ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФАКУЛЬТЕТ БИЗНЕСА

КАФЕДРА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МЕНЕДЖМЕНТА И ЭКОНОМИКИ ЭНЕРГЕТИКИ

Расчётно-графическая работа по дисциплине

«УПРАВЛЕНИЕ ИННОВАЦИЯМИ»

«ЗЕЛЕНАЯ ЭНЕРГИЯ» – ОДНО ИЗ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ИННОВАЦИЙ В ЭНЕРГЕТИКЕ

Выполнил: Студент: Группа: ________________________ (подпись) «___» марта 2018 г.

Проверил: Преподаватель: Балл: __________, ECTS_____________, Оценка: ___________________________ ___________________________________ (подпись) «___» марта 2018 г.

Новосибирск, 2018 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Успех и динамика развития тех или иных энергетических технологий в значительной степени определяются государственной поддержкой, которая выражается в инструментах, способствующих их продвижению. Однако не стоит забывать о том, что приемлемый уровень поддержки энергетической отрасли может быть обеспечен лишь в случае устойчивого экономического роста.

Существовавшие длительный период времени технологии, в процессе своей эксплуатации показали, они могут давать положительные результаты лишь до определенного момента – своего рода границы, за которой истощение природного капитала начинает оказывать негативное влияние на рост экономики.

После мирового экономического кризиса 2008 г., как развитые, так и многие развивающиеся страны пересмотрели свои планы развития с целью увеличения «зеленого» сегмента энергетики.

Также одной из главных проблем, стоящих на общемировой повестке сегодняшнего дня является обеспечение производства достаточного количества энергии с соблюдением условий минимального загрязнения окружающей среды и бережного использования природных ресурсов, имеющихся у тех или иных государств. Среди альтернативных источников энергии наиболее важную роль будет играть возобновляемая («зеленая») энергетика [5, с. 5].

В связи с вышеуказанными причинами, большинством современных государств на вооружение была принята модель предполагающая собой экономический рост при одновременном обеспечении устойчивости природных активов, которые предоставляют необходимые человеку ресурсы. Согласно этому можно отметить, что внедрение альтернативных энергетических технологий обусловлено решением, как экологических, так и экономических проблем [5, с. 5].

Целью работы является анализ внедрения ВИЭ за рубежом и в Российской Федерации. В рамках поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• рассмотреть сущность и особенности «зеленой» энергетики;

• рассмотреть виды возобновляемых источников энергии;

• оценить инновационную составляющую альтернативной энергетики;

• провести анализ альтернативной энергетики за рубежом;

• оценить сложившуюся ситуацию на рынке «зеленой» энергетики в РФ;

• дать рекомендации по развитию ВИЭ в российском энергобалансе.

Объектом исследования в данной работе будет являтся нетрадиционная и возобновляемая энергетика.

Предметом исследования являются инновационные аспекты внедрения «зеленой» энергетики.

1. «Зеленая» энергетика и ее инновационные аспекты

1.1 Сущность, особенности и виды возобновляемых источников энергии

Возобновляемые источники энергии – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии, которые, по человеческим масштабам, являются неисчерпаемыми [23].

Возобновляемая энергия присутствует в окружающей среде в виде энергии, не являющейся следствием целенаправленной деятельности человека. Данный тип энергии получают из природных ресурсов, пополняющихся естественным путем [16, с. 24].

К возобновляемым энергоресурсам относят следующие виды энергии:

• солнечная;

• энергия приливов и отливов;

• энергия волн;

• кинетическая энергия воздушных масс;

• морских течений;

• вырабатываемая из биомассы;

• энергия геотермальных источников;

• вырабатываемая из твердых бытовых отходов.

Потенциальная потребность в привлечении ВИЭ к мировому энергетическому балансу обусловлена рядом причин, среди которых можно выделить следующие:

1. Истощение мировых запасов ископаемых топливно-энергетических ресурсов, с помощью которых сегодня, главным образом, удовлетворяются мировые потребности в энергии. По разным оценкам, при современном уровне потребления, запасов органического энергетического сырья хватит не более чем на 70-100 лет. Такие тенденции ставят под угрозу дальнейшее стабильное развитие глобальной энергетической системы и акцентируют внимание на необходимости поиска альтернативных технологий энергопроизводства, которые позволят сохранить запасы невозобновляемых энергетических ресурсов для будущих поколений и открыть возможности для увеличения объема их потребления внеэнергетической отраслью.

