2891

УДК 620.92(075.8) М29

Рецензенты:

канд. техн. наук И.С. Путилов (Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиринг» «ПермьНИПИнефть» в г. Перми); канд. техн. наук И.Н. Пономарева (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Мартюшев, Д.А.

М29 Возобновляемые источники энергии : учеб. пособие / Д.А. Мартюшев, П.Ю. Илюшин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – 136 с.

ISBN 978-5-398-01455-6

В настоящее время возобновляемая энергетика является наиболее быстро развивающимся направлением в энергетике. Рассмотренные в пособии возобновляемые источники энергии и способы их преобразования в другие виды энергии, удобные для потребления, существенно расширят знания студентов в передовых направлениях электроэнергетики.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров «Нефтегазовое дело», профилям «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти», «Сооружение и ремонт объектов систем трубопроводного транспорта» и «Бурение нефтяных и газовых скважин», изучающих дисциплину «Альтернативные источники энергии».

УДК 620.92(075.8)

2

4

ВВЕДЕНИЕ

Постоянный рост населения Земли и научно-технический прогресс привели к тому, что человечеству требуется всё больше

ибольше энергии для удовлетворения своих повседневных нужд. Но с увеличением производства энергии увеличивается и загрязнение окружающей среды. Ведь известно, что большая часть энергии вырабатывается на тепловых электростанциях, сжигающих углеводородное сырье (уголь, мазут, газ) и выбрасывающих в атмосферу миллионы тонн вредных веществ и парниковых газов.

Многие страны уже поняли тупиковый путь использования невозобновляемых источников энергии, таких как нефть, газ и уголь, и в своем стратегическом развитии делают ставку на использование ядерной энергии, а также возобновляемых источников энергии. Помимо этого, в среднесрочной перспективе эти страны проводят целевые программы, направленные на массовое внедрение энергосберегающих технологий.

Невозобновляемые источники энергии – природные запасы веществ и материалов, которые могут бытьиспользованы человеком для производства энергии. Энергия невозобновляемых источников в отличие от возобновляемых находится в природе в связанном состоянии

ивысвобождается врезультате целенаправленныхдействий человека.

Кнетрадиционным и возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) относятся солнце, ветер, биомассы, геотермальные воды и горячие скальные грунты, морские приливы, гидроэнергия и другие виды, не связанные с использованием энергоносителей, имеющихся на земле в ограниченном количестве. Достоинствами ВИЭ являются: повсеместная распространенность, экологичность, возобновляемость, энергосберегаемость, низкие эксплуатационные затраты.

Ксожалению, в нашей стране нет развитой культуры экономии электроэнергии (как, впрочем, и остальных ресурсов – воды и тепла). Это связано с недавней дешевизной этих ресурсов. Однако

ив России постепенно начинают считать деньги и использовать энергосберегающие технологии. Благо, есть где развернуться:

5

ведь только в коммунальном секторе при обогреве домов впустую (на обогрев улицы) тратится до 30 % всей тепловой энергии.

Текущие тенденции показывают, что в течение последних лет можно наблюдать значительный технологический прогресс в области ВИЭ (рис. В.1). На рис. В.2 отражены показатели по вкладу ВИЭ в конечное потребление энергии в странах ЕС (Евросоюз) в 2005 и 2011 гг. Стоимость технологий ВИЭ значительно понижается, многие виды технологий возобновляемой энергетики при определенных условиях достигли или приближаются к экономической жизнеспособности. Кроме того, появляются первые признаки крупномасштабного применения проектов на основе использования энергии ветра и солнца. Некоторые технологии, в частности на основе биомассы, ветра и малых ГЭС (гидроэлектростанции), являются в настоящее время конкурентоспособными и экономически жизнеспособными в сравнении с другими децентрализованными способами энергоснабжения.

Рис. В.1. Темпы использования возобновляемых и невозобновляемых источников энергии

6

Рис. В.2. Достигнутые в 2005 и 2011 гг. показатели по вкладу ВИЭ в конечное потребление энергии в странах ЕС и цели на 2020 г.

Россия является ключевым производителем и экспортером энергии. Несмотря на то что Россия обладает огромными ресурсами ветровой, геотермальной, солнечной энергии, энергии биомассы, гидроэнергетическими ресурсами, в настоящее время возобновляемые источники энергии используются в стране очень мало и существуют значительные трудности на пути к более широкому их применению. Практически во всех регионах России имеется один или два типа возобновляемых источников энергии, коммерческая

7

эксплуатация которых может быть оправданна. Некоторые регионы богаты всеми типами возобновляемых источников. В табл. В.1 представлен потенциал возобновляемых источников энергии на территории Российской Федерации. На рис. В.3 и В.4 показано, какими ресурсами солнечной и ветровой энергии обладает Россия.

Таблица В.1

Потенциал возобновляемых источников энергии в России, млн т у.т.* в год

*т у.т. – тонны условного топлива.

**По приближенной оценке ресурсы геотермальной энергии в верхней толще глубиной до 3 км составляют около 180 млн т у.т. в год, а пригодные для использования – примерно 20 млн т у.т. в год.

***В качестве экономического потенциала взята оценка запасов первоочередного освоения теплоэнергетических вод и парогидротерм с использованием геоциркуляционной технологии.

С точки зрения макроэкономических показателей Россия с избытком обеспечена традиционными энергоресурсами. Анализ энергобаланса показывает, что из всех добываемых в стране энергоресурсов около 2/3 экспортируется за рубеж: 45 % – в натуральном виде, еще около 13 % – в виде энергоемкой продукции низкого передела (металл, удобрения и т.п.), около 60 % приходится на энергию, затрачиваемую на транспорт энергоресурсов и указанной продукции по территории России за рубеж. Утвержденная Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. фактически предусматривает лишь незначительное относительное снижение экспор-

8

та энергоресурсов. Экспортная ориентация во многом обусловлена тем, что нефтегазовый комплекс страны обеспечивает около 17 % российского ВВП и более 40 % доходов консолидированного бюджета. Приведенные данные показывают, что возобновляемые источники энергии для России при макроэкономическом анализе представляются неактуальными.

Рис. В.3. Ресурсы ветровой энергии России

Однако, если посмотреть на карту России (рис. В.5), на которой показано централизованное и автономное энергоснабжение, видно, что 2/3 территории страны с населением около 20 млн человек находятся вне сетей централизованного энергоснабжения. Большая часть регионов страны энергодефицитны, нуждаются в завозе топлива и поставке энергии. Для них столь же актуально решение проблемы региональной энергетической безопасности, как и для стран – импортеров энергоресурсов. В нашей стране, являющейся газовой державой, газифицировано лишь около 50 % городских и около 35 % сельских населенных пунктов. Здесь используется уголь, нефтепродукты, являющиеся источниками локального загрязнения окружающей среды.

9

Рис. В.4. Ресурсы солнечной энергии России

Рис. В.5. Централизованное и автономное энергоснабжение на территории России

В условиях постоянного роста тарифов и цен на энергию и топливо, растущих затрат на подключение к сетям централизованного энергоснабжения автономная энергетика в стране развивается

10