Альтернативные источники энергии: современная география и перспективы использования

Самым крупным производителем ветродвигателей  была и остается Дания, за которой  следуют Германия, США, Япония, Великобритания, Нидерланды. В последние два десятилетия  ветроэнергетика развивалась более  высокими темпами, чем энергетика, использующая остальные виды НВИЭ. Отсюда и значительный рост мощностей ветроустановок в мире. В 1981 г., когда началось их применение в американском штате Калифорния, общая их мощность составляла всего 15 тыс. кВт. К 1985 г. она возросла до 1,1 млн., к 1990 г. – до 2 млн., к 1995 г. – до 5 млн. (все такие установки давали тогда 8 млрд. кВт ч электроэнергии), а к 2000 г. – до 13 млн. кВт., в 2006 г.- -36 млн. кВт., в 2008 г.-41 млн.кВт.

География мировой ветроэнергетики  претерпела довольно существенные изменения. До середины 1990-х гг. по суммарной мощности ВЭУ (или ветроэлектростанций – ВЭС) первое место занимали США: в 1985 г. на эту страну приходилось 95 %, да и в 1994 г. – 48 % всех мировых мощностей. Почти все они сконцентрированы здесь в штате Калифорния, где находятся и самые крупные в стране отдельные ветро-электростанции и самые большие «ветровые фермы» (на одной из них размещено около 1000 ВЭУ, так что ее суммарная мощность превышает 100 тыс. кВт). Кроме того, такие установки работают в штатах Нью-Мексико, Гавайи, Род-Айленд, ведется или намечается их соружение и в нескольких других штатах.[3]                                                                                                                                                   

Однако во второй половине 1990-х  гг. мировое лидерство в ветроэнергетике  перешло к Западной Европе, где  уже в 1996 г. было сосредоточено 55 % мировых мощностей ветроэнергетических установок. Ветроэлектростанции уже работают в 14 странах Западной Европы, причем в первую их пятерку входят Германия, Дания, Нидерланды, Великобритания и Испания, но определяющая роль принадлежит двум первым из них.До начала 1990-х гг. европейское первенство удерживала страна – родоначальник ветроэнергетики – Дания. Тем не менее во второй половине 1990-х гг. Дания уступила его Германии, мощности ветроустановок которой в 1999 г. достигли 4 млн. кВт, а выработка электроэнергии на них – 6 млрд. кВт ч. К тому же в отличие от Дании, где преобладают мелкие автономно работающие установки, для Германии более характерны крупные «ветровые фермы». Больше всего их на самом «продуваемом» участке ее территории – побережье Северного моря в пределах земли Шлезвиг-Гольштейн. В 2005 г. здесь была введена в строй крупнейшая в мире ВЭУ, которая ежегодно производит 17 млн. кВтч электроэнергии. [3]

В целом еще в середине 1990-х  гг. ветроэнергетические установки  Западной Европы обеспечивали бытовые потребности в электроэнергии примерно 3 млн. человек. В рамках ЕС была поставлена задача к 2005 г. увеличить долю ветроэнергетики в производстве электроэнергии до 2 % (это позволит закрыть угольные ТЭС мощностью 7 млн. кВт), а к 2030 г. – до 30 %. Из других стран мира, имеющих перспективы для развития ветроэнергетики, можно назвать Индию, Китай и Японию в Азии, Канаду в Северной Америке, Мексику, Бразилию, Аргентину, Коста-Рику в Латинской Америке, Австралию. Но настоящий рывок в этой сфере в 1990-е гг. предприняла только Индия, которая, с одной стороны, испытывает дефицит традиционных видов топлива, а с другой – обладает значительным потенциалом ветроэнергетических ресурсов, обусловленным муссонной циркуляцией воздушных масс в сочетании с особенностями строения рельефа страны. В результате осуществления большой государственной программы строительства ВЭУ, рассчитанной на привлечение иностранного капитала, Индия  сегодня является пятой в мире страной по установленной мощности ветроэнергетических установок с показателем 9645 МВт на конец 2008 года. Причем в последние три года вводы ВЭУ в Индии примерно одинаковы — около 1800 МВт в год (рис. 1). Более 43% от суммарной мощности всех ВЭУ введено в индийском штате Тамилнад, также среди лидеров по этому показателю находятся штаты Maхараштра, Гуджарат и Kaрнатака, а на все остальные штаты приходится только 10% от мощности ВЭУ Индийское правительство давно обратило внимание на возобновляемую энергетику. Еще в 1992 г. было создано Министерство нетрадиционных источников энергии (сегодня — Министерство новой и возобновляемой энергетики, MNRE). Индия также относится к числу государств, ратифицировавших Киотский протокол.

