Обзор альтернативной энергетики в России: тенденции и перспективы

Совокупные ресурсы возобновляемых источников энергии более чем в 5 тысяч раз превышают современный уровень потребления энергии в мире составляющий 13 ТВт. Существенно, что эти ресурсы значительно доступнее и равномернее распределены по поверхности Земли, в том числе и на территории России, чем месторождения угля, нефти, газа или урана.

На фоне того как большинство стран мира обратило свое внимание на развитие альтернативной энергетики, Россия, напротив, продолжила наращивать добычу нефти и вышла по этому показателю на первой место (9,5 млн. баррелей в сутки).

Сложившаяся структура энергобаланса России является нерациональной. Из 1 тера-ватта производимой энергии более 65 % вырабатывают тепловые электростанции, примерно 18 % гидроэлектростанции, около 16 % атомные станции и только около 1-го % все объекты альтернативной энергетики.

Между тем, Россия имеет колоссальный потенциал использования возобновляемых источников энергии:

Однако, имеющиеся возможности использования – в диапазоне 5–10%.

Все исходные данные для решения аналогичных задач по наращиванию мощностей альтернативной энергетики в России имеются: в большинстве субъектов имеются два и более вида возобновляемых источников. Так, уникальными ресурсами ВИЭ обладает Краснодарский край, в котором имеется экономический потенциал по всем видам ВИЭ: геотермальная и солнечная энергия, ветровая энергия, гидроэнергия малых рек и водотоков, низкопотенциальная энергия моря, окружающего воздуха, стоков технического водоснабжения потребителей. Технический потенциал ВИЭ в крае на два порядка превышает современное потребление энергии краем.

В России имеются обширные районы, где по экономическим, экологическим и социальным условиям целесообразно приоритетное развитие возобновляемой энергетики, в том числе нетрадиционной и малой. К ним относятся:

• зоны децентрализованного энергоснабжения с низкой плотностью населения, в первую очередь, районы Крайнего Севера и приравненные к ним территории;
• зоны централизованного энергоснабжения с большим дефицитом мощности и значительными материальными потерями из-за частых отключений потребителей энергии;
• города и места массового отдыха и лечения населения со сложной экологической обстановкой, что обусловлено вредными выбросами в атмосферу от промышленных и городских котельных, работающих на ископаемом топливе;

• зоны с проблемами обеспечения энергией индивидуального жилья, фермерских хозяйств, мест сезонной работы, садово-огородных участков.

По сути, широкое использование возобновляемых источников энергии соответствует высшим приоритетам и задачам энергетической стратегии России.

Институт энергетической стратегии в 2000г. опубликовал достаточно пессимистичный прогноз, который касается развития альтернативной энергетики в России:

Пока что, к счастью, прогноз не оправдывается. Предполагалось, что к 2010 году доля ВИЭ в производстве электроэнергии, включая малые ГЭС, составит 1,0%. Этот показатель достигнут в 2005 году. С опережением прогнозов растет производство тепловой энергии на базе ВИЭ, которое составило в 2005 году 95 млн. Гкал при прогнозируемых на 2010 год 70 млн. Гкал.

 Тем не менее следует иметь в виду, что указанный рост произошел в основном за счет увеличения прямого использования древесины и древесных отходов, а также увеличения производства электроэнергии за счет более полного использования малых тепловых станций, работающих на отходах целлюлозно-бумажных и деревообрабатывающих производств. Подвижки же в использовании новых возобновляемых технологий крайне малы. Так что проблемы стимулирования использования ВИЭ остаются и требуют незамедлительного решения.

До недавнего времени в России не было даже правовых норм, закрепляющих использование возобновляемых источников энергии. Только в ноябре 2007 года ГД приняла поправки в Закон РФ "Об электроэнергетике".

Компанией «ГидроОГК», разработан план использования возобновляемых источников энергии. Согласно ему, предполагается, что около 34 млрд. КВт/ч будут составлять электростанции, работающие на биомассе, 17,5 млрд. КВт/ч даст ветроэнергетика, 20 млрд. КВт/ч – малые ГЭС, 5 млрд. КВт/ч – геотермальные источники, 1,7 млрд. КВТ/ч – энергия приливов.

