям, не компенсируется энергоснабжающими организациями.

Незаменимыми источниками энергоснабжения являются ВИЭ в районах с повышенными требованиями к экологической безопасности (территории вокруг мегаполисов, курортные зоны, заповедники), где их использование способствовало бы снижению экологической напряженности за счет уменьшения вредных выбросов от тепловых энергетических установок.

Развитие индустрии ВИЭ в большой степени могло бы способствовать развитию собственной энергетической промышленности, созданию дополнительных рабочих мест, реализации до сих пор имеющегося в России весьма высокого научно-технического потенциала.

По большинству видов оборудования ВИЭ, за исключением ВЭУ мегаваттного класса мощности, в России имеются разработки на достаточно высоком уровне.

Есть довольно мощная производственная база, особенно на предприятиях военно-промышленного комплекса (ВПК), на основе которой при наличии заказов можно быстро наладить серийное производство оборудования для использования ВИЭ.

В России ведется подготовка инженеров-специалистов по ВИЭ (Московский Энергетический Институт, Московское Высшее Техническое Училище им. Баумана, Московский Государственный Университет, Санкт-Петербургский Государственный Технический Университет, ВУЗы Екатеринбурга, Новосибирска, Хабаровска). Действуют советы по присуждению кандидатских и докторских степеней. Однако подготовка специалистов не подкрепляется практическими навыками и не обеспечивает достаточно широкой специализации. Отсутствуют кадры инженеров, техников и рабочих для наладки, пуска и обслуживания установок (особенно комплексных и гибридных) и оборудования ВИЭ.

Создание производства ВИЭ в России могло бы привести к существенному увеличению в экспорте страны доли высокотехнологичных машин и оборудования. Возможности и опыт в торговле с развивающимися странами и странами Европы имеются уже сегодня (малые ветроэнергетические установки (ВЭУ) мощностью до 1 кВт, малые и микро-гидроэлектростанции (микроГЭС), солнечные коллектора и фотоэлементы, индивидуальные биогазовые установки и др.).

ВИЭ могли бы сделать значительный вклад в обеспечение энергетической безопасности и в улучшение энергоснабжения во многих российских регионах (Камчатка, Чукотка, Приморье, Астраханская обл.) где положение с энергоснабжением является критическим, а также в областях, входящих в проект TACIS и которые испытывают и будут испытывать дефицит энергоснабжения: Астраханская и Нижегородская области, а также Краснодарский край.

1 Асланян Г. С. Возобновляемые источники энергии на мировой сцене / Г. С. Асланян, С. Д. Молодцов // ЭСКО. Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы». — 2003. — № 5. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.esco-ecosys.narod.ru/, свободный.

2 Асланян Г. С. Возобновляемые источники энергии на мировой сцене / Г. С. Асланян, С. Д. Молодцов // ЭСКО. Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы». — 2003. — № 5. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.esco-ecosys.narod.ru/, свободный.

3 Асланян Г. С. Возобновляемые источники энергии на мировой сцене / Г. С. Асланян, С. Д. Молодцов // ЭСКО. Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы». — 2003. — № 5. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.esco-ecosys.narod.ru/, свободный.

4 По данным «GWEC (Global Wind Energy Council) – перспективы мировой ветроэнергетики». Belgium, сентябрь 2006 г.

5 По данным «Национального кадастра ветроэнергетических ресурсов России и методических основ их определения». Москва, 2007 г.

6 По данным «Национального кадастра ветроэнергетических ресурсов России и методических основ их определения». Москва, 2007 г.

7 По данным «Национального кадастра ветроэнергетических ресурсов России и методических основ их определения». Москва, 2007 г.

8 По данным «Национального кадастра ветроэнергетических ресурсов России и методических основ их определения». Москва, 2007 г.

9 По данным «Национального кадастра ветроэнергетических ресурсов России и методических основ их определения». Москва, 2007 г.

10 По данным «Национального кадастра ветроэнергетических ресурсов России и методических основ их определения». Москва, 2007 г.

11 Олег Попель, Ирина Прошкина Солнечная Россия [Журнал] // В МИРЕ НАУКИ . - январь 2005 № 1

12W. Raldow. Reseach in the 6th FP-future calls, Bio-energy enlarged perspectives, Budapest, 16 - 17 October,2003

13 S.C. Bhattacharya. Fuel for thought, Renewable energy world, 2004, v. 7, n. 6.

14 W. Raldow. Reseach in the 6th FP-future calls, Bio-energy enlarged perspectives, Budapest, 16 - 17 October,2003

15 European Commission, 2004, Refined Bio-fuels Pellets and Briquettes (LAMNET).

16 Панцхава Е.С., Пожарное В.А. Перспективы использования биомассы в энергетике России и экспорте топлива

17 Источник: Обзор применяемых в субъектах Российской Федерации возобновляемых источников энергии на сайте http://www.minregion.ru. Режим доступа: http://www.minregion.ru/WorkItems/NewsItem.aspx?NewsID=664

18 Источник: Обзор применяемых в субъектах Российской Федерации возобновляемых источников энергии на сайте http://www.minregion.ru. Режим доступа: http://www.minregion.ru/WorkItems/NewsItem.aspx?NewsID=664

19 Дж. Лунд Использование геотермальной энергии в мире. Геотепловой центр, ОТИ, Оригона, США. 2004.

20 Шпак А.А., Стрепетов В.П., Огородов Н.В. Гидротермальные ресурсы России: проблемы изучения и освоения России. Проблемы геотермальной энер­гии. Т.1 С-Пб.: СПГГИ, 1995.

21 Sugrobov V.M. Utilization of geothermal resources of Kamchatka, prognostic assessment and future development //Proc. WGC. Florence. 1995. Vol. 3.

22 Поваров О. А., Т омаров Т.Е. Развитие геотермальной энергетики в России и за рубежом

23 Калнинь И. М., Савицкий И. К. Тепловые насосы: вчера, сегодня, завтра. // Холодильная техника. 2000, № 10. - с. 2-6

24 Источник: «Экономическое развитие и решение проблемы изменения климата». Кокорин А.О., Гарнак А. Москва, 2008 г.

25 Источник: МЭА, 2004: Возобновляемая энергия в России: от возможности к реальности. Изд. МЭА.