Экологическое воздействие. Использование альтернативное энергетическому.

Интенсивность загрязнения окружающей среды во многом зависит от свойств топливных газпродуктов. Все газопродукты взрыво- или огнеопасны, а их пары и вещества сгорания ядовиты. Пары поражают органы дыхания, нервную систему, жидкости пищеварительного тракта и кожи. Если недостаточно герметично закрыта горловина емкостей и газообразное топливо попадает в атмосферу, то загазованность окружающего воздуха достигнет в многократно значения, чем падение 1 капли дизельного топлива в секунду, т.е. в сутки 4,3 кГ.

Топливный газ просачиваются через различные трещины, поры, неплотности приемораздаточной аппаратуры, резервуаров, распределительных средств, трубопроводов и пр. Чем выше температура воздуха, меньше выше взрывоопасность газа, тем больше потери и больше загрязнение почвы, воды и воздуха. Сильное загрязнение окружающей среды при переливе нефтепродуктов в процессе заполнения трубопроводов емкостей. Потери газа при перевозке в авто- и железнодорожных цистернах часто происходят из-за просачивания через краны, отверстия в стенках емкостей, при плохих прокладках.

Газы, растворяясь в водоемах, губят все живое, что там находится. Достаточно нескольких граммов газопродукта на 1 м³ воды, чтобы ее сделать непригодной для обеспечения не только бытовых, но даже для производственных нужд.

Охрана окружающей среды в нашей стране – государственная задача, записанная в Конституции РБ. Охрана и правильное использование природных ресурсов, контроль за состоянием воздушной и водной среды, правильное использование и охрана земель, почвы, рек других водоемов, леса, животного и растительного мира – всенародное дело, необходимое как для настоящего, так и для будущих поколений. К ним относятся предельно допустимые концентрации (ПДК):

- максимальная концентрация вредного вещества в воздухе населенных пунктов, не вызывающих рефлекторных реакций в организме человека;

- среднесуточная концентрация, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного воздействия в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания;

- концентрация воздуха рабочей зоны, не вызывающая у работников в продолжении 8-ми часов рабочего дня при ежедневной работе за весь ее период заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемых как непосредственно в период работы, так и в отдаленные сроки.

При значительном превышении указанных концентраций возможны хронические и острые отравления. Хронические отравления начинаются с неприятных ощущений: слабость, головная боль, расстройство нервов, воспаление слизистых оболочек, головокружение, тошнота и пр. Если не изменить обстановку, пренебречь охраной труда и личной безопасностью, то действие отрицательных факторов будет возрастать. Многие токсичные соединения накапливаются в крови, в результате чего возникают серьезные трудноизлечимые заболевания.

Мероприятия по охране окружающей среды:

- создание приводных механизмов и других установок с улучшенными малотоксичными и принципиально новыми силовыми механизмами;

- изыскание видов топлива заменяющих существующие газовые, которые позволят снизить токсичность и улучшат экономичность;

- разработка и внедрение нормативно-технической документации (ГОСТ, ОСТ, ТУ и пр.), которая устанавливает нормы выбросов в окружающую среду вредных веществ;

- освоение серийного производства аппаратуры, позволяющей контролировать токсичность и дымность продуктов сгорания, а также средств снижения токсичности существующих приводов;

- улучшение условий эксплуатации сельскохозяйственной техники (использование высококачественных нефтепродуктов, автоматических и механизированных средств приема и отпуска топлива и смазочных материалов, своевременное и полное техническое обслуживание.

4. Характеристика и запасы нефти и газа в Республике Беларусь.

Республика Беларусь относится к категории стран, которые не обладают значительными собственными топливно-энергетическими ресурсами, собственные ресурсы ископаемых энергоносителей составляют не более 15% от потребности. Доля природного газа в общем балансе ТЭР Беларуси превышает уровень 76%, а в белорусской энергосистеме – 93%. Республика Беларусь импортирует от 20 до 30% потребляемой электроэнергии. В случае ограничения поставок ТЭР Республика Беларусь может потерпеть ущерб в виде недопроизводства ВНП в размере около 410 долларов США на одну тонну условного топлива. А это во много раз превышает стоимость недопоставленных энергоносителей.

Обеспеченность республики собственными энергоресурсами для производства энергии (мазут, попутный газ, торф, древесное топливо, гидроэнергия и прочие) в 2003 году составила 16,7 процента от общего потребления, что соответствует 4,2 млн. ТУТ.

Нефть и попутный газ

Разведанные месторождения нефти на территории Беларуси сосредоточены в нефтегазоносной области – Припятской впадине, площадь которой около 30 тыс. кв. км. Начальные извлекаемые ресурсы нефти были оценены в 355,56 млн. тонн.
В промышленные категории переведено 46 процентов указанных ресурсов. С 1965 года по 2002 были открыты 185 месторождений с залежами нефти, 64 из которых имеют суммарные запасы 168 млн. т. Соответственно неразведанные ресурсы нефти оцениваются на уровне 187,56 млн. тонн.

С начала разработки добыто 109,784 млн. тонн нефти и 11,3 млрд. м³ попутного газа, остаточные запасы нефти промышленных категорий составляют 58 млн. тонн, попутного газа – 3,43 млрд. м³.

Основная часть нефти (96 %) добывается (в последнее время более 1,8 млн. тонн/год) из активных остаточных запасов, которые составляют 26 млн. тонн (41 %). Обеспеченность активными запасами составляет 15 лет, а вместе с трудноизвлекаемыми (низкопроницаемые коллекторы, обводненность более 80 процентов и высокая вязкость) – 31 год.

За 2003 год добыча нефти составила 1820 тыс. тонн. Ожидается, что уровень её ежегодной добычи к 2012 году снизится на 320 тыс. тонн, или 11,3 %, и составит 1500 тыс. тонн.

Извлекаемые объемы попутного газа сократятся с 254 млн. м³ в 2003 году до 208 млн. м³ в 2012 [4].

