Геотермальная энергетика.Состояние отрасли и перспективы её развития в странах СНГ

 

 

2.3 Место альтернативной  энергетики в мировом производстве  электрической энергии

 

Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вредаокружающей среде в районе.

В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае. Дания получает 25% энергии из ветра [2]

В качестве топлива в Бразилии и других странах все чаще используют этиловый спирт.

Перспективы использования  возобновляемых источников энергии  связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.

По оценкам Европейской комиссии к 2020 году в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП[3].

Согласно отчёту ООН, в 2008 году во всём мире было инвестировано $140 млрд в проекты, связанные с альтернативной энергетикой, тогда как в производство угля и нефти было инвестировано $110 млрд.

Во всём мире в 2008 году инвестировали $51,8 млрд в ветроэнергетику, $33,5 млрд в солнечную энергетику и $16,9 млрд в биотопливо. Страны Европы в 2008 году инвестировали в альтернативную энергетику $50 млрд, страны Америки — $30 млрд, Китай— $15,6 млрд, Индия — $4,1 млрд[4].

В мае 2009 года 13 % электроэнергии в США были произведены из возобновляемых источников энергии. 9,4 % электроэнергии было выработано на гидроэлектростанциях, около 1,8 % были получены из энергии ветра, 1,3 % из биомассы, 0,4 % из геотермальных источников и 0,3 % от энергии солнца[5].

В Австралии в 2009 году 8 % электроэнергии вырабатывается из возобновляемых источников[6].

Энергию можно получать не только из теплых вод тропических  или субтропических районов Мирового океана, но и из крайних северных или южных бассейнов планеты, т. е. из вод Арктики и Антарктики. Была бы только достаточная разность температур для эффективной работы тепловой машины. А разность там обычно есть, и иногда не меньше, чем в тропиках. Но не между слоями поверхностной и глубинной воды, как в тропиках.

Например, в Северном Ледовитом  океане температура в поверхностном  слое подо льдом близка к 0 °С. Ниже, на нескольких сотнях метров глубины, температура воды немного повышается и доходит примерно до 0,6 °С. Там  находится теплый промежуточный слой, образовавшийся за счет притока вод атлантического происхождения. А глубже нескольких сот метров температура воды снова понижается до минус 1 °С. Самая холодная вода встречается в Датском проливе близ Гренландии, где температура ее падает до минус 2,2 °С; такая же холодная вода бывает и в море Уэддела в Антарктике. Где же при подобных условиях взять достаточно высокую разность температур в этих широтах планеты?

На помощь энергетикам  приходит холодный воздух.

Во многих районах Арктики  большую часть года температура воздуха ниже минус 10 °С. Например, на Новосибирских островах в году бывает всего 2—4 дня с температурой воздуха выше минус 10 °С, на побережье моря Лаптевых таких дней от 10 до 14, а на архипелаге Северная Земля их только 10—12. В остальное время года здесь царствуют морозы, временами значительно превышающие минус 10 °С.

Фарадей открыл закон электромагнитной индукции с помощью постоянного  магнита в виде стержня, который  он вводил (рукой) в катушку с медной проволокой. При каждом вводе или  выводе магнита в катушку на концах ее обмотки наблюдалось возникновение  электрического напряжения. Согласно закону электромагнитной индукции, величина возникающей электродвижущей силы прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через катушку и числу витков катушки.

Закон электромагнитной индукции определил путь развития электрических  машин. Их главный принцип: чтобы  получить быстрые изменения магнитного потока, надо вращать магнит при  неподвижной катушке или, наоборот, вращать катушку при неподвижном магните. Именно так действовала первая электрическая машина, изобретенная итальянцем Граммом более 100 лет назад и спустя примерно 50 лет после открытия Фарадеем электромагнитной индукции, — так называемое «Кольцо Грамма». «Кольцом» она была названа по той причине, что в качестве якоря имела тороидальное кольцо из тонких железных проволок, вращавшееся на оси в поле подковообразного постоянного магнита. На кольце крепилось несколько катушек из медной проволоки. Кольцо приводилось во вращение рукой с помощью ременной передачи.