2. Состояние зависимости от импорта органического топлива в котором находится большое количество стран мира. Импортная зависимость от поставок углеводородов и склонность некоторых государств-экспортеров использовать их в качестве инструмента для достижения экономических и геополитических результатов время от времени провоцируют возникновение энергетических кризисов и военных конфликтов. Избежать их можно только в том случае, если каждое государство будет иметь свободный доступ к необходимой ей количества энергетического сырья. Таким образом, уже сегодня перед правительствами государств возникает объективная необходимость пересмотреть ключевые направления роста энергетической независимости, гарантом которой может стать диверсификация энергоресурсов за счет освоения потенциала ВИЭ [29, с. 35].

3. Антропогенное воздействие на окружающую среду. Глобальное потепление является одной из самых актуальных экологических проблем современности, решение которой требует от мирового сообщества немедленных действий, направленных на сокращение эмиссии парниковых газов с целью снижения антропогенного воздействия на изменение климата. По данным исследований Потсдамского института исследований воздействия климата, прогнозируется повышение глобальной температуры на 4 ° С до конца текущего столетия, если не будут осуществлены серьезные изменения в политике контроля выбросов. Поскольку энергетический сектор является крупнейшим эмитентом парниковых газов, то замена традиционных технологий электростанциями на основе ВИЭ является не только желательным, но и необходимым для обеспечения эффективного перехода к низкоуглеродной экономике и сдерживания процессов глобального потепления, ведь генерация энергии из ВИЭ (за исключением некоторых технологий переработки биомассы) не сопровождается выбросами парниковых газов [2].

4. Снижение риска техногенных катастроф. Последствия крупномасштабных аварий на атомных электростанциях в Чернобыле (СССР, 1986 г.), Фукусима (Япония, 2011 г.), промышленно-экологической катастрофы, связанной с глубоководной добычей нефти в Мексиканском заливе (США, 2010 г.) выходят далеко за национальные границы и приобретают угрозу планетарного масштаба. Их последствия свидетельствуют о ряде опасностей индустриальных технологий ХХ века и подчеркивают необходимость внедрения качественно новых изменений на каждом этапе процесса получения энергии. Стоит отметить, что «зеленые» технологии не гарантируют абсолютную экологическую чистоту, однако при прочих равных условиях их использование минимизирует вероятность возникновения техногенных аварий.

5. Локальная доступность. Одним из преимуществ ВИЭ является возможность их использования в непосредственной близости от конечного потребителя. Данная особенность позволяет повысить надежность энергоснабжения, улучшить показатели качества электрической энергии, снизить расходы, связанные с ее транспортировкой и техническим обслуживанием энергоснабжающих сетей. Особое значение ВИЭ приобретают в части стабильного и бесперебойного обеспечения энергией территорий с низкой плотностью населения, находящихся на больших расстояниях от объектов централизованного энергоснабжения. Кроме того, инсталляция небольших географически распределенных энергетических объектов в таких регионах оказывает положительное влияние на обеспечение занятости и экономическое развитие этих территорий [29, с. 36].

6. Наукоемкость разработок в области технологий возобновляемой энергетики. Высокий уровень реализации технологических нововведений в области «зеленой» индустрии способен изменить существующий замкнутый цикл энергопроизводства, начинающийся с добычи первичных ресурсов и завершающийся выпуском конечного продукта (энергии), и тем самым обеспечить ускоренный переход к новому (шестому) технологическому укладу. Вполне вероятно, что уже к середине текущего века именно степень технологического уклада будет определять конкурентоспособность национальных экономик, их статус на международной арене и уровень развития мирового хозяйства в целом [2].

Стоит отметить, что, кроме упомянутых преимуществ, ВИЭ имеют и существенные недостатки. Это низкая плотность энергетических потоков, прерывистость их наличия (по часам суток, временам года, географическим поясам), высокие начальные капитальные затраты, хотя обычно и компенсируются низкими эксплуатационными, однако оказывают существенное влияние на стоимость генерации «зеленой» энергии, которая сегодня является главным сдерживающим фактором освоения ВИЭ. Как следствие, большинство технологий возобновляемой энергетики находятся на этапе своего становления и требуют значительных расходов на освоение. В то же время существует ряд технологий нетрадиционной энергетики, которые достигли относительной зрелости, что уже сегодня позволяет воспользоваться эффектом масштаба при генерации энергии на их основе [2].

Неиспользование потоков энергии возобновляемых источников приводит к ее безвозвратной потере, что предопределяет несколько иной подход к оценке эффективности устройств, применяющих эти источники, по сравнению с устройствами, работающими на невозобновляемых ресурсах.

Учитывая истощенность энергетических ресурсов и их стоимость, роль использования возобновляемых источников энергии во многих странах с каждым годом возрастает.

