Сущность, виды, перспективы развития нетрадиционной энергетики в Республике Беларусь

     Высокая стоимость солнечных коллекторов, а также сопутствующие затраты  на строительно-монтажные работы, конструкции, кабели, системы управления, технические средств для обслуживания, инфраструктуру в настоящее время накладывают сильные ограничения на развитие гелиоэнергетики в Беларуси.

     Основными направлениями использования энергии  солнца будут гелиоводоподогреватели (ГВН) и различные гелиоустановки для интенсификации процессов сушки и подогрева воды в сельскохозяйственном производстве. Стоимость оборудования для жилого дома или коттеджа варьируется в пределах 900-3500 долл.

     Отдельный интерес представляет пассивное  использование солнечной энергии методом строительства домов “солнечной архитектуры“. Расчеты показывают, что количества энергии, падающее на южную сторону крыши домов площадью 100 м² на широте Минска, вполне хватает даже на отопление зимой. Размеры дешевого гравийного теплового аккумулятора под домом вполне приемлемы.

     Пока  игнорируются даже принципы пассивного солнечного отопления. Единственное здание в Беларуси, построенное с использованием этого принципа – немецкий Международный  Образовательный Центр. Если проектирование зданий проводить с учетом энергетического потенциала климата местности и условий для саморегулирования теплового режима зданий, то расход энергии на теплоснабжение можно сократить на 20-60%. Так, строительство на принципах “солнечной архитектуры” может снизить годовое теплопотребление до 70-80 кВт/м².

     В республике начат выпуск гелиоводонагревателей  и уже накоплен некоторый опыт в их эксплуатации.

     Республика  Беларусь – преимущественно равнинная  страна, тем не менее, её гидроэнергетические  ресурсы оцениваются в 850-1000МВт. Однако практически реализуемый потенциал малых рек и водотоков составляет едва ли 10% этой величины, что эквивалентно экономии 0,1 млн.т у.т./год.

     В то же время потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850 МВт, в том числе технически доступная - 520 МВт, а экономически целесообразная - 250 МВт. В последние годы идет активное восстановление гидроэлектростанций. На той же Гродненщине, например, в 2005 году начала работать мини-ГЭС «Немново» на Августовском канале. Мощность станции - 250 кВт, и этого достаточно, чтобы обеспечить светлом и теплом местный поселок Сапоцкино. Окупится установка уже через 11 лет, а служить будет как минимум целый век. А всего в 2010 году в Беларуси будет насчитываться около 30 мини-ГЭС. Предусматривается до 2020 г.: строительство каскада ГЭС на Западной Двине, строительство станций на Днепре и Немане (суммарная мощность около 200 МВт).

     В 1999 году были построены ветроэлектроустановки  на ветреной возвышенности в деревне  Дружная (Мядельский район). Эта немецкая ветроустановка мощностью в 250 кВт является первой в Беларуси. Вторая ветроэлектроустановка мощностью в 600 кВт была построена осенью 2001 года; 18-го мая 2002 года состоялось ее торжественное открытие, за 2007 год ими выработано 1,58 млн. кВт∙ч электроэнергии. Коэффициент использования данных установок 25%, что является нормальным показателем. Необходимо отметить, что и сама деревня Дружная является уникальным полигоном экологических технологий строительства. Среди трех десятков построенных здесь комфортных экодомов есть дома из глиносоломенных смесей, дома из щепы с глиной, здесь же находится первое в СНГ строение из соломенных блоков. Самый мощный в РБ фотоэлектрический коллектор находится тоже здесь. Подобную, но меньшую площадку планируют создать в Минске, начав со строительства в 2008 году 2 энергопассивных экодомов, которым не нужны системы отопления за счет супертеплоизоляции стен соломенными блоками и использования солнечных коллекторов для сезонного аккумулирования тепла. Территория республики Беларусь находится в умеренной ветровой зоне. Стабильность скорости ветра составляет 4-5 м/с и соответствует нижнему пределу устойчивой работы отечественных ВЭУ. Это позволяет использовать лишь 1,5-2,5% ветровой энергии. К зонам, благоприятным для развития ветроэнергетики, со среднегодовой скоростью ветров выше 5-5,% м/с, относится 20% территории страны. Наиболее эффективно можно применять ВЭУ на возвышенностях большей части севера и северо-запада Беларуси и в центральной части Минской области, включая прилегающие к ней районы с запада. В ближайшее время развитие использование энергии ветра получит новый импульс. К 2010 году Минэнерго планирует ввести в эксплуатацию ветроэнергетические установки суммарной мощностью не менее 15-20 МВт. В текущем году, согласно плану, планируется также построить ветроустановку в РУП «Гродноэнерго» и ОАО «Гроднохимволокно». В Государственной программе Республики Беларусь прогнозируемые годовые объемы использования энергии ветра для получения электроэнергии к 2012 г. оцениваются в 9,31 млн. кВт∙ч при общей установленной мощности 5,2 МВт. На 1 января 2005 г. общая мощность ВЭУ составила 1,1 МВт, объем замещения по вырабатываемой электроэнергии около 3,25 млн. кВт∙ч в год.