Грамм не мог вращать магнит, поскольку 100 лет назад магниты  должны были быть достаточно длинными. Теперь же новейшие магниты (типа РЗМ ) хорошо работают только при малой длине, поэтому конструктивно их просто привести во вращение. РЗМ — редкоземельные магниты, или магниты на основе редких земель, — самые сильные (но хрупкие) постоянные магниты. РЗМ сделаны на основе самария в соединении с кобальтом (SmCo5). Речь идет преимущественно об электрических машинах малой мощности, когда желательно избежать применения коллектора или контактных колец. Это важно для машин, длительно работающих в тяжелых условиях эксплуатации, без частых осмотров и своевременной профилактики, например велогенераторов, генераторов для тракторов и т. п. Для волновых энергетических установок также удобнее бесконтактные генераторы, особенно для установок в открытом море.

Неоспорима роль энергии  в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы – прямо или косвенно – больше энергии, чем ее могут дать мускулы человека.

Потребление энергии –  важный показатель жизненного уровня. В те времена, когда человек добывал пищу, собирая лесные плоды и охотясь на животных, ему требовалось в сутки около 8 МДж энергии. После овладения огнем эта величина возросла до 16 МДж: в примитивном сельскохозяйственном обществе она составляла 50 МДж, а в более развитом – 100 МДж.

За время существования  нашей цивилизации много раз  происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан.

Солнце светило и обогревало человека всегда: и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину. Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы древесины казались безграничными, но паровые машины требовали более калорийного «корма».

Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство  на энергетическом рынке нефти.

И вот новый виток в  наши дни ведущими видами топлива  пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или  тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что  нефть и газ будут с каждым годом стоить нам все дороже.

В погоне за избытком энергии  человек все глубже погружался в  стихийный мир природных явлений  и до какой-то поры не очень задумывался  о последствиях своих дел и  поступков.

Но времена изменились. Сейчас, начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась  энергетика «щадящая». Построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит. Заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы.

Несомненно, в будущем  параллельно с линией интенсивного развития энергетики получат широкие  права гражданства и линия  экстенсивная: рассредоточенные источники  энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении.

Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает  в себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения науки. Это  и понятно: энергетика связана буквально  со Всем, и Все тянется к энергетике, зависит от нее.

Лабиринты энергетики. Таинственные переходы, узкие, извилистые тропки. Полные загадок, препятствий, неожиданных  озарений, воплей печали и поражений, кликов радости и побед. Тернист, непрост, непрям энергетический путь человечества. Но мы верим, что мы на пути к Эре  Энергетического Изобилия и что  все препоны, преграды и трудности  будут преодолены.

Рассказ об энергии может  быть бесконечен, неисчислимы альтернативные формы ее использования при условии, что мы должны разработать для  этого эффективные и экономичные  методы. Не так важно, каково ваше мнение о нуждах энергетики, об источниках энергии, ее качестве, и себестоимости. Нам, по-видимому. следует лишь согласиться с тем, что сказал ученый мудрец, имя которого осталось неизвестным: «Нет простых решений, есть только разумный выбор».

 

 

 

 

 

 

3. Геотермальная энергетика

 

 

1. Принцип действия электростанции

 

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается вышетемператур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Хозяйственное применение геотермальных  источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Индонезии, Китае, Японии, Кении.

Основными направлениями  развития генерирующих мощностей в  энергетике страны на ближайшую перспективу  является техническое перевооружение и реконструкция электростанций, а также ввод новых генерирующих мощностей. Прежде всегоэто строительство парогазовых установок с КПД 5560% , что позволит повысить эффективность существующих ТЭС на 2540%. Следующим этапом должно стать сооружение тепловых электростанций с использованием новых технологий сжигания твёрдого топлива и со сверхкритическими параметрами пара для достижения КПД ТЭС, равного 46-48%. Дальнейшее развитие получат и атомные электростанции с реакторами новых типов на тепловых и быстрых нейтронах.

