3579

6. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Повышение энергоэффективности производства – наиболее прямой и зачастую экономичный способ сократить зависимость от нефти и газа, укрепить энергетическую безопасность и уменьшить негативное влияние энергетической системы на здоровье людей и состояние окружающей среды. Сокращая потребность экономики в энергии, повышение энергоэффективности сделает возросшую зависимость от возобновляемых источников энергии более приемлемой. Существенные достижения в области энергоэффективности возможны и в электрическом секторе. Так, нынешний уровень спроса может быть уменьшен вдвое с помощью уже существующих на рынке экономически эффективных технологий.

Более того, сокращение спроса на электричество снизит потребность в строительстве новых крупных электростанций, что даст шанс маломасштабной, децентрализованной возобновляемой энергетике занять более значительное место в обеспечении энергетических нужд.

Уже сегодня доступные технологии могут в течение десяти лет увеличить экономичность электроприборов еще на 30 %, и дальнейшие усовершенствования телевизоров, осветительных приборов и резервных источников электропитания могут помочь сократить ожидаемый рост спроса на энергию к 2030 году более чем вдвое, что позволит значительно снизить экологическую нагрузку.

Решение экологических проблем в энергетике возможно за счет активного использования возобновляемых источников энергии. Остановимся более подробно на каждом из этих источников.

Биотопливо. Жидкое топливо, полученное при переработке сельскохозяйственных культур и отходов, призвано сыграть важную роль в обеспечении энергией транспорта. Кроме того, что процесс сгорания у него более

180

экологически чист, чем у ископаемого топлива, биотопливо является возобновляемым и может производиться на большей части территории России. Биотопливо в большей, чем любой другой возобновляемый источник, степени может снизить зависимость от нефти, основное количество которой используется в транспорте. Кроме того, производство биотоплива создает рабочие места и источник дохода для сельских районов. Одним из широко используемых видов биотоплива являются этанол и биодизель.

Есть положительный мировой опыт использования биотоплива.

Так, например, с 2000 по 2012 год объем производства этанола увеличился в 7 раз, достигнув 110 млрд литров в год. Сейчас большая часть американского этанола производится из кукурузы, наиболее широко распространенной сельскохозяйственной культуры в стране. В качестве сырья могут использоваться также отходы пиво- и сыроварения.

Мировыми центрами производства биотоплива в 2012 году являлись США, Бразилия и Европейский Союз. Это три самых больших рынка в мире, в 2010 году сконцентрировавшие 85 % мирового производства биологического топлива. Самая большая доля приходится на Соединенные Штаты Америки – 48 % биотоплива в мире. Самый распространённый вид биотоплива – биоэтанол, его доля составляет 82 % всего производимого в мире топлива из биологического сырья. Ведущими его производителями являются США и Бразилия. На 2 – м месте находится биодизель. В Европейском Союзе сосредоточено 49 % производства биодизеля.

При этом биотопливо составляет только 2,3 % от общего объёма используемого жидкого (моторного) топлива. Этот показатель выше в Бразилии (20,1 %), Соединенных Штатах (4,4 %) и Европейском Союзе (4,2 %).

В 2012 году инвестиции в научные разработки в сфере биотоплива составили около 1,7 млрд. долл. Из них более 2/3

181

(около 1,1 млрд. долл.) – из государственных бюджетов, в то время как инвестиции из частного сектора составили около 500 млн. долл. При этом, общий объем инвестиций был аналогичен уровню 2011 года, но на $ 600 млн. (44 %) меньше, чем в 2009. Тем не менее, общий объем инвестиций в НИОКР сектора биотоплива в 2012 году достиг уровня, выше среднего за последние девять лет (1,2 млрд долларов США).

Объем производства биотоплива второго поколения продолжает расти, в 2012 году он увеличился на 4,5 млрд. литров, что на 1,3 млрд. литров больше чем в 2011 году, и на 2,9 млрд. литров больше чем в 2010 году.

К 2018 году мировое производство биотоплива второго поколения должно составить 10 млрд литров.

Способствовать росту может внедрение передовых технологий производства, повышение его эффективности, снижение себестоимости, для чего необходимы устойчивые инвестиции.

Мировое производство биотоплива к 2018 году должно увеличиться на 25 %, и составить около 140 млрд. литров.

Производство биодизеля в Соединенных Штатах Америки будет расти. В Европейском союзе основная часть производства биотоплива приходится на биодизель, производимый из семян масличных культур (рапса). По прогнозам, в странах Евросоюза будет расширяться производство биоэтанола из пшеницы и кукурузы, а также сахарной свеклы.

