Возобновляемые источники энер­гии

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, потоки энергии, постоянно существующие или периодически возникающие в окружающей среде. К основным возобновляемым источникам энергии относятся: солнечное излучение, гидроэнергия, энергия ветра, биомассы, морских и океанических течений, энергия приливов и отливов, тепловая энергия недр Земли (геотермальная энергия). Потенциальные запасы возобновляемых источников энергии намного превышают все перспективные потребности человечества в энергии, а также потенциал невозобновляемых источников энергии (органических и ядерное топливо). Использование возобновляемых источников энергии (нетрадиционная энергетика) позволит решить проблемы сокращения запасов невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов, обеспечения энергоресурсами децентрализованных потребителей и регионов с дальним завозом топлива, снижения расходов на его доставку. Технический потенциал возобновляемых источников энергии России составляет примерно 4,6 миллиарда тонн условного топлива (т.у.т.) в год (в Российской Федерации принят топливный тонно-эквивалент по углю, равный 29,3·10⁹ Дж; в Европе и США принят топливный тонно-эквивалент по нефти, равный 41,8·10⁹ Дж), что превышает современный уровень энергопотребления России, составляющий около 1,2 миллиарда т.у.т. в год.

Солнечное излучение (самый мощный источник энергии на Земле) существенно меняется в зависимости от времени суток, состояния атмосферы, времени года. Годовой поток солнечной радиации на Земле находится в пределах 3000-8000 МДж/м² в год (800-2200 кВт·ч/м²). Ежегодное количество солнечной энергии у поверхности Земли в 25 раз превышает энергию всех мировых разведанных запасов угля и в 3-5 тысяч раз больше ежегодно расходуемой человечеством энергии. В России экономический потенциал использования солнечной энергии эквивалентен 2300 миллионам т.у.т., освоено 12,5 миллионов т.у.т.

Солнечную энергию можно использовать для производства электроэнергии непосредственным преобразованием в электрическую энергию при помощи солнечных батарей (смотри также Гелиотехника, Гелиоэлектрическая станция).

Гидроэнергетические источники оценивают количеством энергии, которая может быть получена, если перегородить все крупные реки планеты, что соответствует 9802 миллиардам кВт·ч, в том числе 852 миллиарда кВт·ч (около 8,7% мировых запасов) составляет экономический потенциал гидроэнергетических ресурсов России. Наибольшими гидроэнергетическими запасами обладают Китай, Россия, США и Бразилия. В России основные гидроэнергетические ресурсы (около 80%) расположены в малообжитых районах Сибири и Дальнего Востока (освоено около 10%). Поэтому создание в этих районах крупных ГЭС представляется неоправданным как с экономической, так и с экологической точек зрения (приведёт к затоплению обширных пространств тайги). Производство современных гидроагрегатов мощностью 10-5860 кВт позволяет возобновить в России строительство малых ГЭС. Экономический потенциал использования малой гидроэнергетики эквивалентен 125 миллионам т.у.т., освоено 65 миллионов т.у.т. (на 2003 действуют около 50 микро-ГЭС мощностью от 1,5 до 50 кВт) (смотри Гидроэнергетика).

Использование энергии ветра в различных районах Земли неодинаково. В России экономический потенциал энергии ветра эквивалентен 2000 миллионов т.у.т., освоено 10 миллионов т.у.т. (смотри Ветроэлектрическая станция, Ветроэнергетика).

Биомасса, получаемая из продуктов сельского хозяйства, лесоводства, аквакультуры, промышленных и бытовых органических отходов, служит для производства энергии и биотоплива (энергетическая ферма). Основной целью переработки сырья могло бы быть исключительно производство энергии, но более выгодно использовать биомассу для получения и биотоплива (например, метилового спирта). В России экономический потенциал энергии биомассы эквивалентен 53 миллионам т.у.т., освоено 35 миллионов т.у.т. (2005). Имеются технические разработки по использованию биогаза в качестве автомобильного топлива (смотри Биогаз, Биомасса).