Для поддержки возобновляемой энергетики вообще и ветроэнергетической отрасли в частности индийское правительство ввело такие стимулирующие меры, как ускоренная амортизация оборудования, налоговые льготы, льготные таможенные пошлины и акцизы, упрощенные процедуры привлечения зарубежных инвестиций, первоочередное подключение к электрическим сетям.

Государственные комиссии по регулированию  электроэнергетики (State Electricity Regulatory Commissions, SERC) индийских штатов Aндхра Прадеш, Мадхья Прадеш, Kaрнатака и Maхараштра установили привилегированные тарифы на электроэнергию, вырабатываемую ВЭУ, а также обязали региональные энергоснабжающие организации ежегодно покупать определенное количество электроэнергии (в ряде штатов это 10%), вырабатываемой возобновляемыми источниками. (рис. 2)

Рис. 2 Динамика уставленной мощности ветряных энергоустановок (ВЭУ) в Индии, 2005-2008 гг., МВт[составлена автором по источнику 8].

Еще одним важным слагаемым успешного  развития ветроэнергетики в Индии  является наличие в стране крупного производителя ВЭУ, компании Сазлон. На сегодняшний день Сазлон является не только крупнейшим производителем ветроустановок в Индии и в целом в Азии, но и пятой компанией подобного профиля в мире. Сазлон имеет производственные площадки и исследовательские центры в Дании, Голландии, Бельгии и Германии, владеет большинством акций компании REpower, известного немецкого производителя ВЭУ.

В Индии на долю Сазлон приходится почти 39% установленной мощности ВЭУ, что намного больше доли компаний Вестас (мировой лидер) и  Энеркон, не говоря уже обо всех остальных производителях. Причем Suzlon, в производственной гамме которого есть ВЭУ мощностью 600, 1250, 1500 и 2100 кВт, не только выпускает ветростанции, но также строит ветропарки и затем управляет ими. Так, например, в штате Maхараштра эта компания построила ветропарк Ванукасавад (Vankusawade) мощностью 201 МВт, а приблизительно в 30 км от города Нандурбар в этом же штате ведет строительство самого большого в мире ветропарка Дхал (Dhule) мощностью 1000 МВт, из которых более 500 МВт уже установлено (преимущественно модели S64 — 1,25 МВт). Помимо этого в Индии насчитывается свыше 150 частных ветропарков мощностью от 10 и более мегаватт, самый крупный из которых имеет мощность 161 МВт. Число таких ветропарков будет расти, так как в июне 2008 г. правительство приняло меры национальной поддержки подключения ветропарков мощностью менее 49 МВт в виде дополнительных надбавок к тарифам на электроэнергию, вырабатываемую ими [8].

В 2008 году в США было введено  в эксплуатацию 8,4 млн. кВт ветроэнергетических  установок (ВЭУ), и их суммарная установленная мощность составила 25,2 млн. кВт. Всего за два года мощность введенных ВЭУ возросла более чем в 2 раза, ведь еще в конце 2006 г. она составляла только 11,6 млн. кВт. Причем все действующие ветростанции США установлены на суше, а прибрежные ветропарки пока существуют только в виде проектов на бумаге. Стоит также отметить, что 8,4 млн кВт — это 35% от мощности станций всех видов генерации, запущенных в США в 2008 г. Благодаря такой динамике ввода в эксплуатацию ВЭУ, доля США в мировой установленной мощности ветроустановок выросла с 18% в 2006 г. до 20,8% в 2008 году. Более 28% от суммарной мощности ВЭУ, 7118 МВт, установлено в Техасе.  Еще в шести штатах мощность ВЭУ превышает 1 тыс. МВт: Айова — 2791, Калифорния — 2517, Миннесота — 1754, Вашингтон — 1447, Колорадо — 1068 и Орегон — 1067 МВт. Доля этих семи штатов в суммарной мощности — более 60%. Кроме того, еще в шести штатах мощность ветростанций находится в диапазоне от 500 до 1000 мегаватт. За последние 30 лет, проведение научных исследований и испытаний, организуемых в Соединенных Штатах в рамках Программы энергии ветра МЭ, позволило снизить себестоимость энергии ветра с 80 центов (USD) за киловатт-час до 4-6 центов за киловатт-час в настоящее время. Данный показатель, позволяет надеяться, что в ближайшие годы использование электроэнергии, получаемой на ветроэлектростанциях, станет целесообразным не только из экологических, но и из экономических соображений. Это, в свою очередь, должно стать дополнительным стимулом для разработок и внедрения новейших ветротурбин. Целью исследовательских программ по изучению энергии ветра является стремление еще больше снизить себестоимость производства электроэнергии для коммунальных служб. Поставлены задачи снизить себестоимость электроэнергии до 3 центов за киловатт-час в расположенных на суше местах с низкой скоростью ветра и до 5 центов за киловатт-час на ветротурбинах, находящихся на расстоянии от берега (в океане). Местом с низкой скоростью ветра считается место, в котором среднегодовая скорость ветра, измеряемая в 10 метрах от поверхности земли, составляет около 20 км/ч.

