ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2009, № 1, с. 83-93
^ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ ^^^^^^^^^^^^
ГЕОЭКОЛОГИЯ
УДК 911.3: 553.9(620.9)
ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ЭНЕРГИИ
© 2009 г. Г. А. Гоголев
Институт географии РАИ Поступила в редакцию 30.05.2008 г.
Рассмотрены перспективы использования отдельных видов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России. Предложено проведение крупномасштабного национального исследования ВИЭ и создания атласов и карт. Проведено районирование территории России по потенциалу использования ВИЭ.
ВВЕДЕНИЕ
Рост числа публикаций по тематике использования ВИЭ связан с обострением глобальных экологических проблем (парниковый эффект и глобальное потепление, истощение запасов углеводородного сырья и загрязнение окружающей среды). Использование ВИЭ - не панацея от глобальных проблем, но оно может играть существенную роль в переходе на модель устойчивого развития человечества. Надо отметить, что российские авторы, как правило, связывают развитие использования ВИЭ со снабжением электроэнергией труднодоступных районов с децентрализованным энергоснабжением и районов с неустойчивым электроснабжением. При этом не рассматриваются возможности ВИЭ в районах централизованного энергоснабжения, в то время, как современное развитие рынков энергоносителей уже сделали энергию ВИЭ экономически конкурентоспособной не только в странах ЕЭС и США, но и во многих регионах Российской Федерации. Кроме того, для России следует учитывать не только ВИЭ, пригодные к преобразованию в электроэнергию, но и ресурсы ВИЭ, которые можно использовать для получения тепловой энергии.
Особый интерес ВИЭ должны вызывать у географов, так как именно природные ресурсы обуславливают развитие и размещение этой отрасли, и без разномасштабных комплексных географических исследований ресурсной базы развитие отрасли не представляется возможным.
Эколого-географические проблемы сопутствуют развитию любой отрасли промышленности, и развитие энергетики, использующей ВИЭ - не исключение. В начале XXI века использование ВИЭ нашим обществом часто рассматривается не как аспект экономического и промышленного развития, а скорее, как попытка получить более "чистую энергию", что нам представляется не совсем корректным. Кроме того, любые крупные электростанции на ВИЭ представляют определенную угрозу окру-
жающей среде, и эти риски необходимо рассматривать с не меньшим вниманием, чем при строительстве тепловых или атомных станций.
Географические проблемы развития возобновляемой энергетики ложатся не только в русло экономической, но и физической географии. Эколого-географические вопросы, связанные с развитием ВИЭ изучались крайне слабо.
Существуют зарубежные оценки потенциала различных ВИЭ на территории б. СССР, среди которых можно выделить "Атлас энергетики СССР", выпущенный Центральным разведывательным управлением США [18]. Особенно следует отметить работы последних лет сотрудников Главной геофизической лаборатории им. А. И. Воейкова [15] и П. П. Безруких [2, 3, 4] по комплексному определению ресурсов ВИЭ в Российской Федерации.
РЕСУРСЫ ВИЭ
Рассмотрим наиболее распространенные технологии получения электрической и тепловой энергии на основе ВИЭ.
Предлагаемая классификация ВИЭ (табл. 1), несколько отличается от классификаций международного энергетического агентства [17] и П.П. Безруких [3], но не противоречит им. Данная классификация не относит торф к ВИЭ, так как ресурсы торфа не возобновляются во временной промежуток человеческой жизни, хотя некоторые авторы [3, 16] относят торф к ВИЭ. Различные виды ВИЭ разделены по технологическим признакам, и даны комментарии по их технологическому использованию. Данная классификация позволяет оценить все разнообразие ВИЭ и технологий получения энергии. На основе данной классификации в этом разделе даны описания технических и географических аспектов использования ВИЭ, а далее проведено районирование территории РФ по перспективности использования ВИЭ.
83
6*
Таблица 1. Классификация ВИЭ и технологий их преобразования в энергию
Виды Области использова-
ВИЭ ния ВИЭ
Энергия Малая гидроэнергети-
водных ка
потоков Большая гидроэнерге-
тика
Энергия Индивидуальная
ветра
Промышленная
Технологии использования ВИЭ
Отрасли применения ВИЭ
Энергия солнца
Геотермальная энергия, (по [7])
Энергия морей
Энергия биомассы
Фотоэлектрическая энергия
Пассивная энергия Тепловая энергия
Низкотемпературные источники
Среднетемпературные
Высокотемпературные
Приливно-отливных течений
Волн Течений
Разницы температур Жидкая форма
Твердая форма
Газообразная форма
Станции установленной мощностью до 30 МВт
Станции установленной мощностью более 30 МВт
Станции из одного или двух-трех резервных ветрогенераторов Ветропарки, состоящие из четырех и более крупных ветрогенераторов, индивидуальной установленной мощностью более 100 КВт Физическое преобразование света в электроэнергию
Инженерная адаптация сооружений
Использование поступающего тепла для нагрева воды, приготовления пищи и т.п. Менее 90-100°С
От 90-100° до 150°С
Более 150°С
Плотинные станции
Бесплотинные станции
Различные типы станций в разработке и тестировании
Различные типы станций в разработке и тестировании
Различные типы станций в разработке и тестировании Биодизель
Биоэтанол
Биотопливо второго и третьего поколений
Дрова
Пеллеты
Биогаз
Для обеспечения электроэнергей индивидуальных потребителей Для подачи электроэнергии в сеть или обеспечения крупных промышленных, жилищно-коммунальных или военных объектов
Для получения электроэнергии и подачи индивидуальным потребителям или в сеть Для освещения, обогрева/охлаждения помещений
Используется для получения тепла напрямую или тепловыми насосами Используется для получения тепла напрямую или тепловыми насосами Используется для производства электроэнергии
Плотиной перегораживают залив и используют его, как резервуар для аккумулирования воды, затем набравшуюся воду спускают через турбины Энергию получают непосредственно из регулярно возникающих течений, без строительства плотин
Производится из масличных культур, используется либо в чистом виде либо в смеси с минеральным дизельным топливом в дизельных двигателях
Производится из сахаристых культур, используется либо в чистом виде, либо в смесях с бензином в двигателях внутреннего сгорания.