ВБразилии, как ожидается, производство биоэтанола будет продолжать расти ускоренными темпами и достигнет в 2017 году примерно 41 млрд. литров.

Вцелом, производство биоэтанола и биодизеля, согласно прогнозу, к 2017 году будет возрастать быстрыми темпами и составит 125 и 25 млрд. литров соответственно.

Помимо Бразилии, в нескольких развивающихся странах существуют хорошие перспективы для производства биотоплива, это может обеспечить им новые возможности для

182

экспорта в промышленно развитые страны мира. Наибольшим потенциалом для расширения производства биотоплива обладают страны Африки и Южной Америки.

Начался быстрый рост производства биотоплива в Азии. В настоящее время Китай находится на третьем месте по производству биоэтанола, и ожидается, что это производство будет расти в течение следующих десяти лет более чем на 4 % в год. В Индии производство биоэтанола из мелассы, согласно прогнозам, будет увеличиваться более чем на 7 % в год. При этом расширяется производство биодизеля из новых культур, таких, как ятрофа.

Биотопливо способно сократить последствия экологических проблем, связанных с транспортом, но оно может стать причиной других проблем, если к его использованию не отнестись со вниманием. Одной из проблем является баланс полезной энергии: то есть насколько количество содержащейся в биотопливе энергии превышает количество энергии, в том числе от ископаемых источников, необходимой для его производства. К счастью, на сегодняшний день технологии таковы, что баланс оказывается положительным для всех видов биотоплива.

Существуют также опасения, что в зависимости от используемого сырья и способов его выращивания и переработки производство биотоплива может негативно воздействовать на качество почвы и воды, местные экосистемы и даже климат. Например, если для биотоплива используются низкоурожайные культуры, которые выращиваются на вновь освоенных землях и при высоких энергозатратах, то потенциально такое топливо загрязняет атмосферу парниковыми газами так же, как бензин, если не больше. Однако если сырье выбрано более рационально и выращивается должным образом, биотопливные культуры способны удерживать углерод в почве, способствуя ее обогащению и сокращению содержания углекислого газа в атмосфере.

183

Тот же домашний источник энергии, с помощью которого могут двигаться транспортные средства, может обеспечивать теплом и светом предприятия и дома. Биоэнергия получается при использовании органических материалов с полей, лесов и свалок для производства электричества. В США это второй крупнейший возобновляемый источник энергии после гидроэнергетики.

Биоэнергетика имеет гораздо больший потенциал, при этом она способствует сокращению загрязнения окружающей среды и возрождению сельских районов.

Рис. 80. Биогазовый автобус Германия

Источниками биомассы являются отходы сельского, лесного хозяйств и животноводства, а также быстрорастущие культуры, выращиваемые специально для этой цели. Разлагаемый органический мусор является источником метана, который можно улавливать, прежде чем он попал в атмосферу. Можно сжигать биомассу непосредственно для выработки пара, который вращает турбину для производства энергии; ее

184

можно сжигать вместе с ископаемым топливом; ее можно газифицировать для производства пара и электричества или для использования в микротурбинах и топливных элементах.

Метан со свалок, сточные воды, отходы животноводства – все это представляет собой превосходный источник топлива, использование которого сокращает количество отходов, требующих утилизации.

Биоэнергия способна обеспечивать базисную электрическую нагрузку, а вырабатывающие мощности могут размещаться поблизости от точки сбыта, таким образом сокращая затраты на подключение к сети и потери при передаче. Кроме того, биоэнергетика способна предоставить в 20 раз больше рабочих мест, чем, например, газоэнергетика.

Геотермальная энергия. Геотермальные источники обладают огромным потенциалом и способны обеспечивать надежную энергию базисной нагрузки при стабильной стоимости.

Геотермальная энергия образуется в мантии Земли и выходит на поверхность в виде горячих источников, гейзеров и вулканов. Геотермальные системы служат для извлечения подземного тепла и переработки его в полезные формы энергии.

185

Низко- и среднегорячие источники тепла могут найти свое применение непосредственно в отоплении помещений, промышленных процессах. Постоянная температура земли позволяет применять геотермальные тепловые насосы.

Источники более высоких температур могут использоваться для производства энергии. Гидротермальная система, которая передает геотермальную энергию на электростанцию в виде пара, сегодня является основной используемой технологией, но разрабатываются также способы использования горячих скальных пород и магмы.