Важное место в формировании энергетики России занимает сектор теплоснабжения страны, который является самым большим  по объёму потребляемых энергоресурсов более 45% их общего потребления. В системах централизованного теплоснабжения (ЦТ) производится более 71%, а децентрализованными  источниками около 29% всего тепла. Электростанциями отпускается более 34% всего тепла, котельными примерно 50%. В соответствии с энергетической стратегией России до 2020г. планируется  рост теплопотребления в стране не менее чем в 1,3 раза, причём доля децентрализованного  теплоснабжения будет возрастать с 28,6% в 2000г. до 33% в 2020г.

Повышение цен, которое произошло  в последние годы, на органическое топливо (газ, мазут, дизельное топливо) и на его транспортировку в  отдалённые районы России и соответственно объективный рост отпускных цен на электрическую и тепловую энергию принципиально изменяют отношение к использованию НВИЭ: геотермальной, ветровой, солнечной.

Так, развитие геотермальной  энергетики в отдельных регионах страны позволяет уже сегодня  решать проблему электро и теплоснабжения, в частности на Камчатке, Курильских островах, а также на Северном Кавказе, в отдельных районах Сибири и европейской части России.

В числе основных направлений  совершенствования и развития систем теплоснабжения должно стать расширения использования местных нетрадиционных возобновляемых источников энергии  и в первую очередь геотермального тепла земли. Уже в ближайшие 7-10 лет с помощью современных  технологий локального теплоснабжения благодаря термальному теплу  можно сэкономить значительные ресурсы  органического топлива.

 В последнее десятилетие  использование нетрадиционных возобновляемых  источников энергии (НВИЭ) переживает  в мире настоящий бум. Масштаб  применения этих источников возрос  в несколько раз. Данное направление  развивается наиболее интенсивно  по сравнению с другими направлениями  энергетики. Причин этого явления  несколько. Прежде всего, очевидно, что эпоха дешевых традиционных  энергоносителей бесповоротно закончилась.  В этой области имеется только  одна тенденция - рост цен на  все их виды. Не менее значимо  стремление многих стран, лишенных  своей топливной базы к энергетической  независимости Существенную роль  играют экологические соображения,  в том числе по выбросу вредных  газов. Активную моральную поддержку  применению НВИЭ оказывает население  развитых стран.

По этим причинам развитие НВИЭ во многих государствах приоритетная задача технической политики в области  энергетики. В ряде стран эта политика реализуется через принятую законодательную  и нормативную базу, в которой  установлены правовые, экономические  и организационные основы использования  НВИЭ. В частности, экономические  основы состоят в различных мерах  поддержки НВИЭ на стадии освоения ими энергетического рынка (налоговые  и кредитные льготы, прямые дотации  и др.)

В России практическое применение НВИЭ существенно отстает от ведущих  стран. Отсутствует какая-либо законодательная  и нормативная база, равно как  и государственная экономическая  поддержка. Всё это крайне затрудняет практическую деятельность в этой сфере. Основная причина тормозящих факторов затянувшееся экономическое неблагополучие в стране и, как следствие трудности  с инвестициями, низкий платежеспособный спрос, отсутствие средств на необходимые  разработки. Тем не менее, некоторые  работы и практические меры по использованию  НВИЭ в нашей стране проводятся (геотермальная  энергетика). Парогидротермальные месторождения в России имеются только на Камчатке и Курильских островах. Поэтому геотермальная энергетика не может и в перспективе занять значимое место в энергетике страны в целом. Однако она способна радикально и на наиболее экономической основе решить проблему энергоснабжения указанных районов, которые пользуются дорогим привозным топливом(мазут, уголь, дизельное топливо) и находятся на грани энергетического кризиса. Потенциал парогидротермальных месторождений на Камчатке способен обеспечить по разным источникам от 1000 до 2000 Мвт установленной электрической мощности, что значительно превышает потребности этого региона на обозримую перспективу. Таким образом, существуют реальные перспективы развития здесь геотермальной энергетики.