В Соединенных Штатах для достижения этой и других целей два основных научно-исследовательских лабораторных центра (в штате Колорадо и в штате Нью-Мексико) проводят работу с партнерами в этой отрасли и исследователями из университетов, направленную на дальнейшее продвижение технологий энергии ветра. Каждая из этих лабораторий располагает уникальными потенциальными возможностями для изобретения и внедрения новейших разработок в области использования энергии ветра. Лаборатории проводят научные исследования в таких областях, как изготовление самого современного оборудования для электростанций, проверка надежности отдельных узлов ветротурбин, аэродинамика, структурный анализ, изношенность материала. Ведутся также активные исследования с целью создания надежных систем контроля за работой отдельных ветротурбин и ветроэлектростанций в целом.

В результате исследований, проводимых в 90-е годы, глобальное производство энергии ветра возросло в 10 раз - с 3,5 гигаватт (гигаватт = 1 миллиарду ватт) в 1994 году до почти 50 гигаватт к концу 2008 года. В Соединенных Штатах выработка энергии ветра утроилась с 1600 мегаватт в 1994 году до свыше 6700 мегаватт к концу 2008 года. Этого достаточно для того, чтобы обслуживать более 1,6 миллиона домохозяйств, что существенно для энергетики Соединенных Штатов. В настоящее время также проводятся активные исследования направленные на поиск более эффективных территорий, как в прибрежных зонах, так и в местах, которые раньше не рассматривались, как пригодные для размещения турбин. Так, например, была создана карта ветров пригодных для использования в ветроэнергетике. Данное исследование показало, что на высоте более 10 метров преобладают ветры намного более мощные и стабильные, по сравнению с ветрами, наблюдающимися вблизи поверхности. Согласно данным этого исследования, в местах с наибольшим энергетическим потенциалом с каждого квадратного метра площади ежедневно можно получать более 10 кВт электроэнергии [9].

В 2008 г. Канада (территория почти 10 млн. км², население — около 31 млн. чел.) вошла в десятку стран-лидеров  по вводу ветроэнергетических установок (ВЭУ) мощностью 523 МВт. Благодаря этому суммарная установленная мощность ВЭУ в Канаде в конце 2008 г. составила 2369 МВт (11-е место в мире). А ведь еще в 2000 г. мощность ВЭУ в Канаде была всего 137 мегаватт. В провинции Онтарио (самый населенный регион страны) находится 37% установленной мощности ВЭУ Канады, второе и третье места занимают провинции Квебек и Альберта — по 20% каждая. На долю всех остальных провинций приходится всего 22% суммарной мощности ВЭУ. (рис. 3)

Рис. 3 Динамика установленной  мощности ВЭУ в Канаде, 2005-2008 гг., МВт [составлена автором по источнику10].

Наиболее крупным ветропарком  является Онтарио (Ontario Wind Power Farm), где  установлены 110 ветроустановок модели Vestas V82 единичной мощностью 1,65 МВт. Суммарная  мощность этого ветропарка, введенного в эксплуатацию в 2008 г., равна 181,5 мегаватт. Еще один мощный ветропарк — Сентениал (Centennial Wind Power Facility) в провинции Саскачеван. Этот ветропарк, пущенный в эксплуатацию в два этапа — в 2005 и 2006 гг. — насчитывает 83 ВЭУ Vestas единичной мощностью 1,8 МВт. Суммарная мощность равна 149,4 мегаватт.

В провинции Квебек расположен ветропарк Карлетон (Carleton Wind Farm), 73 ВЭУ  которого были смонтированы и введены  в эксплуатацию практически за год. Здесь работают ветроустановки американского  производства компании Дженерал Электрик (General Electric (GE)), их единичная мощность — 1,5 МВт, а суммарная мощность ветропарка — 109,5 МВт. Годовая выработка электроэнергии достигает 340 млн. кВт·ч. [10]

2.4. Геотермальные  источники энергии

Геотермальная энергия  – это разогретая вода, получаемая из земных недр, находящаяся под большим давление и способная производить энергию.

Источники геотермальной энергии отличаются не только неисчерпаемостью, но и довольно широким распространением: ныне они известны более чем в 60 странах мира. Но сам характер использования этих источников во многом зависит от их природных особенностей.