     Всего на территории республики выявлено 2000 площадок (наибольшее количество находится в Минской, Витебской и Гродненской областях), пригодных для размещения ВЭУ промышленного типа, с общей мощностью около 1600 МВт. В Беларуси в соответствии с проектом до 2014 года предлагается ввести всего 10 ветроустановок с общей мощностью 15 МВт. Они позволят суммарно вырабатывать около 44 млн. кВт∙ч электроэнергии в год, окупаемость таких проектов не превысит 14 лет. Согласно расчетам экспертов, ветроустановка мощностью 1 МВт в течение 20 лет позволяет заместить примерно 29 тыс. т угля. Кроме того, сокращаются выбросы углекислого газа и других веществ в атмосферу. К тому же, продажа на углеродном рынке объемов сокращения выбросов парниковых газов от предполагаемого ветропарка может принести дополнительный доход в 500 тыс. евро за 5 лет. Учитывая то, что быстроходные ВЭУ в нашей стране неэффективны, так как для них требуется минимальная расчетная скорость ветра не менее 10 м/с; а тихоходные ВЭУ менее технологичны в производстве и сложнее в эксплуатации, в Беларуси разрабатываются ВЭУ, работающие на основе использования эффекта Магнуса, когда в качестве аэродинамических элементов используются не лопастные, а вращающиеся усеченные конусы специальной формы (роторы), подъемная сила в которых многократно (в 6-8 раз) превосходит подъемную силу в лопастях. Главное их преимущество состоит в том, что они могут эффективно работать при скоростях ветра, характерных для условий Беларуси.

     Выборочные  обследования зон опытной эксплуатации ветротехнического оборудования на территории Беларуси показали, что при оптимальном выборе строительной площадки для возведения ВЭУ (на возвышениях и открытой местности, на берегах водных массивов и т.п.) окупаемость ВЭУ при среднегодовой скорости ветра 6-8 м/с укладывается в срок около 5 лет.

     Наиболее  эффективно обеспечивается использование современной зарубежной ветротехники на территориях зон со среднегодовыми фоновыми скоростями не ниже 4,5 м/с на холмистом рельефе. К таким регионам относятся: возвышенные районы большей части севера и северо-запада Беларуси, центральная зона Минской области, включая прилегающие с запада районы, Витебская возвышенность.

     В итоге ветер может дать Беларуси 2-3% энергии от общего энергобаланса  страны, максимум – до 5%.

     В середине августа 2007 года в СЭЗ (свободная  экономическая зона) «Брест» начала работать первая на Брестчине ветроэнергетическая установка.

     Энергия ветра, преобразованная в электрическую, используется на автозаправочной станции, принадлежащей совместному белорусско-итальянскому предприятию «БелТрансОйл». СП (совместное предприятие) «БелТрансОйл» в сутки потребляет 30-35 кВт/ч электроэнергии, что обходится предприятию в течение года в 50 тыс. долларов. Использование ВЭУ позволит экономить до 10% финансовых средств. Здесь итальянская новинка воспринимается как экспериментальная. Преследуется цель выяснить, чему равна скорость ветра на окраине г. Бреста в течение года. Ведь равнинная местность Брестской области считается наименее перспективной для подобных проектов. Но, многолетние наблюдения показали, что есть зоны, где скорость ветра увеличивается за счет ветровой тяги. К такой зоне относится и пойма р. Лесная, в районе которой установлена новая ВЭУ. Если с ее помощью СП «БелТрансОйл» это утверждение подтвердится, то руководство предприятия намерено установить еще одну подобную ветровую турбину мощностью 1,2 МВт. Прорабатываются возможности использования ВЭУ в других регионах Брестчины. Наиболее привлекателен в этом плане Барановичский район.

     Преимущество  ВЭУ в том, что она работает в те часы, когда наблюдается пик потребления электроэнергии – главным образом днем и в холодное время года. Срок окупаемости одной установки - от 3,5 до 6 лет. По подсчетам специалистов, ветряный потенциал Беларуси – 250 млрд. кВт/час в год. Наиболее приемлемыми регионами по использованию энергии ветра являются Гродненская и Минская области. Северные районы Брестчины тоже считаются подходящими для строительства ВЭУ, чем и воспользовались энергетики Пружанского района.То, что энергию ветра можно довольно эффективно использовать в нашей республике, подтверждают ветроэнергетические установки, которые действуют на протяжении нескольких лет в Нарочанском крае. На въезде в д. Занарочь германским благотворительным общественным объединением «Дома вместо Чернобыля» для переселенцев из Чернобыльской зоны были построены две ВЭУ. На 50-метровой башне установлена ветровая турбина Nordex мощностью 250 кВт, а на 60-метровой цельнометаллической опоре – Repower мощностью 600 кВт. Обе установки производят в год около 140 кВт электроэнергии. Ученые ведут постоянное наблюдение за их работой. Анализ данных показывает, что наши показатели ничуть не хуже, а иногда даже лучше зарубежных Ветер нашу республику не обходит стороной. Остается только использовать его бесплатную энергию.