Исходя из анализа динамики нефтедобычи, как в мировой практике, так и в республике после достигнутого максимального уровня добычи нефти отмечается резкий спад ее добычи. Это происходит из-за того, что основные наиболее крупные месторождения нефти, обеспечившие достигнутые уровни добычи, постепенно истощались, а запасы по вновь открываемым небольшим залежам не восполняли объемы извлекаемой нефти. Кроме того, спад усугубляется ростом доли в общем объеме добычи трудноизвлекаемой нефти, добыча которой из недр требует применения новых дорогостоящих технологий. При этом значительно снижается экономическая эффективность ее добычи.

В Республике Беларусь перспективными в нефтегазоносном отношении кроме Припятского прогиба являются Оршанская и Подлясско-Брестская впадины. Однако промышленная нефтеносность установлена только в Припятском прогибе. Перспективы Оршанской и Подлясско-Брестской впадин весьма проблематичны и однозначно пока не определены.

Поэтому стратегия дальнейшего развития нефтедобывающей промышленности республики основывается на современных знаниях геологического строения Беларуси, опыте поисков, разведки и разработки месторождений нефти и рассчитывается исходя из ресурсной базы только Припятского прогиба. Так как в прогибе крупные месторождения нефти уже открыты и эксплуатируются, а объективные предпосылки увеличения добычи в настоящее время отсутствуют, то в основу расчета прогнозных показателей добычи положен принцип максимально возможного замедления темпов падения уровня добычи нефти и его стабилизации.

5. Бурые угли Республики Беларусь, их характеристики.

Геотермальные ресурсы. В республике обнаружены две территории в Гомельской и Брестской областях с запасами геотермальных вод плотностью более 2 т у.т./м2 и температурой 50 °С на глубине 1,4-1,8 км и 90-100 °С на глубине 3,8-4,4 км. Однако высокая минерализация, низкая производительность имеющихся скважин, их малое количество и в целом слабая изученность ситуации не позволяют рассчитывать на освоение этого вида возобновляемой энергии на ближайшее время.

Бурые угли. По состоянию на 1 января 2003 года в неогеновых отложениях известно 3 месторож­дения бурых углей: Житковичское, Бриневское и Тонежское с общими запасами 150 млн. т.. Разведаны детально и подготовле­ны для промышленного освоения Северная и Найдинская залежи углей Житковичского месторождения.

Разработка угольных месторождений возможна открытым способом.

Горючие сланцы. Прогнозные запасы горючих сланцев (Любанское и Туровскоеместорождения) оцениваются в 11 млрд. т, промышленные в 3 млрд. т. Наиболее изученным является Туровское месторождение, в пределах которого предварительно разведано первое шахтное поле с запасами 600 млн. т. Теплота сгорания - 1000-1510 ккал/кг, зольность - 75 %, выход смол - 6-9,2 %, содержание серы - 2,6 %.

По качественным показателям белорусские горючие сланцы не являются эффективным топливом из-за их высокой зольности и низкой теплоты сгорания. Они непригодны для прямого сжигания, а требуют предварительной термической переработки с выходом жидкого и газообразного топлива. Кроме того, следует отметить, что получаемая после термической переработки черная зола непригодна для дальнейшего использования в сельском хозяйстве и строительстве, а из-за неполного извлечения органической массы в золе прослеживается содержание канцерогенных веществ.

Биотоплива. Из сельскохозяйственного сырья и древесины можно получать биоэтанол, биодизель и биогаз. Из 1 т сухой целлюлозы (отходы сельского хозяйства и деревообработки) можно получать до 320 кг этанола, из него - примерно 150 кг бензина.

О перспективности биоэтанолакак альтернативного топлива свидетельствуют данные доклада, подготовленного советом по охране природных ресурсов США, где говорится, что до 2050 года целлюлозный этанол заменит более половины нефти, используемой сегодня автотранспортом.

С учетом сложившейся структуры посевных площадей рапса возможно получать в республике до 600 тыс. т его маслосемян (в 2005 году получено около 150 тыс. т). На основании этого в перспективе можно использовать до 250 тыс. т растительного масла на технические цели и производить из него биодизельное топливо.

В заключении следует отметить, что для окончательного ответа на вопрос о целесообразности использования ВИЭ в конкретном территориальном регионе необходимо выполнить комплекс серьезных научных исследований, разработать методы анализа потенциала и оценки эффективности использования возобновляемых источников энергии.

6. Экологическое воздействие сжигания угля на окружающую среду.

ТЭС мощностью 1000 МВт, рабо­тающая на привозном угле среднего качества, требует ежедневного подвоза 15 тыс. т угля, в результате в отва­лы пойдет 3 тыс. т золы и шлака, а в атмосферу будет выброшено 500 т отработавших газов и золы. Выбросы ТЭС не­прерывно поражают большую территорию. Сернистый ангидрид (SO₂), основной компонент выбросов, взаимодей­ствуя с атмосферной влагой, образует серную кислоту (H₂SO₄), которая с осадками будет постепенно отравлять моря, леса и водоемы. Значительное количество земель займут выработки угольных карьеров, золоотвалы, дороги для транспортировки угля и отходов; 2/3 теплоты, выде­ленной при сжигании угля, будет выброшено в атмосферу и водоем с охлаждающей водой, что создает тепловое заг­рязнение.

В результате тепловых выбросов температура воздуха в крупных городах летом в среднем на 0,5-1,5°С, зимой на 2-3°С выше, чем за их пределами. Температура воды в местах выпуска ее из охладительных систем электро­станций на 8-10°С выше, чем в естественных водоемах, поэтому в водоемах-охладителях большая продолжитель­ность вегетационного периода, увеличивается испарение воды, нарушаются водный, газовый, солевой режимы, су­щественно изменяются условия обитания водных орга­низмов.

Интенсивность загрязнения окружающей среды во многом зависит от свойств топливных продуктов. Все топливные продукты из каменного угля огнеопасны, а их пары и вещества сгорания относительно ядовиты. Пары поражают органы дыхания, нервную систему, жидкости пищеварительного тракта и кожи.

Отработавший газ (дым) просачиваются через различные трещины, поры, неплотности приемораздаточной аппаратуры, резервуаров, распределительных средств, трубопроводов и пр. Чем выше температура воздуха, тем больше потери и больше загрязнение почвы, воды и воздуха. Сильное загрязнение окружающей среды при неубранном свевременно шлаке. Потери шлака при перевозке в авто- и железнодорожных вагонах часто происходят из-за некачественно подготовленных емкостей.