В разработке. Топливные продукты более высокой степени переработки растительного сырья, в частности древесины. Прямое сжигание биомассы обеспечивает значительную степень мирового энергопотребления для обогрева и приготовления пищи
Контролируемое сжигание спрессованных брикетов биомассы (дерева, соломы и т. п.) дает более высокое КПД, чем ее прямое сжигание
Биогаз получают при анаэробном сбраживании биомассы, используют в быту, при производстве тепловой и электроэнергии
Энергия водных потоков. Основу Российской гидроэнергетики составляют 40 станций единичной мощностью более 100 МВт. Гидропотенциал России использован примерно на 20% [11], что соответствует уровню промышленно развитых стран. Тем не менее, в работах по ВИЭ принято рассматривать только малые ГЭС - мощностью менее 30 МВт, данная работа тоже будет следовать этой традиции.
В России эксплуатируется около 300 малых ГЭС, суммарной мощностью примерно 1000 МВт [5]. Они производят 2.2 млрд. кВт-ч [3]. В 1950-1960-е годы их было около 10 тыс. За последние 20 лет в России прибавилось всего несколько малых ГЭС, в основном на Северо-западе, Северном Кавказе и Алтае. При этом малые реки составляют 94% длины речной сети России, и на них приходится 50% стока [6]. В целом в России экономический потенциал малых и микроГЭС составляет около 200 млрд. кВт-ч/год (табл. 2), но используется он пока плохо, менее чем на 1-2%.
Энергия ветра. На сегодняшний день наиболее широко используемыми являются трехлопастные горизонтальные ветрогенераторные установки мощностью от 1.5 до 5 МВт. Для снижения проектных издержек, уменьшения риска поломок индивидуальных агрегатов и уменьшения стоимости прокладки кабелей и дорог, а также в целях установки общих трансформаторных мощностей, такие крупные агрегаты объединяют в ветропарки, часто размещаемые на шельфе, где ветер сильнее, а турбу-ленция потока меньше. Подобные ветропарки негативно влияют на окружающую среду. Во-первых, они оказывают сильное шумовое воздействие, которое, впрочем, в последние годы уменьшилось благодаря улучшению аэродинамики и ограничению угловой скорости вращения лопастей. Во-вторых, они воздействуют на популяции птиц в период их миграций. В-третьих, процессы строительства и обслуживания ветропарков на шельфе оказывают сильное воздействие на морскую среду. В-четвертых, подобные ветропарки оказывают влияние на местный климат, изменяя скорость и увеличивая турбуленцию ветра.
Установка мелких единичных ветроэнергетических установок от 1 до 20 кВт, практически не оказывает негативного влияния на среду. В России следует использовать ветровую энергию в крупных масштабах. Имеются разработки, позволяющие использовать ветроагрегаты в Арктике. Единственное ограничение - старые сети, которые без модернизации не смогут принять более 20-30% энергии из-за непостоянства ее потока и необходимости быстрого включения резервных мощностей.
Энергия солнца. Солнечные фотоэлементы используются для получения электроэнергии, а коллекторы - для обогрева воды. Конечно, и те и другие получают распространение в регионах с большим количеством солнечных дней. Главными
Таблица 2. Ресурсы малой гидроэнергетики Российской Федерации (по: [5])
Потенциал, млрд. кВт-ч в год
Район Валовый Технический Экономический
Северо-Западный 81.6 31.5 24.1
Центральный 8.2 3 2
Волго-Вятский 3.4 1.3 0.9
ЦентральноЧерноземный 1.5 0.6 0.3
Поволжский 21.5 10.4 5.5
Северо-Кавказский 31.5 19.3 11.5
Уральский 34.6 17.2 11.5
Западно-Сибирский 74.7 24.6 12.5
Восточно-Сибирский 390.8 128.4 66.77
Дальне-Восточный 452 146 65.38
Всего 1105.6 382.3 200
недостатками фотоэлементов в настоящий момент являются их высокая стоимость и низкое К
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.