Энергия и мы

Известно, что цивилизация стоит на пороге энергетического кризиса. Сокращение запасов нефти и газа, загрязнение окружающей среды принуждает человечество всерьез заняться поисками новых, экологически чистых возобновляемых источников энергии.

Оптимистически настроенная часть населения верит, что энергия будущего будет получена в основном от ветра и солнца, специалисты склоняются к тому, что мир спасет водород - практически неиссякаемый источник энергии. А каковы реалии?

Рассуждаем не на пустом месте

Десять лет прошло с тех пор, как в г.Комрате инициативная группа единомышленников начала заниматься разработкой, изготовлением и опытной эксплуатацией солнечно-ветровых и биогазовых установок. За это время были созданы и опробованы десятки видов оборудования по использованию энергии ветра, солнца, биогаза.

Начиная с 1999 г. мы продолжили работу в стенах Комратского госуниверситета, где на общественных началах создали лабораторию по использованию нетрадиционных (возобновляемых) видов энергии. Одновременно с практической работой проводили факультативные занятия со студентами по этой тематике.

В 2004 г. на основе инициативной группы была создана Ассоциация энергии ветра Молдовы. Ее ряды пополнили ведущие специалисты республиканского уровня.

Более десятка ветровых и солнечных электростанций, изготовленных силами ассоциации, эксплуатируются в настоящее время в нашей стране. Эти установки обеспечивают строения, удаленные от линии электропередачи, необходимым минимумом электроэнергии (освещение помещения на охраняемой территории, работа средств связи и электронно-бытовой техники).

В центре Комрата - в парковой зоне лицея имени Гайдаржи - установлен демонстрационный комплекс солнечно-ветровых установок (фото N1). А самое главное - создан испытательный полигон солнечно-ветровых установок с одновременным реальным обеспечением Дома виноградарей необходимой энергией (фото N2).

Опираясь на многолетний опыт, но не претендуя на абсолютную истину, позвольте высказать некоторые соображения о сложнейшей системе "Энергия и мы".

Большая энергетика

Огромное заблуждение - это уверенность в том, что проблемы большой энергетики в перспективе можно решить за счет солнца, ветра, биогаза и других нетрадиционных видов энергии.

Чтобы исключить такой подход, подчеркнем еще раз: наиболее тревожной проблемой любого государства, независимо от его строя, является проблема энергетической независимости и безопасности (сюда, в первую очередь, входят энергоресурсы, генерирующие мощности и энергокоммуникации и никак не входят природно-климатические факторы).

Причем, как показывают последние события в газовой сфере, важно не только наличие технических возможностей страны закупать те или иные виды энергии, но и уровень цен на них. Ведь от этого, в конечном счете, зависят темпы экономического развития.

По оценкам специалистов, энергоемкость валового внутреннего продукта в нашей стране в 2,5 - 3 раза выше, чем в развитых странах. Это означает, что на получение единицы продукции мы тратим в 2,5-3 раза больше энергии, чем другие страны.

По этой причине острая проблема энергообеспечения страны делится на две важнейшие составляющие: во-первых, на рынке энергии всех видов найти возможность ее закупки по возможно более низкой цене; во-вторых, максимально рационально ею распорядиться.

Механизмы и пути снижения энергоемкости ВВП Молдовы хорошо проработаны Институтом энергетики страны.

Надо сказать, что газификация городов и сел на государственном уровне выполняется очень высокими темпами. Это, в свою очередь, позволяет в учреждениях и в жилых домах устанавливать самые современные отопительные приборы с КПД 92-95%, что весьма близко к теоретически возможному пределу. Значит, в обозримом будущем они не потребуют замены.

Следующим крупным резервом улучшения дел в большой энергетике является строительство теплоэнергоцентралей, для начала - во всех крупных райцентрах, работающих в режиме когенерации.

В этом случае получаем реальный выигрыш. Во-первых, КПД современных парогазовых турбин 45-55% вместо 35-36% на конденсационных электростанциях; во-вторых, попутно с выработанной электроэнергией в город направляется утилизированное тепло, и, соответственно, деньги производителю поступают за две энергоуслуги - электро- и теплоэнергию. Таким образом, общий КПД ТЭЦ составляет 70-80% вместо действующих 34%.

Комплекс мер по установке приборов учета всех видов энергии и замена устаревшего оборудования на новое гармонично завершит выполнение основных мероприятий по энергоснабжению. Только после этого можно будет говорить о возможности выпуска конкурентоспособной продукции.

Не традиционная, но и не дармовая энергия

К нетрадиционным (возобновляемым) видам энергии относятся: солнце, ветер, сухое биотопливо, биогаз, энергия рек, низкопотенциальная энергия водоемов и грунта.

