Наиболее перспективные виды биотоплива с точки зрения возможности производства электроэнергии в России.

Производство пеллет. Использование древесины. Россия может стать крупным экспортером древесной щепы и пеллет для Европы и других стран. Россия — мировой лидер по лесным ресур­сам — обладает четвертой частью мировых запа­сов древесины, оцениваемых в 82 миллиарда м³ или 41 млрд. т. Леса занимают 2/3 территории России, их площадь составляет 1,2 млрд. га.

В целях энергетики без нанесения ущерба для лесных плантаций можно перерабатывать, как минимум, до 0,16% ежегодно, или 130 м³ древесины (65 млн. т). Стоимость экспорта та­кого количества может составить 3,9 млрд. EURO, а энергоемкость — 1,1*1018 Дж. Наиболее распространенным является перевод котельных с жидкого топлива или угля на древесные отходы, что требует реконструкции топочных устройств и создания необходимой инфраструктуры хранения и подготовки топлива. Сейчас в России появляются специальные котельные для сжигания древесных отходов достаточно крупного размера, сконструированные по новым технологиям, КПД которых достаточно высок.

Для производства пеллет можно использо­вать солому злаковых и крупяных культур, мас­са которой ежегодно составляет 80 - 100 млн. т.

Экспорт пеллет только из половины этой мас­сы может дать до 1,2 млрд. EURO. Суммарные же потенциальные возможности от производ­ства и экспорта пеллет для России могут соста­вить 5,1 млрд. EURO в год.

Однако переработка соломы и древесины в таком объеме требует больших инвестиций для создания производственных мощностей и инф­раструктуры.

 

Газогенерация и пиролиз. Предварительные расчеты, проведенные в Принстонском университете, показывают, что турбогенераторы, работающие на продуктах газификации биомассы, могут успешно конкурировать с традиционными тепловыми, ядерными и гидравлическими энергоустановками. Наиболее перспективными областями применения таких турбогенераторов уже в ближайшем будущем могут стать отрасли экономики, в которых скапливаются большие объемы биомассы (в частности, сахарные и винокуренные заводы, перерабатывающие сахарный тростник). В этой области биоэнергетики и в создании современного оборудования для газификации твердой биомассы (древесины, лузги, ТБО) в Рос­сии достигнуты вполне реальные успехи.

Компанией «ЭНЕРГОТЕХНИКА» создано несколько типов газогенераторов:

газогенератор Г-3М мощностью 4 МВт, ис­пользующий в качестве топлива лузгу подсол­нечника. Расход топлива — 30 т/час, к.п.д. 86%, место установки — г. Пологи Запорожс­кой обл., Украина;

газогенератор Г-50 мощностью 100 кВт с рас­ходом топлива 40 кг/час, к.п.д. 76% и выхо­дом сухого газа 70 м³/час;

газогенератор УТГ-600 мощностью 600 кВт с к.п.д. 83%, расходом топлива 380 кг/час и выходом сухого газа 500 м³/час (рис. 1.2).

При переработке вышеуказанных потенци­альных объемов древесины и соломы метода­ми газификации в «синтезгаз» можно получать в год до 85 млрд. м³ «синтезгаза» на сумму 15 млрд. EURO[15].

Производство биогаза. В силу целого ряда топливно-энергетических, экономических, экологических и климатических причин в России (ранее в СССР) с начала 80-х го­дов в соответствии с решениями Правительства ведущее место в направлении использования био­массы для целей энергетики, помимо газифика­ции древесины и лигно-целлюлозных материа­лов, занимало развитие биогазовых технологий по производству биогаза, тепловой и электричес­кой энергии из органических отходов сельскохо­зяйственного производства, пищевой и легкой промышленности, а также стоков и твердых бы­товых отходов городов. В данном направлении были достигнуты ощутимые практические ре­зультаты, позволяющие внедрять эти технологии в любой глубинке России, в любом маленьком го­родке, деревне или отдельном хуторе.

Россия ежегодно накапливает до 300 млн. т (по сухому веществу) органических от­ходов: 250 млн. т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн. т — ТБО, являющих­ся прекрасным сырьем для производства био­газа. Потенциальный объем ежегодно произ­водимого биогаза может составить 90 млрд. м³, что эквивалентно 40 млн. т н. э. на сумму 20 млн. EURO. Общая потенциальная сто­имость производимых в России биотоплив (сингаз и биогаз) может быть доведена до 35 млрд. EURO в год.[16]

 

Энергия воды (мини-ГЭС)

В соответствии с общепринятой международной классификацией к микро-ГЭС относят гидроэнергетические агрегаты мощностью до 100 кВт, а к малым от 100 кВт до 10 МВт.