Отработавшие газы, растворяясь в водоемах, губят все живое, что там находится. Достаточно нескольких десятков граммов отработавшего газа на 1 м³ воды, чтобы ее сделать непригодной для обеспечения не только бытовых, но даже для производственных нужд.

В Беларуси предполагаются работы по предупреждению и снижению теплового загрязнения путем хозяйственно­го использования избытка тепловой энергии (для теплиц, парников, садкового выращивания теплолюбивых видов рыб, ракообразных и т. п.). Однако ограничительные меры к привлечению хозяйствующих субъектов к интенсификации таких мероприятий, помимо экономического ущерба, не способствуют улучшению состояния окружающей среды.

Охрана окружающей среды в нашей стране – государственная задача, записанная в Конституции РБ. Охрана и правильное использование природных ресурсов, контроль за состоянием воздушной и водной среды, правильное использование и охрана земель, почвы, рек других водоемов, леса, животного и растительного мира – всенародное дело, необходимое как для настоящего, так и для будущих поколений. К ним относятся предельно допустимые концентрации (ПДК):

- максимальная концентрация вредного вещества в воздухе населенных пунктов, не вызывающих рефлекторных реакций в организме человека;

- среднесуточная концентрация, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного воздействия в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания;

- концентрация воздуха рабочей зоны, не вызывающая у работников в продолжении 8-ми часов рабочего дня при ежедневной работе за весь ее период заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемых как непосредственно в период работы, так и в отдаленные сроки.

При значительном превышении указанных концентраций возможны хронические и острые отравления. Хронические отравления начинаются с неприятных ощущений: слабость, головная боль, расстройство нервов, воспаление слизистых оболочек, головокружение, тошнота и пр. Если не изменить обстановку, пренебречь охраной труда и личной безопасностью, то действие отрицательных факторов будет возрастать. Многие токсичные соединения накапливаются в крови, в результате чего возникают серьезные трудноизлечимые заболевания.

Мероприятия по охране окружающей среды:

- создание приводных механизмов и других установок с улучшенными малотоксичными и принципиально новыми силовыми механизмами;

- изыскание видов топлива заменяющих существующие топливные устройства, которые позволят снизить токсичность и улучшат экономичность;

- разработка и внедрение нормативно-технической документации (ГОСТ, ОСТ, ТУ и пр.), которая устанавливает нормы выбросов в окружающую среду вредных веществ;

- освоение серийного производства аппаратуры, позволяющей контролировать токсичность и дымность продуктов сгорания, а также средств снижения токсичности существующих приводов;

- улучшение условий эксплуатации сельскохозяйственной техники (использование высококачественных нефтепродуктов, автоматических и механизированных средств приема и отпуска топлива и смазочных материалов, своевременное и полное техническое обслуживание и ремонт машин, контроль за их техническим состоянием) и пр.

7. Перспективы развития возобновляемой энергетики в РБ

Возобновляемая энергетика в настоящее время является одним из самых быстро развивающихся секторов экономики. Технологии возобновляемых источников энергии (ВИЭ) отвечают всем требованиям и ограничениям современных технологий генерации и потребления энергии и дополняют существующие системы производства энергии, а также могут внести большой вклад в дальнейшую модернизацию энергетического сектора.

Более того, ВИЭ могут способствовать выполнению общей стратегии устойчивого развития. Они помогают снизить зависимость от импорта энергии, тем самым, обеспечивая безопасность энергоснабжения. ВИЭ также могут улучшить условия конкуренции на рынке и имеют положительное влияние на региональное развитие и занятость населения. Европейская индустрия возобновляемой энергетики уже достигла уровня оборота в 10 млрд. евро, а занятость в ней составляет 200 тысяч человек. Европа является мировым лидером в развитии технологий возобновляемой энергетики.

Такое развитие возобновляемой энергетики в ЕС было в значительной мере стимулировано проактивной и дружественной законодательной политикой, которая создала правильные условия для роста возобновляемой энергетики.

Европейская комиссия (ЕК) определяет энергетическую Стратегию и План Действий ЕС, а также те виды энергии, которые получат широкое распространение в будущем. Определены три ключевые цели энергетической политики – повышение конкурентоспособности, надежность снабжения и защита окружающей среды. Содействие возобновляемой энергетике определяется как важный фактор достижения этих целей. Важная роль отводится достижению энергетической безопасности, которая не может быть достигнута без использования ВИЭ.

Текущие тенденции показывают, что значительный технологический прогресс в области ВИЭ был достигнут в течение последних лет. 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, являются в настоящее время конкурентоспособными и экономически жизнеспособными в сравнении с другими децентрализованными способами энергоснабжения.

Фотоэлектричество, хотя оно и характеризуется быстро уменьшающейся стоимостью, остается наиболее зависимым от благоприятных экономических условий видом технологий ВИЭ. Солнечные водонагреватели в настоящее время конкурентоспособны во многих регионах ЕС.

Определение стратегии развития возобновляемой энергетики стало необходимым по ряду причин. Первая и наиглавнейшая причина заключена в том, что без последовательной и ясной программы действий и далеко идущей общей цели внедрения возобновляемой энергетики, эти источники энергии не смогут сделать крупный вклад в энергетический баланс ЕС. Технологический прогресс не в состоянии самостоятельно сломать отдельные нетехнические барьеры, препятствующие проникновению технологий возобновляемой энергетики на энергетические рынки. В подобной ситуации необходимы политические меры к смещению баланса в сторону фундаментальных обязательств, касающихся понятий окружающей среды и энергетической безопасности. Без ясной и всесторонней стратегии, сопровождаемой законодательными актами, развитие ВИЭ будет запаздывать. Кроме того, поскольку внутренний рынок развивается, стратегия развития возобновляемой энергетики требуется еще и для того, чтобы избежать несоответствий между государствами – членами ЕС или перекосов энергетических рынков.