Теперь необходимо утвердить правила квалификации генерирующих объектов, порядок предоставления субсидий из федерального бюджета, меры экономического стимулирования и определить ценовую политику.

Водородная энергетика

Ученые считают, что открытие дешевого и эффективного способа электролиза воды могло бы превратить водород в господствующий энергоноситель в недалеком будущем. Так, большие перспективы открываются у топливных элементов. Топливные элементы сегодня применяются в легковых автомобилях, автобусах, больницах, на военных базах, предприятиях по переработке промышленных стоков, разрабатываются они и для сотовых телефонов, ноутбуков. Использование малогабаритных топливных элементов и других альтернативных возобновляемых автономных источников энергии позволит децентрализировать энергосистему, сократить расстояние между источником энергии и ее потребителем.

В 2003г. компания "Норильский никель" и РАН подписали соглашение о ведении научно-исследовательских работ в сфере водородной энергетики. Компания вложила в исследования 40 млн долларов. В 2005г. "Норильский никель" основал инновационную компанию "Новые энергетические проекты", задачей которой является разработка и внедрение топливных элементов.

В 2006г. "Норильский никель" приобрел контрольный пакет американской инновационной компании Plug Power, являющейся одним из лидеров в сфере разработок, связанных с водородной энергетикой.

Предполагается, что на основе российских и американских разработок с 2008 начнётся производство водородных энергетических установок в России. "Норильский никель" и компания "Интеррос" планировали начать строительство соответствующего завода в 2007г.

Глава «Норильского никеля» М.Прохоров заявил в феврале 2007 года, что компания вложила в разработку водородных установок 70 млн.долл и уже есть «не просто лабораторные, а действующие образцы», на внедрение которых уйдёт несколько лет.

Солнечная энергетика

Энергия Солнца может преобразовываться в электроэнергию и в тепло для эффективного обогрева помещений. Сегодня энергия солнца используется в основном в системах солнечного теплоснабжения, которые представляют из себя коллекторы в виде застекленного сверху и теплоизолированного снизу плоского ящика с металлической зачерненной панелью и каналами для теплоносителя, позволяющими нагревать воду до 50–70 градусов.

Бытует мнение, что в России солнечного излучения недостаточно и использовать его нецелесообразно. Однако детальные исследования специалистов Института высоких температур Российской академии наук (в том числе с использованием спутниковых данных NASA) показали что более 60% территории России, включая многие северные районы, характеризуются существенными среднегодовым поступлением солнечной энергии 3,5 - 4,5 кВт ч/м2 день.

Наиболее "солнечными" являются регионы Дальнего Востока и юга Сибири (от 4,5 до 5,0 кВт ч/м2 день). А большая часть Сибири, включая Якутию, по среднегодовому поступлению солнечной радиации относятся к той же зоне, что и районы Северного Кавказа и Сочи, (4,0-4,5 кВт ч/м2 день).

В целом технический потенциал солнечной энергии в России составляет не менее 2 ТВт и примерно в два раза превышает сегодняшнее суммарное энергопотребление по стране.

До последнего времени развитию солнечной энергетики в России не уделялось должного внимания. Однако уже в 2008-2009 гг. российская фирма «Солнечная энергетика» приступит к выпуску основных элементов для производства солнечных батарей мощностью до 30-40 МВт в год. Инвестиции в данный проект до 2009 г составят $114 млн.  

В России планируют создать 7 новых заводов по его производству. Самый большой завод, Nitol Solar, вблизи Иркутска, уже приступил к производству с января. К 2009 г. производительность Nitol должна достичь 3700 тонн поликремния в год.

Другие российские компании, планирующие основать заводы поликремния — Russian Silicon, Renova Orgsyntes, Poldosky, Baltic Silicon Valley и Synthetic Technologies. В планы включено производство поликремния, исходного сырья, солнечных ячеек, модулей и преобразователей для национального и мирового рынков.

В то же время эти компании ориентированы на современном этапе на европейский рынок.

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.

Опыт работы солнечных электростанций показал, что в условиях длительного полярного дня большую пользу приносит не только пассивное использование солнечной энергии (зеркальные веранды, усиленная теплоизоляция), но и пассивные системы теплоснабжения (солнечные коллекторы с водой или с другим аккумулятором тепла). Не потеряли своего значения и активные системы фотоэлементов, функционирующих также и при облачной погоде.