Океанические источники включают энергию течений на всей акватории Мирового океана, приливов, волн, смешивания пресные и солёные морские воды, разности (градиентов) температур, существующей между поверхностными и глубинными слоями воды в тропических районах океанов. Для технической реализации целесообразно освоение только наиболее крупных течений, приливов с большой амплитудой, участков океана со значительной разницей солёности между речным стоком и морской водой и с температурным перепадом в 20°С, при котором может быть эффективно осуществлён Карно цикл. На преобразовании энергии приливов основано действие приливных электростанций (ПЭС). Наиболее известны: ПЭС мощностью 240 МВт, расположенная в Бретани (Франция), и небольшая опытная станция мощностью 400 кВт в Кислой губе на побережье Баренцева море (Россия). К перспективным проектам развития приливной энергетики в России относятся Мезенская ПЭС на Белом море (19 200 МВт), Тугурская ПЭС на Охотском море (7980 МВт). В Мировом океане разность температур между тёплыми поверхностными водами и более холодными (придонными) достигает 20°С. Это обеспечивает непрерывно пополняемый запас тепловой энергии, которая может быть преобразована в другие виды (механическую, электрическую).

Геотермальные источники аккумулируют неисчерпаемое количество энергии в недрах земли. Ресурсы, пригодные для промышленного использования, разделяют на гидрогеотермальные и петрогеотермальные (смотри в статье Геотермальные ресурсы). Гидрогеотермальные источники (в том числе системы с горячей водой) распространены гораздо шире, чем системы, вырабатывающие перегретый пар (около 240°С) под давлением до 3,5 МПа, с небольшим содержанием других газов, отсутствием (или малым содержанием) воды (известные также как системы сухого пара). Пар, обычно высокого качества (содержит незначительное количество твёрдых частиц), можно направлять сразу же после извлечения из недр в обычную паровую турбину для производства электроэнергии. Первая в России Паужетская ГеоТЭС мощностью 5 МВт, доведённая впоследствии до мощности 11 МВт, создана в 1967 году на южной оконечности полуострова Камчатка. На Верхнемутновской ГеоТЭС мощностью 12 МВт и Мутновской ГеоТЭС мощностью 80 МВт (Камчатка) в качестве теплоносителя используется пар местного месторождения (давление 0,8 МПа). В 1989 году на Северном Кавказе создана опытная Ставропольская ГеоТЭС, где в качестве теплоносителя применяется термальная вода с температурой 165°С, добываемая с глубины 4,2 км. Функционирует океанская ГеоТЭС на острове Итуруп (Сахалинская область) суммарной мощностью 30 МВт. Находится в эксплуатации Курильская ГеоТЭС мощностью 0,5 МВт. Месторождения парогидротермальных источников имеются в России только на Камчатке и Курилах, поэтому геотермальная энергетика не может играть значительную роль в масштабах страны, однако для указанных районов, энергоснабжение которых целиком зависит от привозного топлива, геотермальная энергетика способна радикально решить проблему энергообеспечения (смотри также Геотермальная электростанция).

Экологический аспект. Существует мнение, что выработка электроэнергии за счёт возобновляемых источников представляет собой абсолютно экологически «чистый» вариант. Это не совсем верно, так как эти источники энергии обладают принципиально иным спектром воздействия на окружающую среду по сравнению с традиционными энергоустановками на органическом топливе. Использование возобновляемых источников энергии может привести к изменению теплового баланса, затемнению больших территорий солнечными концентраторами (солнечная энергия); шумовым воздействиям, локальным климатическим изменениям, опасности для мигрирующих птиц и насекомых (ветроэнергетика); выбросу твёрдых частиц, канцерогенных и токсичных веществ, диоксида углерода, биогаза (биоэнергетика); появлению биологических аномалий под воздействием гидродинамических и тепловых возмущений, периодическому затоплению прибрежных территорий, эрозии побережья, смене движения прибрежных песков (гидротермальная энергетика, энергия приливов, волн); изменению уровня грунтовых вод, оседанию почвы, заболачиванию (геотермальная энергетика) и др.

Лит.: Бойлс Д. Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки. М., 1987; Васильев Л. Л., Гракович Л. П., Хрусталев Д. К. Тепловые трубы в системах с возобновляемыми источниками энергии. Минск, 1988; Андреев В. М., Грилихес В. А., Румянцев В. Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Л., 1989; Сичкарев В. И., Акуличев В. А. Волновые энергетические станции в океане. М., 1989; Лабунцов Д. А. Физические основы энергетики. М., 2000.