2. Политика содействия возобновляемой энергетике

Политика содействия возобновляемой энергетике требует всесторонних инициатив, затрагивающих широкий диапазон направлений: энергия, окружающая среда, занятость населения, налогообложение, конкуренция, исследования, технологическое развитие, сельское хозяйство, региональные и внешние сношения.

По данным ежегодного отчета ЕК[1], в производстве первичной энергии биомасса занимает первое место – 66 ,1 %, энергия гидростанций составляет 22,2 %, третье место разделяют между собой энергия ветра – 5,5 % и геотермальная энергия – 5,5 % (рис. 1).

Рисунок 1 – Использование возобновляемых источников энергии

в ЕС в 2005 году [2]

По производству электрической мощности (рис. 2), лидирует энергия гидростанций – 66,4 %, энергия ветра – 16,3 % , третье место занимает 15,8 %.

Рисунок 2 – Производство электроэнергии от ВИЭ в ЕС в 2005 году [2]

3. Виды энергетических установок

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика в настоящее время является наиболее динамично развивающейся технологией генерации электроэнергии. В отдельных местах с хорошими условиями ветра ветроэлектростанции (ВЭС) уже сейчас экономически выгодны и конкурентоспособны. Впечатляющие показатели ежегодного роста в более чем 35 % между 1995 и 2000 годами сделали Европу лидером в развитии технологий ветроэнергетики. Более 90 % установленных в мире мощностей ветротурбин произведены в Европе (рис. 3). [3]

Рисунок 3 – Развитие ветроэнергетики в Европе и мире в 1990-2002 гг. [3]

По состоянию на начало 2003 г. на страны ЕС приходилось почти 2/3 от установленной мощности ветроустановок в мире. Их суммарная мощность в Европе превысила 23 тыс. МВт. При этом за 2001 г. прирост мощности составил 4,28 тыс. МВт, а за 2002 г. уже свыше 5,8 МВт или 33,7 % за год. Крупнейшим рынком для ветроустановок в Европе и в мире является Германия. За 2002 г. в этой стране были установлены новые установки мощностью почти 3,25 тыс. МВт. Тем самым суммарная мощность ветроустановок в Германии превысила 12 МВт или более половины от имеющихся в ЕС (что составляет более половины от мощности ветроустановок в ЕС). Весьма значительный прирост мощности ветроустановок был достигнут в Испании. В абсолютном выражении он составил почти 1,5 тыс. МВт, в процентах это составило 44,7 % в за год. Третий крупнейший в Европе потребитель ветроустановок, Дания, в 2002 г. показала относительно скромный прирос, 19,5 %, и суммарная мощность ветроустановок в этой стране приблизилась к 2,9 МВт. Необходимо отметить, что значительная часть прироста мощности в Дании была достигнута за счет модернизации ветроустановок старше 10 лет.

В других странах ЕС мощность ветроустановок существенно ниже, чем у лидирующей «тройки», но нельзя не отметить динамику роста в отдельных странах. Так в Австрии прирост за год превысил 67 %, во Франции – 62 %, в Португалии – 43 %, хотя суммарная мощность ветроустановок в этих странах так и не достигла 0,5 МВт. Весьма достойным, 39,6 %, было увеличение в Нидерландах. В Греции, Финляндии и Люксембурге увеличение мощности было весьма скромным, от 4 до 1 %.

Оценивая тенденцию развития ветроустановок в ЕС, европейские эксперты достаточно уверенно прогнозируют заметное превышение целей определенных в «Белой книге», подготовленной Европейской Комиссией. Так ранее предполагалось, что в 2003 г. в странах ЕС будут размещены ветроустановки мощностью в 10 тыс. МВт, а по имеющимся оценкам эта цифра реально превысила уровень в 28 тыс. МВт. Прогнозировавшийся в «Белой книге» на 2010 г. уровень в 40 тыс. МВт. сейчас оценивается как заниженный. Многие европейские эксперты склоняются к диапазону 60-75 тыс. МВт, а по оценкам датского исследовательского центра «BTM Consult», суммарная мощность ветроустановок в Европе может достичь 90 тыс. МВт в 2010 г. [1].

Фотоэлектричество

За последние 5 лет общий показатель роста в секторе солнечного электричества был на уровне 30-40% в год. В 2002 году этот показатель в Европе был на уровне 33%. Фотоэлектрические станции уже сейчас снабжают электроэнергией сотни тысяч людей по всему миру; солнечная индустрия обеспечивает занятость десятков тысяч людей и ее годовой оборот превышает 1 млрд. Евро. Фотоэлектрические системы обычно подключаются к существующим электросетям или снабжают электроэнергией автономные объекты (рис. 4) [3].

Рисунок 4 – Развитие фотоэлектричества в Европе и мире 1991-2002 гг. [3]

В 2002 г. мировое производство солнечных элементов увеличилось на 33,3 %, а в Европе суммарная мощность солнечных фотоэлектрических станций увеличилась на 37,7 % и составила 391,64 МВт. Однако этот динамизм, по оценкам бюллетеня «EurObserv’ER» (посвященного мониторингу развития ВИЭ в Европе и мире), является пока достаточно хрупким и все еще тесно связан с национальными программами строительства солнечных фотоэлектрических станций соединенных с региональными распределительными сетями. Доля мощностей по производству фотоэлектричества для локальных потребителей снизилась с 23 % в 2001 г. до 19 % в 2002 г. и произошло это во многом благодаря Германии [1].

Германия резко лидирует среди стран ЕС с долей свыше 70 % от общеевропейской мощности солнечных фотоэлектрических станций, из которых в Германии почти 93 % соединены с распределительной электросетью. В процессе реализации своей программы «Сто тысяч солнечных крыш» Германия установила в 2002 г. солнечные элементы мощностью в 82 МВт, что составляет 77,5 % новых мощностей ЕС [4].