Более подробно рассмотрим существующую классификацию источников возобновляемой энергии.

Наибольшее применение в практике государств Европейского Союза, а также США получила переработка биомассы в электроэнергию, тепло и в моторное топливо. Источниками ее получения служат следующие компоненты:

• разлагаемые отходы сельского хозяйства (солома, навоз, трава и др.);

• отходы лесного промысла (опилки, щепки, кора, сучья);

• продовольственные или непродовольственные сельскохозяйственные культуры и продукты их переработки (кукуруза, пшеница, ячмень, крахмал, рапс, животный жир, подсолнечник, вино, сорго и др.);

• некоторые быстрорастущие деревья и кустарники (ива, береза, тополь и др.);

• мусорные фракции, содержащие клетчатку.

К достоинствам биомассы относится широкая доступность, относительно низкая стоимость и множественность путей переработки в конечный энергопродукт (от сжигания до использования анаэробных бактерий).

Биомасса используется в основном в небольших агрегатах по локальному энерго- и теплоснабжению, но главные надежды связываются с ее применением для изготовления моторного топлива - на базе ее переработки производятся биодизель (из растительных или животных жиров), биоэтанол (путем ферментации сельскохозяйственных культур, содержащих сахарозу и крахмал) и биогаз [14].

Вместе с тем, широкое использование биотоплива может привести к уничтожению лесов и кустарников, а также к образованию дефицита по ряду продовольственных продуктов. Следствием этого станет повышение цен на пищевые продукты. Поэтому большее внимание теперь уделяется производству биотоплива «второго поколения» основанного на непищевом сырье.

Вторым по значению и особенно быстроразвивающимся «зеленым» источником энергии является кинетическая энергия ветра, используемая для выработки электричества.

Практически неисчерпаемый потенциал кинетической энергии ветра, а также постоянное повышение технологичности монтажа установок и техобслуживания обуславливают преимущества такого способа выработки энергии.

Однако у использования данного источника имеется существенный недостаток, который связан с ограниченностью местностей, обладающих силой ветра необходимой силы и постоянства. С данным обстоятельством связана неравномерность выработки электроэнергии, предопределяющая собой сложность подключения ветроэлектрических установок к регулярным сетям снабжения, а также необходимость их дополнения накопительными батареями. Также из недостатков использования ВЭУ можно отметить влияние на климат, создание неблагоприятных шумовых эффектов, а также вред, наносимый животным и птицам.

Согласно плану, изложенному в докладе Европейской ассоциации ветроэнергетики «Ветроэнергетика в Европе: сценарии до 2030 г.» установленная мощность ветроэнергетики государств Европейского Союза достигнет 323 ГВт к 2030 г., в том числе 253 ГВт – на суше, и 70 ГВт – ветроэнергетика морского базирования. Таким образом сектор в целом вырастет более чем в два раза по сравнению с показателем 2016 г., а ветроэнергетика морского базирования – в пять раз. Данная мощность будет производить 888 ТВт/ч электроэнергии в год и обеспечивать таким образом около 30% европейского потребления [1].

Не менее перспективной является использование солнечной энергии для производства электроэнергии и тепла. Солнечная энергия уже сейчас становится альтернативой мазуту и газу как источникам низкотемпературного тепла.

Гелиоэнергетика, так же, как и ветроэнергетика совершенно не требует траты средств и ресурсов для обеспечения процесса её добычи, при этом процесс генерации является полностью экологичным и автономным, поскольку сбор солнечного света и выработка электроэнергии проходит с минимальным задействованием человеческих ресурсов.

Однако следует учитывать, что уровень располагаемой солнечной радиации значительно колеблется в зависимости от географического расположения установок, сезона и погоды, а для размещения таких установок необходимы большие площади, причём в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень. Также, несмотря на реализацию идей по поддержанию работы солнечных электростанций в ночное время, никакая технология пока не способна полностью застраховать от погодных изменений. Затянутое облаками небо в течение нескольких дней значительно понижает выработку электричества, а ведь потребителям необходима его бесперебойная подача. Вдобавок к вышеуказанным особенностям стоит отметить, что строительство солнечной электростанции является очень дорогостоящим процессом, следовательно, не все государства готовы выделять средства на постройку менее мощных электростанций, при условии наличия рабочих ТЭС и АЭС.