Низко– и среднетемпературные  «подземные котлы» (с температурой до 150 °C) используют в основном для обогрева и теплоснабжения: природную горячую воду по трубам подают к жилым, производственным и общественным зданиям, теплицам, оранжереям, плавательным бассейнам, водолечебницам и т. д. Термальные воды используют для прямого обогрева во многих странах зарубежной Европы (Франция, Италия, Венгрия, Румыния), Азии (Япония, Китай), Америки (США, страны Центральной Америки), Океании (Новая Зеландия). Но, пожалуй, наиболее ярким примером такого рода может служить Исландия. В этой стране, практически лишенной других источников энергии, пресные термальные воды начали осваивать еще в конце 1920-х гг., но первая в мире крупная система геотермального водоснабжения вступила тут в строй только в конце 1950-х гг. Горячую воду из почти ста глубоких скважин по специальной теплотрассе подают в столицу страны – Рейкьявик и соседние поселения. Ею отапливают жилые и общественные здания, промышленные предприятия, оранжереи и в особенности теплицы, полностью обеспечивающие потребности жителей в огурцах и помидорах и снабжающие их яблоками, дынями и даже бананами.

Высокотемпературные (более 150 °C) термальные источники, содержащие сухой или влажный пар, выгоднее всего использовать для приведения в движение турбин геотермальных электростанций (ГеоТЭС).

Первая промышленная ГеоТЭС была построена в итальянской  провинции Тоскана, в местечке Лардерелло около Пизы, в 1913 г. Затем в Италии стали работать и другие небольшие ГеоТЭС. В 1920-х гг. начали строить ГеоТЭС в Японии, в 1950-х – в Новой Зеландии и Мексике, в 1960-х – в США, в 1970-х – в Китае, Индонезии, Турции, Кении, Сальвадоре, на Филиппинах, в 1980-х – в ряде стран Центральной Америки, в 1990-х – в Австралии. Соответственно и суммарная мощность ГеоТЭС стран мира возрастала следующим образом (в тыс. кВт): в 1960 г. – 370, в 1970 г. – 715, в 1980 г. – 2400, в 1990 г. – 8770. Число стран, имеющих ГеоТЭС, уже превышает 20.

До недавнего  времени внеконкурентное первое место по количеству (около 20) и мощности (более 3,2 млн кВт) ГеоТЭС занимали США. В этой стране геотермальные электростанции работают в штатах Юта, Гавайи, но большинство их находится в северной части Калифорнии, в Долине гейзеров. Однако с начала 1990-х гг. разработки геотермальных источников в США явно замедлились, почти прекратилась практика предоставления разного рода льгот производителям и потребителям геотермальной энергии. К тому же ГеоТЭС в Долине гейзеров пострадали от падения внутреннего давления и уменьшения поступления горячего пара. Так что в последнее время строительство новых ГеоТЭС в стране не происходило [3].

С 1976 года в Сальвадоре  начала работать геотермальная электростанция Ауачапан. С годами ее мощность достигла 90 МВт. Она дает почти половину всей производимой в стране электроэнергии.

Летом 1983 года в Никарагуа заработала станция на склоне вулкана Момотомбо на северном берегу озера Манагуа.  Благодаря этому страна экономит 60 тыс. долларов в день. На северо-востоке  Коста-Рике, в горах Гуанакасте, построена геотермальная электростанция Мираваллао. Не первый год успешно работают геотермальные электростанции и на другом краю Земли. Мощность одной из них — в Новой Зеландии —составляет 200 МВт. Не намного меньше ГеоТЭС на Филиппинах [5].

Вторым мировым лидером  в области геотермальной электроэнергетики  стали Филиппины, которые уже  в 1995 г. имели несколько ГеоТЭС мощностью 2,2 млн кВт и ныне, по-видимому, по этому показателю уже обогнали США. Первая ГеоТЭС была сооружена здесь в 1977 г. (с помощью иностранного капитала). Согласно расчетам через 35 лет геотермальные электростанции этой страны должны будут удовлетворять до 30 % ее потребности в электроэнергии. Далее по размерам производства электроэнергии на ГеоТЭС следуют Мексика, Италия и Япония [1].

2.5. Энергетические  ресурсы Мирового океана

Из всех видов нетрадиционных возобновляемых источников энергии  Мирового океана наибольшее значение может иметь энергия приливов. Однако, несмотря на благоприятные природные предпосылки строительство приливных электростанций (ПЭС) пока сдерживается некоторыми факторами экономического характера. Так, при оценке экономических выгод строительства ПЭС нужно учитывать, что наибольшие амплитуды приливов-отливов характерны для окраинных морей умеренного пояса. Многие из этих побережий расположены в необжитых местах, на большом удалении от главных районов расселения и экономической активности, следовательно, и потребления электроэнергии. Нужно учитывать также и то, что рентабельность ПЭС резко возрастает по мере увеличения их мощности до 3–5 млн. и тем более 10–15 млн. кВт. Но сооружение таких станций-гигантов, к тому же в отдаленных районах, требует особенно больших материальных затрат, не говоря уже о сложнейших технических проблемах.