В последние годы достигнут значительный технический прогресс в разработке малых гидроагрегатов, в том числе в России, что открывает новые возможности для возрождения малой гидроэнергетики. Разработанное оборудование удовлетворяет повышенным техническим требованиям, в том числе: обеспечивает возможность работы установок, как в автономном режиме, так и на местную электрическую сеть, полностью автоматизировано и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, обладает повышенным ресурсом работы (до 40 лет, при межремонтных периодах до 5 лет).

Разработан широкий спектр современных гидроагрегатов с различными типами рабочих колес, обладающих повышенным кпд в широком диапазоне рабочих напоров (от 1,5 до 400 м) и расходов воды.

Помимо использования малых рек, одним из интересных новых применений микро- и малых ГЭС является их установка в питьевых водопроводах и технологических водотоках предприятий, водосбросах ТЭЦ, а также на промышленных и канализационных стоках. Такая возможность может быть реализована в тех водотоках (продуктопроводах), где требуется применение гасителей давления. Вместо гасителей целесообразна установка микро-ГЭС, вырабатывающих электроэнергию для собственных нужд производства или в сеть за счет избытка давления в водотоке. [17]

 

Приливная энергия

Энергия морских приливов преобразовывается в электрическую энергию с использованием приливных электростанций, использующих перепад уровней "полной" и "малой" воды во время прилива и отлива. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями, энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов. Основное преимущество электростанций, использующих морские приливы, состоит в том, что выработка электроэнергии носит предсказуемый плановый характер и практически не зависит от изменений погоды. [18]

В качестве перспектив развития приливной энергетики в России следу­ет отметить проекты Мезенской ПЭС на Белом море (19200 МВт), Тугурской ПЭС на Охотском море (7980 МВт). Колоссальные мощности проектируемых ПЭС, обусловленные природными условиями, требуют большое число (по нескольку сотен) гидроагрегатов на каждой станции, длительные сроки строительства, огромные капиталовложения как непосредственно в строи­тельство ПЭС, так и в мероприятия по их адаптации в рамках энергосисте­мы). Все это делает создание этих ПЭС предметом отдаленного будущего.

 

Геотермальная энергия

Геотермальное теплоснабжение является достаточно хорошо освоенной технологией. Преобразование внутреннего тепла Земли в электрическую энергию осуществляют геотермальные электростанции (ГеоЭС).

Источники глубинного тепла - радиоактивные превращения, химические реакции и др. процессы, происходящие в земной коре. Температура пород с глубиной растет и на уровне 2000-3000 м от поверхности Земли превышает 100°С. Циркулирующие на больших глубинах воды нагреваются до значительных температур и могут быть выведены на поверхность по буровым скважинам. В вулканических районах глубинные воды, нагреваясь, поднимаются по трещинам в земной коре. В этих районах термальные воды имеют наиболее высокую температуру и расположены близко к поверхности, иногда они выделяются в виде перегретого пара

Современные экологически чистые ГеоЭС исключают прямой контакт гео­термального рабочего тела с окружающей средой и выбросы вредных парниковых газов (прежде всего СО₂) в атмосферу. С учетом лимитов на выбросы углекислого газа ГеоЭС и ГеоТС имеют заметное экологическое преимущество по сравнению с тепловыми электростанциями, работающими на органическом топливе.

Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех трех целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

Какие проблемы возникают при использовании подземных термальных вод? Главная из них заключается в необходимости обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

Итак, достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.

Использование геотермальных ресурсов в мире. В 2004 г. суммарная установленная электри­ческая мощность ГеоЭС в мире составила 8785 МВт (э). За последние 30 лет ежегодный прирост мощностей составил 7%. В 27 странах мира используют геотермальное тепло для по­лучения электроэнергии. В табл.1.3. представле­ны данные об установленных мощностях и про­изводстве электроэнергии на геополях мира[19]. Ожидается, что суммарная установленная мощ­ность ГеоЭС в мире к 2010 г. может составить 20000 МВт (э).

В последнее десятилетие активно развивают технологии прямого использования геотер­мальных ресурсов в теплоснабжении. С 1995 по 2004 год суммарная установленная мощ­ность геотермальных систем теплоснабжения возросла от 8667 МВт (т) до 19300 МВт (т). Это связано, прежде всего, со значительным увеличением количества геотермальных теп­ловых насосов, особенно в США.