Ветроэнергетика
Технически достижимые ресурсы ветровой энергии в России оцениваются в 16 млрд. МВт-ч. Россия – одна из самых богатых в этом отношении стран. Самая длинная на Земле береговая линия, обилие ровных безлесных пространств, большие акватории внутренних озер и морей - всё это наиболее благоприятные места для размещения ветропарков. К сожалению, большая часть побережий малолюдны, лишены крупных промышленных потребителей и развитых высоковольтных сетей. В результате суммарная мощность всех ВЭУ России составляет только 16,5 МВт.
Целесообразно развитие ветроэнергетики, прежде всего, в регионах Крайнего Севера, побережьях и островах северных и восточных морей от Мурманска до Находки, Балтийского, Черного, Азовского и Каспийского морей и ряде других мест. При среднегодовой скорости ветра превышающей, как правило, 5 м/с, применение современных ВЭУ уже оправдано, а во многих местах она составляет 6 м/с и более, что соответствует примерно 3–5 тыс. часов использования установленной мощности ВЭУ в год.

Одна из самых больших ветроэлектростанций России (5,1 МВт) расположена в районе п.Куликово (Калининградская область). Её среднегодовая выработка составляет около 6 млн кВт·ч.

На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт) среднегодовой выработкой более 3 млн кВт·ч, параллельно станции установлен ДВС, вырабатывающий 30 % энергии установки. На о.Беринга действует ВЭС мощностью 1,2 МВт.

Также крупные ветроэлектростанции расположены у д.Тюпкильды (респ.Башкортостан - 2,2 Мвт).В Калмыкии размещена площадка Калмыцкой ВЭС планировавшейся мощностью в 22 МВт и годовой выработкой 53 млн кВт·ч, на 2006 на площадке установлена одна установка «Радуга» мощностью 1 МВт и выработкой от 3 до 5 млн кВт·ч.

В 1996 году в Ростовской области установлена Маркинская ВЭС мощностью 0,3 МВт. В Мурманске действует установка мощностью 0,2 МВт.

В республике Коми строится Заполярная ВДЭС мощностью 3 МВт

Существуют проекты на разных стадиях проработки Ленинградской ВЭС (75 МВт), Морской ВЭС (30 МВт), Приморской ВЭС (30 МВт), Магаданской ВЭС (30 МВт), Чуйской ВЭС (24 МВт), Усть-Камчатской ВДЭС (16 МВт), Новиковской ВДЭС (10 МВт), Дагестанской ВЭС (6 МВт), Анапской ВЭС (5 МВт), Новороссийской ВЭС (5 МВт) и Валаамской ВЭС (4 МВт).

Планируется, что ветропарк мощностью не менее 200 мегаватт создадут в районе поселка Териберка,. месторождения. Стоимость проекта оценивается до 58 миллиардов рублей.

Началось строительство «Морского ветропарка» в Калининградской области мощностью 50 МВт. В 2007 году этот проект был заморожен.

В России исполняется "Программа развития ветроэнергетики РАО "ЕЭС России“. В рамках этой программы планируется создать специальную проектную компанию, которая будет заниматься развитием ветроэнергетики: разработкой технологий, поиском подходящих площадок, инвесторов. Согласно планам компании к 2015г. запустят ветростанций мощностью порядка 300 МВт.

С внесением поправок в федеральный закон "Об электроэнергетике", касающихся поддержки развития возобновляемой энергетики, созданы стимулы для строительства электростанций на базе возобновляемых источников энергии.

В России существуют и региональные программы развития ветряной энергетики. Например, правительство Мурманской области считает ветроэнергетику перспективным направлением и готовит инвестиционную программу развития нетрадиционной и возобновляемой энергетики. Программа будет включать в себя перечень четко проработанных проектов по использованию возобновляемых источников энергии.

В целом, можно говорить, что строительство ветряных электростанций экономически целесообразно только в отдаленных районах. Во многих из них электричество вырабатывают дизельные генераторы, на ремонт которых каждый месяц тратится 200-300 тыс.руб. С помощью "ветряков" можно будет сэкономить деньги на покупку топлива для них, а также на ремонт двигателей.