Напомним природно-климатические параметры нашей страны. По данным Академии наук, в Молдове 210-230 солнечных дней в году, 65-70 пасмурных и лишь 60-65 дней без солнца. Среднегодовая скорость ветра - 3,6 м/сек.

Сразу скажу, что мы не поддерживаем диванных мечтателей, которые, лежа на этом удобном изделии, любят рассуждать о том, что если бы человечество могло использовать хотя бы 1% солнечной энергии, то стали бы ненужными ГРЭС, ТЭЦ с их длинными линиями электропередачи.

Увы, реалии намного суровей. В мировой практике неизвестно ни одного случая, когда та или иная страна обеспечивала бы себя в полном объеме возобновляемыми видами энергии.

Хотя отмечу, что есть очень интересная зависимость - при одинаковых природно-климатических условиях процент использования возобновляемых видов энергии всегда выше в экономически более развитых странах.

У большинства населения, думаю, с легкой руки журналистов, сформировалось мнение, что возобновляемая энергия - это "дармовая" энергия.

На самом же деле 1 кВт/час электроэнергии, полученной в природно-климатических условиях Молдовы нетрадиционным методом (солнце, ветер) всегда в 2-3 раза дороже, чем ее стоимость в традиционной электрической сети, но всегда, опять же в условиях нашей страны, в 5-6 раз дешевле, чем 1 кВт/час, выработанный дизельной электростанцией.

Может возникнуть вопрос - зачем же тогда этим всем заниматься? Однако он, этот вопрос, вовсе не отрицает возможности использования возобновляемых видов энергии, тем более что пример развитых в этом плане государств побуждает нас к этому.

Почему же, если уж энергия ветра, солнца, биогаза так хороши, проходит десятилетие за десятилетием, а уровень их использования остается низким?

Специалисты назовут вам ряд причин. Среди них отсутствие государственной политики в этих вопросах; отсутствие инвестиций; неблагоприятная фискальная политика; отсутствие льготных кредитов и многое другое.

Но, изучив основную литературу по этой тематике, я не пришел к выводу о прямой зависимости между этими факторами и реальными результатами. Главное, думается, в том, что человек всегда пользовался тем видом энергии, который ему был реально доступен на том или ином этапе развития.

Не было современных видов энергии - люди пересекали моря и океаны на парусах, муку мололи с помощью ветра, табак сушили с помощью солнца.

Появление мельниц с дизельным двигателем, а позднее дешевой (вот уже почти дармовой) электроэнергии, доведение линий электропередачи до каждого полевого стана начисто отбили необходимость в поддержании в работоспособном состоянии нескольких тысяч ветряных мельниц, ранее существовавших в Молдове.

Резкое повышение цен на все традиционно получаемые виды энергии на Западе давно, а у нас сравнительно недавно, заставляет по-новому взглянуть на возможности Природы.

Поскольку давать долгосрочные прогнозы - дело большой науки, приведу мнение доктора технических наук профессора О.Поварова (Россия): "Стратегия развития мировой энергетики на ближайшие 50 лет предполагает, что уже в 2020 году более 20% электроэнергии будет вырабатываться от возобновляемых источников энергии, а в 2040 году - уже 50%. При этом к концу XXI века их доля составит более 85%".

Чванство в энергетике, как и в жизни, недопустимо. Зачем пренебрегать солнечной энергией?

Кроме количества солнечных дней в году важным параметром для выработки солнечной энергии является сумма излучаемой солнцем радиации по месяцам на 1 кв м площади (таблица N1).

Чтобы не утруждать читателя самостоятельными подсчетами, скажем, что в Молдове интенсивность солнечной радиации составляет 1 200 - 1 300 кВт.ч/кв м в год.

Такие энергетически привлекательные параметры привели к тому, что еще в 60-е годы в Молдове использовались сотни водонагревательных установок, как правило, размещенных в летних лагерях отдыха детей, домах отдыха и санаториях. К сожалению, в дальнейшем, при дешевых традиционных видах энергии и отсутствии стимулов энергосбережения, эти установки были преданы забвению.

В наше время в самый раз по-новому взглянуть на все возможности использования солнечной энергии.

Этому способствует и более высокий технологический уровень изготовления солнечных коллекторов. Их КПД и срок службы значительно увеличились.

С учетом этих факторов стало абсолютно реальным использовать солнечные коллекторы в целях отопления в виде приставок к отопительным котлам в квартирах или в сфере малого бизнеса.

Да, при наших климатических условиях, с учетом реальных КПД преобразователей солнечной энергии и жестких требований рынка к соотношению цена/качество, мы никогда не сможем обогревать свои дома только от энергии солнца.

Но чванство в энергетике, как и вообще в жизни, абсолютно недопустимо. Ведь уже по сегодняшнему технологическому уровню с каждого квадратного метра солнечных коллекторов мы можем получить 500-600 кВт/ч энергии, обеспечивая экономию до 150 кг условного топлива в год.