У Нидерландов, находящих на втором месте, суммарная мощность солнечных фотоэлектрических станций почти в 10 раз ниже, чем у Германии. Доля установок со связью с линиями электропередач также весьма высока – свыше 83 %. У далее следующих стран: Италии, Испании и Франции, с установленной мощностью от 23 до 17 МВт, превалируют фотоэлектрические установки для локальных потребителей, причем во Франции их доля превышает 90 %. У Австрии, последней стране ЕС располагающий установленной мощностью свыше 10 МВт, ситуация близка к германской – почти 80 % фотоэлектрических установок связаны с линиями электропередач. У остальных стран ЕС мощности по получению фотоэлектричества ниже 5 МВт и превалируют индивидуальные потребители. Исключение представляют Великобритания, Дания и Бельгия, с акцентом на промышленное производство фотоэлектричества.

Общая мощность фотоэлектрических установок ЕС в 2003 г. оценивается в 520 МВт и это заметно нише, чем предполагалось Еврокомиссией в 1999 г. В «Белой книге» было обозначена цель в 650 МВт на 2003 г. «EurObserv’ER» полагает, что существует вероятность того, что в период до 2010 г. темпы роста будут порядка 15 % в год, и это будет означать, что суммарная мощность составит только около 1400 МВт, а в «Белой книге» было обозначено 3000 МВт. Европейская ассоциация фотоэлектричества (European Photovoltaic Industry Association) полагает, что цель – 3000 МВт в 2010 г. может быть достигнута при наличии политической воли на развитие этого направления ВИЭ у каждого государства ЕС. Недостатком европейского рынка фотоэлектричества следует признать очень высокую замкнутость на Германию.

Солнечные коллекторы

С 2000 г. европейский рынок солнечных коллекторов существует как бы в новом измерении, соответствующем началу нового столетия, что проявляется в превышении объема ежегодных продаж солнечных коллекторов уровня в 1 млн. кв. м. В 2002 г. эта тенденция подверглась серьезным испытаниям. В Германии, лидирующей среди европейских стран по объему установленных солнечных коллекторов, объем продаж составил в 2002 г. около 574 тыс. м². Это очень хороший показатель, по сравнению с другими странами и более половины годового прироста ЕС, но заметно ниже объема продаж в Германии в предыдущем году – 925,5 тыс. м². В Австрии, второй стране ЕС по объемам продаж и третьей по установленной мощности солнечных коллекторов, в 2002 г. удалось сохранить и даже чуть превысить уровень продаж 2001 г., соответственно, 171 тыс. м² и 169 тыс. м²). В Греции, Второй по установленной мощности, объемы продаж оказались ниже, чем в 2001 г. – 152 тыс. м² и 175 тыс. м². В 2003 г. эти страны вошли со следующими объемами установленных солнечных коллекторов: Германия – свыше 4715 тыс. м², Греция – свыше 2850 тыс. м², Австрия – почти 2542 тыс. м², причем это мощности находящиеся в эксплуатации.

На все остальные станы ЕС приходится около 1/3 от мощности солнечных коллекторов «большой тройки». Ряд этих стран, с относительно небольшой установленной мощностью, демонстрируют хорошую динамику развития рынка солнечных коллекторов и среди них: Франция, Италия, Нидерланды, Испания, Великобритания и др.

При сравнении существующей тенденции использования солнечных коллекторов в ЕС и целей, обозначенных в «Белой книге» приходится отметить, что, как и в случае с фотоэлектрическими установками, заявленные на 2010 г. показатели могут быть и не достигнуты. По предварительным оценкам, уже в 2003 г. имелось отставание от «Белой книги» на 0,8 млн. м² от ожидавшихся 15 млн. м². В 2010 г., без принятия дополнительных стимулирующих мер, мощность солнечных коллекторов будет близка к 56 млн. кв. м, что заметно ниже обозначенного уровня в 100 млн. м². [1].

Геотермальная энергия

Геотермальная энергетика имеет несколько преимуществ. Геотермальные электростанции (ГеоЭС) могут работать 24 часа с сутки и, таким образом, могут снабжать электроэнергией базовую нагрузку. КПД генерации электроэнергии и тепла на комбинированных геотермальных станциях составляет до 97 %. Вследствие того, что цена электроэнергии, произведенной от ГеоЭС сильно зависит от характеристик геотермального резервуара, потенциал геотермальной энергетики в Европе не так велик, как в других странах мира (например, в Азии или Южной Америке) (рис. 5) [3].

Рисунок 5 – Геотермальная энергетика в Европе и мире в 1990-2002 гг. [3]

Высокотемпературная термальная энергия доступна узкому кругу стран в ЕС. Геотермальные электрические станции более чем на 97 % сконцентрированы в одной стране – Италии. В 2002 г. в этой стране было построено 8 новых геотермальных электрических станции мощностью от 10 до 60 МВт, а общая мощность составила 862 МВт. В других странах показатели заметно скромнее: Португалия – 16 МВт, Франция – 4,4 МВт, причем в обоих странах в 2002 г. был нулевой прирост. В Австрии построена новая станция мощностью 1 МВт. Отметим, что при ее строительстве была применена перспективная бинарная технология получения электроэнергии на основе термальных вод с температурой около 100°С.

Число стран ЕС использующих геотермальную энергию для получения тепловой энергии по классической схеме значительно шире, хотя и здесь лидирует Италия. В этой стране в 2002 г. мощность геотермальных станций по тепловой энергии составляла 426 МВт, на втором месте Франция – 330 МВт. Далее, с заметным отставанием: Австрия – 92,5 МВт, Германия и Греция, у каждой около 70 МВт и Швеция – 47 МВт. У других, но далеко не у всех стран ЕС, мощности геотермальных станций 5 МВт и менее. Заметная положительная динамика в 2002 г. была только у Австрии и Греции.