В Исландии 86% потребностей теплоснаб­жения обеспечивается геотермальными ресур­сами. В Турции суммарная мощность систем геотермального теплоснабжения составляет 820 МВт (т), а к 2010 году планируется довес­ти до 3500 МВт (т), что позволит за счет георе­сурсов обогреть около 30% жилых помещений страны. Предполагается, что к 2010 г. сум­марная мощность геотермальных систем теп­лоснабжения достигнет почти 45000 МВт (т).

Таблица1. 3

Производство электроэнергии и тепла в мире на основе геотермальных ресурсов

 

 

 

	Электроэнергия	Тепло
Континент	Установленная мощность, МВт (э)	Общее про­изводство	Установленная мощность, МВт (т)	Общее про­изводство
ГВт • час/год	%	ГВт-час/год	%
Африка			2,1			0,8
Америка			44,8			15,8
Азия			33,5			41,3
Европа			12,8			38,6
Океания			6,8			3,5
Всего:

 

Геотермальные ресурсы России. Россия, наряду с огромными ресурсами орга­нического топлива, располагает также значитель­ными запасами тепла Земли (Рис 1.3).

Недра России хорошо исследованы, и сегод­ня известны основные ресурсы тепла земли, ко­торые имеют значительный энергетический и промышленный потенциал. В России занима­ются проблемами использования тепла Земли почти в 50-ти научных организациях, которые находятся в ведении РАН и ряда министерств.

Еще в 1983 г. во ВСЕГИНГЕО был составлен атлас ресурсов термальных вод СССР. На терри­тории России разведано 47 геотермальных мес­торождений с запасами термальных вод, кото­рые позволяют получить более 240х103 м3/сутки и парогидротерм производительностью более 105 х103 т/сутки[20].

На территории России пробурено более 3000 скважин с целью использования геотермаль­ных ресурсов. Так, например, на Камчатке уже пробурено на геотермальных полях 365 скважин глубиной от 255 до 2266 м и израсходовано в советское вре­мя около 300 млн. USD (в современных ценах).По данным института Вулканологии ДВО РАН[21] уже выявленные геотермальные ресур­сы позволяют полностью обеспечить Камчатку электричеством и теплом более чем на 100 лет.

Наряду с высокотемпературным Мутновским месторождением мощностью 300 МВт (э) на юге Камчатки известны значительные запасы гео­термальных ресурсов на Кошелевском, Больше-Банном, а также на севере Камчатки — Киреунском месторождениях. Всего месторождения обеспечивают около 2000 МВт (э). Запасы геотер­мальных вод Камчатки оцениваются в 5000 МВт (тепловых). Сегодня особый интерес представля­ет Верхне-Паратунское геотермальное месторож­дение (горячая вода с температурой 85°С), кото­рое позволяет полностью обеспечить теплом и горячей водой г. Елизово и его район.

Чукотка также имеет значительные запасы геотермального тепла на границе с Камчатской областью. Уже открытые здесь запасы тепла Земли могут в настоящее время активно исполь­зоваться для энергообеспечения.

Курильские острова располагают значитель­ными запасами тепла Земли, которых достаточ­но для их тепло- и электрообеспечения на 50-­200 лет. На острове Итуруп много лет ведутся исследования Океанского геотермального место­рождения и уже обнаружены запасы двухфаз­ного геотермального теплоносителя, достаточно­го для производства 30 МВт (э) для удовлетворе­ния энергопотребностей всего острова на бли­жайшие 100 лет. На южном острове Кунашир имеются и используются запасы геотермально­го тепла для получения электроэнергии и теп­лоснабжения. Недра Северного острова Параму-шир менее изучены, однако известно, что и на этом острове имеются значительные запасы гео­термальной воды температурой от 70° до 95°С.

На Северном Кавказе хорошо изучены гео­термальные месторождения с температурой в резервуаре от 70° до 180°С, которые находятся на глубине от 300 до 3000 м (рис. 1.4). Много лет здесь используется геотермальная вода для теплоснабжения и горячего водоснабжения. В Дагестане в 2000 г. было добыто более 6 млн. м³ геотермальной воды. На Северном Кавказе около 500 тыс. человек используют геотермальное водоснабжение.

Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирс­кий регион также располагают запасами геотер­мального тепла пригодного для широкомасш­табного использования в промышленности и сельском хозяйстве.

В России доля геотермальной электроэнер­гии может составить, в лучшем случае, 1 -1,5%. В то же время такие районы, как Кам­чатка, Курильские острова, ряд районов Север­ного Кавказа, Калининградская область могут получать значительную часть электроэнергии за счет геотермальных ресурсов.

В то же время в теплоснабжении России доля геотермальной энергии может достигнуть 60%. На большей части территории страны имеется коммерчески пригодное геотермальное тепло.[22]