     Использование отходов растениеводства в качестве топлива является принципиально новым направлением энергосбережения для страны. Общий потенциал отходов растениеводства оценивается до 1,46 млн т.у.т. в год.

     Отходы  животноводства особенно интересны  тем, что без дополнительных энергетических затрат можно получить экологически чистые высококачественные органические удобрения и вследствие этого пропорционально сократить энергоемкое производство минеральных удобрений. Применение биогазовых установок позволит существенно улучшить экологическую обстановку вблизи крупных ферм и животноводческих комплексов, а также на посевных площадях, куда в настоящее время сбрасываются отходы животноводства. Потенциально возможное получение товарного биогаза от животноводческих комплексов составляет 160 тыс. т.у.т. в год.

     Централизованная  заготовка дров и отходов деревообработки  в республике Беларусь осуществляется предприятиями Министерства лесного  хозяйства и концерна “Беллесбумпром”. Наряду с использованием отходов  деревообработки для получения  тепла целесообразно предусмотреть экономически обоснованное вовлечение лигнина в топливный баланс республики.

     В целом по республике годовой объем  использования дров и отходов  лесопиления составлял около 1,0-1,1 млн т.у.т. Часть дров поступает  населению за счет самозаготовок, объем которых оценивается на уровне 0,3-0,4 млн т.у.т. Предельные возможности республики по использованию дров в качестве топлива можно определить, исходя из естественного годового прироста древесины, который приближенно оценивается в 25 млн м³ или 6,6 млн т.у.т. в год, в т.ч. в загрязненных районах Гомельской области 20 тыс. м³ или 5,3 тыс. т.у.т.

     Для использования древесины из данных районов в качестве топлива необходимо разработать и внедрить технологии и оборудование по газификации и  параллельной дезактивации. Исходя из планируемого к 2015 г. роста заготовок древесины в 2 раза, а также с учетом увеличения объемов использования отходов деревообработки, лесопиления и переработки древесины, прогнозируемый годовой объем древесного топлива может возрасти до 1,6 млн т.у.т.

     В климатических условиях республики с 1 га энергетических плантаций собирается масса растений в количестве до 10 т сухого вещества, что эквивалентно примерно 5 т.у.т. При дополнительных агроприемах продуктивность гектара  может быть повышена в 2 раза. Из этого количества фитомассы можно получить 5-7 т жидких продуктов эквивалентных нефти. 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, которая может стать стабильным, экологически чистым источником энергетического сырья в объеме до 1,3 млн т.у.т. в год.

     Отсутствие  опыта массового использования фитомассы для энергетических целей не позволяет сделать оценку затрат и будущих цен на топливо, т. к. для этой цели потребуется разработка специальной техники, дорожная инфраструктура, перерабатывающие предприятия и т.д. Однако по укрупненным расчетам цена составит около 35 долл./т.у.т.

     Альтернативными традиционному топливу из нефти  могут стать биодизельное топливо  и этанол. Наша республика имеет  хорошие возможности для освоения и широкого использования технологий производства этих энергоносителей. Общий  потенциал производства биодизельного топлива и этанола на топливо оценивается в 1 млн. т у. т. в год, а при активном инвестировании и внедрении данного направления в 2010 г. объем замещения традиционных видов топлива может составить около 20 тыс. т у. т. в год. В качестве исходного материала для получения биодизельного топлива хорошо подходит рапсовое масло. При его дальнейшей переработке можно получать с 1 га пашни около 1 т топлива, что при удельном энергосодержании 39...40 МДж/кг будет соответствовать выходу энергии около 39 ГДж/га. Главный недостаток процесса фотосинтеза — низкий КПД преобразования энергии солнечного излучения, всего 1—2%. Кроме солнечного излучения, на КПД фотосинтеза влияет температура воздуха, осадки, поступление питательных веществ (особенно, азота), наличие «сточных колодцев» для продуктов фотосинтеза. Весьма важно знать, как действуют эти факторы в отдельности, однако гораздо более важно, попытаться понять, как они взаимодействуют между собой. Следует подчеркнуть, что фотосинтез является важнейшим процессом в живом мире и это положение сохранится, пока продолжается жизнь на Земле. Создавая систему переработки фитомассы, Беларусь, страна с умеренным климатом, может помочь себе, достигнув большего самообеспечения. И так, в процессе переработки фитомассы можно получать горючие газы, масла, древесный уголь. Здесь можно использовать пиролиз, который реализуется путем нагревания фитомассы без доступа воздуха либо за счет сгорания некоторой ее части при ограниченном доступе кислорода. Таким образом, задача нашей страны в области фотосинтеза состоит в том, чтобы попытаться путем селекции отобрать такие растения, которые будут давать наиболее высокие урожаи при приемлемых энергетических КПД. Необходимо сосредоточить гораздо больше усилий на изучении физиологии и биохимии растений и их взаимодействия с окружающей средой. Исследованиям такого рода оказывают все большую финансовую поддержку как промышленные, так и правительственные организации, считающие, что системы, основанные на использовании биомассы, имеют хорошие перспективы.