Ситуация с получением тепловой энергии от низкотемпературных термальных источников за счет использования тепловых насосов кардинально отличается от вышерассмотренных, и по объемам, и по динамике, и по числу участвующих стран ЕС. В этой области явным лидером в Европе является Швеция. По состоянию на конец 2002 г. в этой стране имелась 176 тыс. установок, более половины от имеющихся в ЕС, с суммарной мощностью по теплу в 1056 МВт, около 1/3 от мощности тепловых насосов в ЕС. Далее плотной группой следуют Германия, Франция и Австрия. У них установленная мощность находится в диапазоне 540-590 МВТ. Но если в Австрии и Франции число установок примерно равно и составляет 34-36 тыс. единиц, то в Германии их число больше почти в 2 раза – 74,5 тыс. единиц. Соответственно, средняя мощность одной установки в Германии ниже и это говорит о более широком круге потребителей. Достаточно велика мощность тепловых насосов в Финляндии, 320 МВт. У других стран ЕС установленная мощность заметно ниже 100 МВт и, интересно отметить, замыкает список Италия. У этой страны имеется 100 установок мощностью в 1,2 МВт и намерение, с учетом имеющихся возможностей, развивать высокотемпературную геотермальную энергетику, в которой у нею имеются хорошие достижения. К 2010 г. Италия планирует увеличить мощность геотермальных электрических станций до 946 МВт, Португалия – до 45 МВт и Франция – до 21 МВт. Учитывая также возможности для развития бинарных геотермальных электрических станций малой мощности в странах ЕС можно достаточно уверенно предполагать, что цель «Белой книги» – 1000 МВт по электрической энергии в 2010 г. будет превышена. Ориентиры по тепловой энергии в «Белой книге» прописаны менее четко, но ожидалось, что в 2010 г. общая мощность геотермальных установок в ЕС по получению электрической и тепловой энергии, включая тепловые насосы, будет равна 5000 МВт. Имеющие тенденции позволяют предполагать превышение этого ориентира более чем на 3000 МВт мощности. Особо значительным будет вклад установок на тепловых насосах, их доля может превысить 80 % от мощности геотермальных станций ЕС на всех видах геотермальной энергии [1].

Малая гидроэнергетика

Малая гидроэнергетика может быть одним из наиболее экономически эффективных способов генерации электроэнергии. Малые ГЭС имеют большой срок службы и сравнительно низкие эксплуатационные расходы.

Как только окупаются сравнительно большие капитальные вложения, малые ГЭС начинают производить электроэнергию по низкой цене, причем срок службы малых ГЭС составляет 50 лет и более. Малые ГЭС могут обеспечить электроэнергией базовую нагрузку, и их потенциал в Европе еще не полностью использован (рис. 6) [3].

Рисунок 6– Развитие малой гидроэнергетики в Европе в 1990-2002 гг. [3]

Как правило, малые ГЭС имеют мощность менее 10 МВт, а их общая мощность в ЕС на конец 2002 г. составляла почти 10,5 тыс. МВт. В шести странах: Италии, Франции, Испании, Германии, Швеции и Австрии, мощность малых ГЭС близка или превышает 1 тыс. МВт, в других – заметно ниже. Большая часть малых ГЭС, почти 70 %, была установлена более 40 лет тому назад и их модернизация может быть значимой для развития этого направления. Вполне вероятно, что современный уровень суммарной мощности малых ГЭС в ЕС к 2010 г. году будет повышен до 12 тыс. МВт, но это будет ниже целей «Белой книги» – 14 тыс. МВТ.

Биогаз

В настоящее время производство биогаза в странах ЕС можно рассматривать в качестве самостоятельного сектора экономики. К началу 2003 г. производство биогаза оценивалось в 2762 тыс. т нефтяного эквивалента ( т.н.э.). Средний прирост за год составил 6,4 % и был резко дифференцирован по странам. Наибольшие темпы у Португалии, которая хотя и удвоила производство биогаза до 2 тыс. т.н.э., но не сумела подняться с последнего места. В лидирующую тройку входят: Великобритания (952 тыс. т.н.э.), Германия (659 тыс. т.н.э.) и Франция (310 тыс. т.н.э.). У еще четырех стран объемы производства превышают 100 тыс. т.н.э. – у Испании, Италии, Нидерландов и Швеции. Среди крупных европейских производителей биогаза наивысший прирос у Испании, 25,4 % за год, наименьший, а вернее спад, минус 16,8 %, у Нидерландов [1].

В связи с включением в состав ЕС новых членов, в 2005 году были пересмотрены значения, принятые ранее, и новым планом предусмотрено довести общее использование биомассы всеми государствами, входящими в состав ЕС к 2010 году до 149 млн. т.у.т., из которых 55 предназначены для производства электроэнергии, 75 – для теплоснабжения и 19 – для использования в транспортном секторе. Воплощение в жизнь этого сценария возможно только при неукоснительном выполнении поставленных Европейской Комиссией целей по увеличению доли возобновляемых источников энергии к 2010 году (12 % от общего потребления энергии и 21 % от потребления электроэнергии). Если темпы роста в секторе использования биомассы останутся на уровне 2005 года, то, по оценкам национальных экспертов, к 2010 году общее потребление биомассы в странах ЕС составит 78,6 млн. т.у.т. Даже если добавить к этому значению производство энергии от других видов биологического топлива (сельскохозяйственные отходы, навоз, солома и т. п.), биогаза и сжигания бытовых отходов (мусора), то сумма составит 103,7 млн. т.у.т. и все равно будет меньше установленной в новом плане использования биомассы на 46,3 млн. т.у.т. (рис. 7).

Рисунок 7 – Сравнительная диаграмма использования различных видов биотоплива в ЕС, т.у.т. [2]

Производство биогаза можно рассматривать и как одно из направлений промышленной экологии, т.к. «исходным сырьем» для обогащенного метаном газа преимущественно выступают промышленные и бытовые отходы с долей равной 95 % от общего производства биогаза в ЕС. При этом установки организованные на базе мусорных полигонов обеспечивают 38 % производства биогаза, городские сточные воды – 33 % и промышленные сточные воды – 24 %.

Имеющиеся прогнозы развития производства биогаза в ЕС неоднозначны и допускаю как превышение, так и отставание от ориентира «Белой книги» в 15 млн. т.н.э. на 2010 г. Но в любом случае страны ЕС намерены усилить внимание к недопущению бесконтрольного образования метана в процессе утилизации отходов.

В отдельное направление ВИЭ выделено производство биотоплива. В 2002 г. его доля по сравнению с топливом полученным в процессе переработки нефти была более чем скромной, менее 1 %, однако в период до 2010 г. ожидается динамичное развитие этой отрасли и возможен выход на производство биотоплива в странах ЕС в диапазоне от 12 до 17 млн. т в год.