Ветроэнергоустановки, работая вместе с традиционными источниками энергии, способны вытеснить до 30-50 процентов, а в наиболее ветреных районах - до 70 процентов дефицитного органического топлива.

Если учесть затраты на строительство и эксплуатацию энергоустановки, то ветровая электроэнергия обойдется дороже, чем, например, полученная на атомной электростанции. Выгоду от использования ветряков можно будет получить лишь через несколько лет.

Биотопливо

Биомасса может использоваться для различных целей - от обогрева жилищ до производства электроэнергии и  моторного топлива. Современная биоэнергетика основана на  высокоэффективных технологиях  преобразования биомассы в удобные для использования виды энергии (электроэнергию, жидкие и газообразные топлива и подготовленное твердое топливо). Россия обладает существенными запасами биомассы древесины, отходов животноводства и растениеводства, отходов пищевой промышленности, органической части муниципальных отходов.  

Общие доступные запасы биомассы в России эквивалентны  300 млрд. кВт-ч. Только переработка отходов животноводства  и растениеводства способны не менее чем на четверть увеличить суммарное производство энергии в России.

Российское правительство планирует принять программу по развитию производства биотоплива и увеличению его до уровня 2 млн т в год. В России в 2008г. будут построены 30 новых заводов по производству биотоплива для автотранспорта - этанола.

Также в настоящее время в России крупные производители продовольствия приступили к организации вертикально-интегрированных компаний, которые в едином комплексе объединяют производство растительного сырья, животноводческие фермы, перерабатывающие предприятия и установки по переработке биоотходов в  электроэнергию, тепло и органические удобрения. Дополнительно такие компании могут создавать энергетические плантации и установки для производства моторных топлив: биодизеля и метанола.

Так, холдинг «Юг Руси» объявляет о запуске производства биодизеля, Волгоградская ассоциация промышленных предприятий «АсАгро» намерена построить завод по переработке рапса на масло и биодизель. Аналогичные намерения высказывает и ассоциация производителей рапсового масла, созданная агрохолдингами Липецкой области.

Проблема в том, что большинство этих проектов ориентировано не на отечественный рынок, а на экспорт биотоплива в страны, делающие ставку на альтернативную энергетику. Причины, названные самими инвесторами, – отсутствие в России рынка биотоплива и госпрограммы, поощряющей создание работающего на биодизеле транспорта. Нет в нашей стране и законов, определяющих обязательную долю биотоплива в общем балансе дизельного топлива, в то время как в Европе эта величина равна 2,75%, а в будущем должна вырасти до 5,75%. Более того, действующее налоговое законодательство препятствует использованию этанола в качестве альтернативного топлива или хотя бы присадки к бензину, позволяющей уменьшить потребление горючего и снизить вредные выбросы. Любой раствор, содержащий от 5% этанола, считается спиртовым и облагается акцизом в размере 159 рублей с литра этанола.

С одной стороны, создание подобных энергонезависимых компаний может  принести существенную социальную, экономическую и экологическую  пользу как сельскому, так и городскому населению. Увеличение доходов фермеров и диверсификация рынка, увеличение конкурентоспособности на международном рынке, общее оживление экономики в сельских районах, уменьшение негативного воздействия на окружающую среду - все это является важными факторами использования биомассы в качестве источника энергии.

Но у производства биотоплива в России есть другая сторона медали: выпускать его планируется в основном из пшеничных зерен. Рапс, используемый для этого во всем мире, у нас в стране выращивается лишь на отдельных небольших пашнях.

Выход этанола из 1 тонны зерна составляет 470 литров,. Для производства 2 млн. литров биотоплива потребуется, таким образом, более 4,25 млн. тонн зерна. А это около 5% всего урожая пшеницы в России в 2007 году. Специалисты Института проблем глобализации отмечают, что в России и так ощущается нехватка зерна. Производство биотоплива может также способствовать увеличению цен на хлеб.

Поэтому целесообразным является производство в России биотоплива второго поколения. Например, из отходов деревообработки.