При этом весьма современные солнечные коллекторы не являются заморской диковинкой, а выпускаются молдавским заводом "INNCOMAS" (фото N3), и их сроки окупаемости вполне приемлемы.

Следующим вариантом использования солнечной энергии является прямое преобразование ее в электрическую с помощью солнечных батарей (СБ). Этот вариант относится к высоким технологиям, ранее используемым исключительно в космосе.

По мере снижения цен на эти батареи (сегодняшний уровень цен 3,5-4$ за 1 Вт) расширяется сфера их применения.

К великому сожалению, при теоретически возможном КПД СБ 42% массово выпускаемые батареи имеют не выше 12-14%.

На базе нашего опыта смело можем утверждать, что идеальный вариант их использования - обеспечение электроэнергией бригадных домов, полевых станов, лесных кордонов, станций противоградовой защиты, других офисных зданий, удаленных от линий электропередачи более чем на 500 метров.

Прекрасный энергетический симбиоз получается в системе "солнечная батарея плюс небольшая ветровая электростанция".

Ветер, ветер, ты могуч...

Ветровая энергия является самой привлекательной. По результатам многолетних наблюдений, среднегодовая скорость ветра в нашей стране составляет 3,6 м/сек. (Атлас АН РM), при этом на севере и юге страны среднегодовые скорости составляют 4-5 м/сек.

В переводе на понятный язык, среднегодовая скорость в 3,6 м/сек. означает, что у нас порой 5-6 дней подряд длится абсолютное безветрие. Но случается так, что неожиданно возникающие импульсно-шквальные ветры вырывают деревья с корнями, сносят крыши домов, выводят из строя линии электропередачи.

И, тем не менее, проявляя чудеса технической изворотливости, использовать ветровую энергию именно с такими параметрами, придется хотя бы потому, что строительство 1 км линии электропередачи обойдется труженику малого бизнеса в 10 тысяч долларов США плюс стоимость приборов учета и пакета документов. За эти деньги можно профинансировать посадку 1 га современных виноградников и обеспечить полный уход за ними до плодоношения.

Спасением, однако, является то, что столь низкие параметры ветра Молдовы характерны для высот 10-12 м от поверхности земли. С целью уменьшения затрат на строительство мачт турбины ветроустановок размещают именно на таких высотах.

Для успешного решения задач по обеспечению подобных объектов энергией работа проводится в двух направлениях: лаборатория ветра Союза изобретателей Молдовы мун.Кишинэу (руководитель М.Поляков) разрабатывает и изготавливает самые современные роторные ветроэлектростанции высокого технологического уровня с использованием авиационных композитов с максимальным коэффициентом преобразования энергии ветра (фото N4); Ассоциация энергии ветра Молдовы, мун.Комрат, разрабатывает и изготавливает различные роторные и пропеллерные ветроэлектростанции среднего технологического уровня.

Одна из целей - добиться организации серийного выпуска маломощных ветроэлектростанций, надежных в работе и отвечающих жестким требованиям рынка по соотношению цена/качество.

Но главным вопросом в ветровой энергетике является возможность получения электроэнергии по более низким ценам, чем существующие, и непременно из местных альтернативных источников.

Получение более дешевой энергии от ветра в масштабах большой энергетики может вызвать интерес у местных и зарубежных инвесторов и, как следствие, положительно повлиять на себестоимость выпускаемой продукции.

Лаборатория "Энергия Плюс" Технического университета Молдовы, руководимая доцентом И.Собор, в течение ряда лет проводила измерения скоростей ветра в центральной и южной зонах республики на высотах 50-55 метров от поверхности земли. В результате найдены зоны максимальных среднегодовых ветров (7 и более м/cек), в которых можно устанавливать современные мощные ветроэлектростанции, работающие параллельно с другими генерирующими мощностями большой энергетики.

В странах с развитой ветровой энергетикой принято считать, что среднегодовая скорость ветра в 6 м/сек. на высоте расположения ветровой турбины является экономически оправданной.

С учетом неизбежного повышения цен на традиционно вырабатываемую электроэнергию и реальных параметров ветра на высотах более 50 м можно смело говорить о рентабельности вырабатываемой этим путем электроэнергии.

Думаю, что изучение всех приведенных технологических факторов и реальных экономических предпосылок позволит по-новому оценить возможности такого природного ресурса, как ветер.

Н.КОНСТАНТИНОВ,
руководитель Ассоциации
энергии ветра Молдовы.

Автор выражает благодарность: Министерству экологии и природных ресурсов Республики Молдова, Экологическому агентству Гагаузии за финансовую и моральную поддержку ассоциации, руководству Института энергетики РМ (Постолати В.М., Берзан В.П.) и доценту Политехнического университета Республики Молдова Собор И.В. за информационную поддержку при подготовке публикации.