Древесная биомасса

Древесина является одним из древнейших источников энергии для человека, но в странах ЕС ее использование переводится на новый технологический уровень. Также хочется обратить внимание на оценки «EurObserv’ER», согласно которым древесина является лидером среди ВИЭ с долей в 51 %. На втором месте, 36 %, гидроэнергетика, включающая в себе и крупные ГЭС. Геотермальная энергия обеспечивает 6 %, на энергию солнца и ветра приходится около 4 %, на биогаз и биотопливо – 3 % [1].

В 2005 году производство электрической энергии за счет использования твердой биомассы на европейской территории составило 44,104 ТВт×ч, что больше в сравнении с предыдущим годом на 6,108 ТВт×ч. [2].

Использование древесины в энергетических целях не столь дифференцировано по странам ЕС, как по другим видам ВИЭ, но и здесь имеется группа лидеров, включающая в себя Францию, Германию и Швецию в которых древесина обеспечивает получение энергии с эквивалентом от 7,86 млн. т.н.э. до 8,5 млн. т.н.э.. Отметим, что Германия в последние годы демонстрирует высокие темпы роста. К крупе лидеров приближаются Финляндия – 6,4 млн. т.н.э., а также Испания и Австрия с объемами свыше 3 млн. т.н.э.. В целом по странам ЕС энергетический эквивалент используемой древесины оценивается в 44 млн. т.н.э., к 2010 г. прогнозируется увеличение до 71 млн. т.н.э.. Это ниже цели «Белой книги» в 100 млн. т.н.э., но нельзя не отметить, что в последние 2-3 года прогнозные оценки по использованию древесины в энергетических целях, как правило, увеличиваются.

Учитывая настоящее положение развития рынка, а также сильную политическую поддержку, ожидается, что доля ВИЭ в общем энергопотреблении составит к 2020 году 20 %.

Оценочные показатели для возобновляемой энергетики базируются на консервативном сценарии роста для различных технологий, представленном выше. Для того, чтобы достичь этой цели нужны строгие меры по энергоэффективности для стабилизации уровня потребления энергии в период с 2010 по 2020 годы (таблица 1) [3].

Таблица 1 – Сценарий роста валового энергопотребления и развитие возобновляемой энергетики в период с 2000 по 2020 гг. в Европе (в млрд. т н.э.) [3]

ЕС занимает лидирующие позиции в мире по многим направлениям использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), развитие которых происходит при сильном акценте на изучении возможности снижения зависимости стран региона от импорта энергии, особенно представленной ископаемыми видами топлива. Происходящие в Европе процессы могут быть полезны Беларуси как в плане частичного заимствования накопленного опыта по ВИЭ, так и для проведения неизбежной коррекции структуры белорусского экспорта в ЕС с целью сохранения роли европейского вектора белорусской внешней торговле.

4. Потенциал и возможности использования ВИЭ в Беларуси

Республика Беларусь относится к экономическим районам, где ощущается острый дефицит топливно-энергетических ресурсов. В настоящее время в республике сложилась сложная ситуация с обеспечением энергетической безопасности. Доля импортируемых энергоресурсов составляет 85 %. Практически все энергоресурсы поставляются из одной страны - России. Доля природного газа достигла уровня 95 % в системе Минэнерго и 75 % в потреблении котельно-печного топлива [5,6]. Для усиления энергетической безопасности необходимо искать альтернативные варианты топливно-энергетических ресурсов, в частности наиболее полно использовать местные виды топлива и возобновляемые источники энергии.

Древесное топливо. Беларусь обладает значительными лесными ресурсами. Общая площадь лесного фонда на 1 января 2001 года составила 9250 тыс. га, запас древесины - 1350 млн. м3.

Годовой объем использования дров, отходов лесопиления и деревообработки в качестве котельно-печного топлива в 2003 году составил 1,4 млн. т у.т.

Расход древесного топлива для производства электрической и тепловой энергии стационарными энергогенерирующими установками не превышает в настоящее время 600 тыс. т у.т. в год.

Возможности республики по использованию древесины в качестве топлива оцениваются на уровне 3,5-3,7 млн. т у.т. в год. Следует отметить, что древесно-топливными ресурсами обладают все области Республики Беларусь.

Торф. В республике разведано более 9000 торфяных месторождений общей площадью в границах промышленной глубины залежи 2,50 млн. га и с первоначальными запасами торфа 5,65 млрд. т. К настоящему времени оставшиеся геологические запасы оцениваются в 4 млрд. т, что составляет 70 % от первоначальных.

Приведенные данные свидетельствуют о значительных запасах торфа, располагаемых республикой. Однако в настоящее время его потребителем является преимущественно коммунально-бытовой сектор, что сдерживает рост его потребления. Дальнейшее существенное увеличение использования торфа для энергетических целей возможно за счет переоборудования действующих либо создания новых котельных и мини-ТЭЦ, предназначенных для работы на этом виде топлива.

Гидроэнергетические ресурсы.Установленная мощность 20 ГЭС на 1 января 2004 года составила 11 МВт. Ежегодно за счет использования гидроресурсов вырабатывается около 28 млн. часов электроэнергии, что эквивалентно вытеснению импортного топлива в размере 8,0 тыс. т у.т.

Потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850 МВт, в том числе технически доступная - 500 МВт, а экономически целесообразная - 250 МВт.

Основными направлениями развития малой гидроэнергетики являются сооружение новых, реконструкция и восстановление существующих ГЭС.

Ветроэнергетический потенциал. На территории республики выявлено 1800 площадок для размещения ветроустановок с теоретически возможным энергетическим потенциалом 1600 МВт и годовой выработкой электроэнергии 6,5 млрд. кВт-ч. На 1 сентября 2004 года суммарная установленная мощность ветроэнергетических установок составила 1,1 МВт, а объем замещения - 0,4 тыс. т у.т.

Для условий Республики Беларусь характерны относительно слабые континентальные ветры со средней скоростью 4-6 м/сек., поэтому при выборе площадок ветроэнергетических установок требуются специальные исследования и тщательная проработка ТЭО по их внедрению.