Что же касается малых объектов гелиоэнергетики, то стоит отметить, что только для получения тепла ее используют ныне миллионы семей в странах ЕС и США. Солнечные панели стали вполне привычной частью зданий и сооружений, что технически позволяет уже сейчас обеспечивать их обитателей на 100% горячей водой и существенными ресурсами для пространственного отопления, а также кондиционирования воздуха. Стоимость комплекта солнечного горячего водоснабжения и отопления составляет в среднем около 2500 евро и его производительности достаточно для обеспечения энергией семьи из 5-6 человек [7].

Также получает свое распространение малая гидроэнергетика, ввиду того, что гидроресурсы для сооружения крупных гидроэлектростанций приближаются к исчерпанию. В некоторых странах вообще невозможно осуществлять сооружение крупных гидроэлектростанций, поскольку поверхность земли на их территории является преимущественно равнинной, а это чревато затоплением больших площадей. Поэтому внимание ныне сосредоточивается на малой гидроэнергетике, работающей от силы течения малых рек, каналов и т.п. Для этого используются плотины с небольшим подпором воды, подводное размещение гидроагрегатов по течению рек или «гирляндные» электростанции в виде лопастей, вращающихся на погруженных тросах.

Малая гидроэнергетика обладает следующими преимуществами:

• доступность локальной речной сети;

• малая стоимость технического обслуживания;

• управляемость объемами получаемой энергии;

• наличие уже разработанных наборов стандартного оборудования;

• отсутствие необходимости сооружения крупных водохранилищ, выводящих из эксплуатации продуктивные земли;

• экологическая нейтральность к миграции рыбы [17].

К недостаткам малой гидроэнергетики в первую очередь относится нестабильность основного ресурса, обусловленная тем, что малая река или канал могут периодически пересыхать или промерзать, тем самым блокируя работу системы. Также стоит отметить, что затраты на сооружение даже малой ГЭС весьма высоки и высокие стартовые вложения могут нивелировать экономическую выгоду от её использования.

Активно используется геотермальная энергия, применяемая в основном для локального отопления и борьбы со наледью на дорогах и взлетно-посадочных полосах. Положительными сторонами такого вида энергии являются:

• постоянство поступления;

• экологическая чистота;

• отлаженность оборудования для улавливания;

• независимость от погоды и климата.

К отрицательным сторонам относят неравномерность поступления тепла и его низкие температуры. Из этих особенностей возникает необходимость дополнения улавливающих установок аккумулирующими устройствами. Поэтому технический прогресс здесь направлен не только на освоение поверхностных выходов горячей воды и пара, но и на бурение специальных скважин к высокотемпературным участкам земной коры с прогонкой по ним воды. Важное значение приобретает также установка тепловых насосов, позволяющих забирать тепло Земли, причем как из воды, так и из почвы.

Также, одним из популярных и развивающихся видов ВИЭ, является энергия морских приливов, а для ее генерации служат приливные электростанции. Как известно, процесс приливов и отливов, связан с движением Луны и Солнца вокруг биосферы планеты Земля, а также от ее движения вокруг своей оси вращения. В зависимости от положения космических тел по отношению к Земле, приливы и отливы могут различаться по своей силе, а поскольку данное явление происходит регулярно, человечество решило, применять его для своего использования.

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). Проектная мощность приливной электростанции зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

Океаны покрывают более 70% поверхности Земли, а их потенциал в энергетике очень велик. Энергия волн океана значительно выше энергии приливов и может быть использована значительно шире, чем приливная. Страны с большой протяжённостью побережья и постоянными сильными ветрами, такие как Великобритания и Ирландия, могут генерировать до 5% требуемой электроэнергии за счёт энергии волн.

Примером использования энергии волн океана может послужить построенная в Шотландии волновая электростанция Oyster, которая является крупнейшей в мире. Волновой электрогенератор установлен на дне моря в районе Оркнейских островов и включён в потребительскую электросеть. Принцип работы электрогенератора состоит в том, что поплавок, закреплённый на дне на мощных рычагах, раскачивается под действием пробегающих над ними волн и приводит в движение двухсторонний поршневой насос, который гонит морскую воду на берег по трубе, где она крутит ротор гидроэлектрогенератора [3].

Достоинства и недостатки приливной и волновой энергетики схожи. К плюсам использования можно отнести:

• возможность выполнения защитных функций, посредством гашения волн вблизи портовых акваторий и прочей береговой линии;

• экологическая безопасность установок;

• низкая себестоимость получаемой электроэнергии;

• продолжительный срок эксплуатации.

К минусам данных типов энергетики относится:

• малая мощность вырабатываемой энергии;

• нестабильный характер работы, вызванный атмосферными явлениями в окружающей среде;

• возможность создания опасной обстановки для судоходства и промышленного лова рыбы;

• высокие затраты на строительство при продолжительном сроке окупаемости проекта.