Геотермальная энергетика

Большими геотермальными ресурсами обладают Камчатка, Чукотка, Курилы, Приморский край, Западная Сибирь, Северный Кавказ, Краснодарский и Ставропольский края, Калининградская область.

Высокопотенциальное термальное тепло (пароводная смесь свыше 100 градусов по Цельсию) позволяет производить электроэнергию напрямую.

В настоящее время на Камчатке действуют 3 геотермальных электростанции: Паужетская ГеоЭС, Верхне-Мутновская ГеоЭС и Мутновская ГеоЭС. Суммарная мощность этих геотермальных электростанций составляет более 70 МВт. Это позволяет на 25% обеспечить потребности региона в электроэнергии и ослабить зависимость от поставок дорогостоящего привозного мазута.

В Сахалинской области на о. Кунашир введены первый агрегат мощностью 1,8 МВт Менделеевской ГеоТЭС и геотермальная тепловая станция ГТС-700 мощностью 17 Гкал/ч.

Большая часть низкопотенциальной геотермальной энергии применяется в виде тепла в жилищно-коммунальном и сельском хозяйствах. Так, на Кавказе общая площадь обогреваемых геотермальными водами теплиц составляет свыше 70 га. В Москве построен и успешно эксплуатируется экспериментальный многоэтажный дом, в котором горячая вода для бытовых нужд нагревается за счет низкопотенциального тепла Земли.

К малой гидроэнергетике относят бесплотинные ГЭС, мощность которых не превышает 30 МВт.

Примеры малых ГЭС в России: Республика Тыва – МГЭС установленной мощностью – 168 кВт. Республика Алтай – МГЭС мощностью – 400 кВт, Камчатская область - ГЭС-1 мощностью 1,7 МВт на реке Быстрая, каскад Толмачевских ГЭС.

Гидроэнергетика

Интерес к технологии преобразования энергии приливов в электрическую впервые появился в середине прошлого века. Сразу в нескольких странах началось строительство опытных приливных электростанций.

40 лет назад в губе Кислой Баренцева моря в Кольской энергосистеме была введена в эксплуатацию пионерная в России приливная электростанция – экспериментальная Кислогубская ПЭС. Здание Кислогубской ПЭС сооружено наплавным способом, что позволило на треть сократить ее стоимость.

В 2006 году в соответствии с Инвестиционной программой ОАО РАО "ЕЭС России" по заказу ОАО "ГидроОГК" на ФГУП "ПО "Севмаш" в г.Северодвинске был изготовлен экспериментальный металлический наплавной энергоблок Малой Мезенской ПЭС с ортогональным гидроагрегатом с диаметром рабочего колеса 5 метров и установленной мощностью 1500 кВт. После вывода модуль-блока со стапеля завода он был отбуксирован по морю и установлен в проектное положение в створе Кислогубской ПЭС. В настоящее время на энергоблоке ведутся работы по программе комплексных натурных испытаний ортогональных гидроагрегатов и вспомогательного оборудования. Полученные результаты испытаний будут использованы при промышленном изготовлении гидроагрегатов приливных электростанций.

Впоследствии технологии и конструкции, отработанные на Кислогубской ПЭС, будут применены при создании перспективных приливных электростанций, таких как Мезенская ПЭС проектной мощностью 4000 МВт и Тугурской ПЭС проектной мощностью 3580 МВт.

Вводы первых агрегатов данных ПЭС включены в Генеральную схему размещения объектов электроэнергетики на период до 2020 года.

Инвестиционной программой ОАО "ГидроОГК" на 2007-2010 годы предусмотрено финансирование проектно-изыскательских работ по приливным электростанциям в объеме 16,5 млрд. рублей.

Широкое использование энергии морских приливов сможет обеспечить до 15 % всего современного мирового потребления электроэнергии.

В целом необходимо признать актуальность развития возобновляемых источников в России. Без этого нельзя удовлетворительно решить энергоснабжение районов, не связанных сетями общего пользования, повысить до цивилизованного уровня надёжность и качество электроснабжения регионов, дефицитных по электрической энергии и органическим ресурсам, улучшить экологическую обстановку по стране, обеспечить аварийное энергоснабжение специальных объектов, а также объектов сферы образования, культуры, услуг.