К концу 20013 года в мире с помощью геотермики вырабатывалось около 59 миллионов кВт/ч электричества в год при общей мощности 9000 мВт в 24 странах мира. США занимают первое место в мире по электро- и тепловым действующим мощностям: более 3000 мВт в четырех штатах

— Калифорнии, Гавайях, Неваде и Юте. Каждый год геотермальная энергия в США заменяет собой эквивалент более 60 миллионов баррелей нефти, предотвращает выброс 22 миллионов тонн углекислого газа и производит электричества на сумму 1,5 млрд долларов – чего достаточно, чтобы обеспечить потребность в электричестве 4 миллионов человек.

Главные препятствия на пути развития геотермики – первоначальная стоимость проектов и риск, связанный с поиском и обнаружением новых источников.

При извлечении геотермальной энергии практически не загрязняется окружающая среда, однако возможны небольшие выбросы сероводорода, углекислого газа и других газов, которые, впрочем, всего лишь пустяк по сравнению с выбросами, производимыми станциями аналогичной мощности, работающими на ископаемом топливе. Кроме того, новые технологии способны существенно сократить эти выбросы, если не ликвидировать совсем. По потреблению земельных и водных ресурсов геотермика имеет один из наиболее низких показателей из всех энергопроизводящих технологий. Городские отопительные системы и

186

геотермальные теплонасосы легко интегрируются в ландшафт с минимальным визуальным воздействием.

Усовершенствованные технологии могут перерабатывать энергию низкотемпературных источников в электричество, что позволит стране использовать свои геотермальные ресурсы более интенсивно.

Энергия ветра. Ветер, представляет собой наиболее изобильный источник энергии. Четвертая часть всей территории России обладает ветровым потенциалом, способным производить электричество по такой же стоимости, как при использовании натурального газа или угля по сегодняшним ценам.

Рис. 83. Ветряная электростан-

Рис. 84. Ветряная

ция. Краснодарский край

электростанция США

Усовершенствования, от более легких и гибких лопастей до сложной компьютеризированной системы контроля, от возможности переключения скорости работы до генераторов прямой передачи, привели к сокращению стоимости до такого уровня, когда удачно расположенный ветропарк способен производить электричество по стоимости 75 – 125 коп кВт/ч. Этот прогресс, при резком росте цен на природный газ,

187

приведет к тому, что ветер станет самым дешевым источником энергии во многих регионах.

В Дании и некоторых районах Испании и Германии за счет энергии ветра покрывается 20 % потребности в электричестве.

Преимущества ветроэнергетики в экологическом, экономическом, социальном аспектах перевешивают затраты. В 2016 году работа ветряков в США предотвратила выброс в атмосферу 5 млн тонн углекислого газа и снизила потребность в природном газе на объем от 4 до 5 %. Согласно некоторым данным, каждые 100 мВт ветровых мощностей создают 200 рабочих мест в строительстве и 2 – 5 постоянных рабочих мест, а также приносят до 1 млн. долларов налогов в местный бюджет.

Солнечная энергия на крыше. Солнечные (или фотоэлектрические) батареи, которые превращают солнечный свет в электроэнергию, представляют собой одну из наиболее революционных технологий, нашедших свое промышленное применение за последние десятилетия. Обычно эти устройства состоят из кристаллических кремниевых микросхем, которые могут применяться где угодно: в карманных электронных приборах и на высокогорных метеостанциях, на крупных солнечных электростанциях в пустынях и на крышах обычных домов. Солнечные батареи могут вырабатывать электричество повсюду.

С 2000 года производство солнечных батарей в мире выросло в 10 раз, в 2016-м превысив 179 ГВт, и продолжает расти. Это позволило солнечной энергетике стать наиболее быстро развивающимся сектором энергетики.

Первоначально солнечные батареи предназначались для использования в орбитальных спутниках, и до недавнего времени считалось экономически неоправданным использовать их для выработки энергии на земле. Однако в результате совершенствования технологии производства, повышения коэффициента полезного действия, а также

188

эффекта масштабов производства и установки затраты заметно сократились.

По данным Международного энергетического агентства (IEA), солнечные панели, установленные на подходящих крышах и фасадах, могут обеспечить около 55 % общей потребности США в электричестве. Ассоциация солнечной энергетической промышленности намерена к 2025 году обеспечивать половину всего объема вырабатываемого в США электричества, а к 2020 году обеспечить 130 тысяч новых рабочих мест.

Малая гидроэнергетика. Гидроэнергетика использует природную энергию падающей и текущей воды для производства электричества или механической энергии.

Не требуя огромных дамб и водохранилищ, малые ГЭС работают в естественном режиме реки и состоят из малых турбин, которые приводятся в действие давлением или движением воды. Малые ГЭС почти не влияют на русло и течение водного потока, а потому оказывают минимальное воздействие на качество воды, миграционные пути и среду обитания рыбы.

189