современные технические разработки позволяют создавать ветроэнергетические установки с пусковой скоростью ветра от 3 м/сек. и номинальной скоростью эксплуатации 7-8 м/сек. Стоимость таких установок составляет $ 800-1200 за 1 кВт установленной мощности, что делает их существенно более привлекательными для использования.

Солнечная энергия. По метеорологическим данным в Республике Беларусь в среднем 250 дней в году пасмурных (185 с переменной облачностью) и 30 ясных, а среднегодовое поступление солнечной энергии на земную поверхность с учетом ночей и облачности составляет 245 кал на 1 см2 в сутки, что эквивалентно 2,8 кВт-ч на 1 м2 в сутки, а с учетом коэффициента полезного действия преобразования 12 % - 0,3 кВт-ч на 1 м2 в сутки.

При благоприятных экономических и производственных условиях можно рассчитывать, что за счет использования солнечной энергии в прогнозируемом периоде возможно замещение около 5 тыс. т у.т. в год органического топлива.

Фитомасса. В качестве сырья для получения жидкого и газообразного топлива можно применять периодически возобновляемый источник энергии - фитомассу быстрорастущих растений и деревьев. В климатических условиях республики с 1 га энергетических плантаций возможен сбор массы растений до 10 т сухого вещества, что эквивалентно примерно 4 т у.т. Наиболее целесообразно использовать для получения сырья площади выработанных торфяных месторождений, на которых отсутствуют условия для произрастания сельскохозяйственных культур. Площадь таких месторождений в республике составляет около 180 тыс. га и может стать стабильным экологически чистым источником энергетического сырья. По экспертным оценкам к 2012 году за счет названного источника может быть получено 70-80 тыс. т у.т.

Отходы растениеводства. Использование отходов растениеводства в качестве топлива является принципиально новым направлением энергосбережения. Практический опыт их применения в качестве энергоносителя накоплен в Бельгии и Скандинавских странах, а в нашей республике опыт массового применения отсутствует. Общий потенциал отходов растениеводства оценивается до 1,5 млн. т у.т. в год.

Коммунальные отходы. Содержание органического вещества в быто­вых отходах составляет 40-75 %, углерода - 35-40 %, зольность - 40-70 %, горючие компоненты - 5-88 %, теплотворная способность коммунальных отходов - 800-2000 ккал/кг.

В мировой практике получение энергии из таких отходов осуществляется несколькими способами: сжиганием, активной и пассивной газификацией. Наиболее перспективны газификация и пиролиз, так как в случае прямого сжигания возникают экологические проблемы, для решения которых требуются инвестиции, двукратно превышающие стоимость самих сжигающих установок.

Потенциальная энергия, заключенная в коммунальных отходах, образующихся на территории Беларуси, оценивается в 470 тыс. т у.т. Целесообразно также использование биогазовых установок на канализационных станциях крупных населенных пунктов.

Потенциально возможное получение товарного биогаза от всех источников составляет около 160 тыс. т у.т. в год.

Геотермальные ресурсы. В республике обнаружены две территории в Гомельской и Брестской областях с запасами геотермальных вод плотностью более 2 т у.т./м2 и температурой 50 °С на глубине 1,4-1,8 км и 90-100 °С на глубине 3,8-4,4 км. Однако высокая минерализация, низкая производительность имеющихся скважин, их малое количество и в целом слабая изученность ситуации не позволяют рассчитывать на освоение этого вида возобновляемой энергии на ближайшее время.

Бурые угли. По состоянию на 1 января 2003 года в неогеновых отложениях известно 3 месторож­дения бурых углей: Житковичское, Бриневское и Тонежское с общими запасами 150 млн. т.. Разведаны детально и подготовле­ны для промышленного освоения Северная и Найдинская залежи углей Житковичского месторождения.

Разработка угольных месторождений возможна открытым способом.

Горючие сланцы. Прогнозные запасы горючих сланцев (Любанское и Туровское месторождения) оцениваются в 11 млрд. т, промышленные в 3 млрд. т. Наиболее изученным является Туровское месторождение, в пределах которого предварительно разведано первое шахтное поле с запасами 600 млн. т. Теплота сгорания - 1000-1510 ккал/кг, зольность - 75 %, выход смол - 6-9,2 %, содержание серы - 2,6 %.

По качественным показателям белорусские горючие сланцы не являются эффективным топливом из-за их высокой зольности и низкой теплоты сгорания. Они непригодны для прямого сжигания, а требуют предварительной термической переработки с выходом жидкого и газообразного топлива. Кроме того, следует отметить, что получаемая после термической переработки черная зола непригодна для дальнейшего использования в сельском хозяйстве и строительстве, а из-за неполного извлечения органической массы в золе прослеживается содержание канцерогенных веществ.

Биотоплива. Из сельскохозяйственного сырья и древесины можно получать биоэтанол, биодизель и биогаз. Из 1 т сухой целлюлозы (отходы сельского хозяйства и деревообработки) можно получать до 320 кг этанола, из него - примерно 150 кг бензина.

О перспективности биоэтанолакак альтернативного топлива свидетельствуют данные доклада, подготовленного советом по охране природных ресурсов США, где говорится, что до 2050 года целлюлозный этанол заменит более половины нефти, используемой сегодня автотранспортом.

С учетом сложившейся структуры посевных площадей рапса возможно получать в республике до 600 тыс. т его маслосемян (в 2005 году получено около 150 тыс. т). На основании этого в перспективе можно использовать до 250 тыс. т растительного масла на технические цели и производить из него биодизельное топливо.

В заключении следует отметить, что для окончательного ответа на вопрос о целесообразности использования ВИЭ в конкретном территориальном регионе необходимо выполнить комплекс серьезных научных исследований, разработать методы анализа потенциала и оценки эффективности использования возобновляемых источников энергии.

[1] С момента принятия «Белой книги» (энергии) ежегодно публикуются отчеты, по которым можно проследить тенденцию изменения в Европе баланса вырабатываемой энергии от различных энергетических источников. Ежегодный отчет – Оценочный барометр (Assesment Barometer) представляет всесторонний краткий обзор по всем возобновляемым секторам, которые в настоящее время развиваются в странах ЕС.