Производство электроэнергии с использованием возобновляемых источников
По оценке специалистов доля производимой с использованием ВИЭ ЭЭ в 1980 г. составляла около 1%, в 2005 г.— 5%, к 2020 г. достигнет 10%, а к 2060 г. — 33%. В некоторых передовых странах, где отсутствуют запасы собственных традиционных топлив, эта доля еще больше: в Дании с использованием ВИЭ уже сейчас вырабатывается 10% ЭЭ, а в ближайшие годы — до 20%.
Столь сильный прирост использования ВИЭ для производства ЭЭ объясняется, в основном, двумя причинами: исчерпанием запасов традиционных топлив, таких как нефть и газ, а также экологичностью ВИЭ, снижающих вредную нагрузку на окружающую среду.
Среди нетрадиционных и возобновляемых источников энергии следует выделить: ПЭС — приливные электростанции; ВЭС — ветроэлектростанции; ГеоЭС— геотермальные электростанции; СЭС— солнечные электростанция; ГАЭС — гидроаккумулирующие электростанция.
Важную роль в производстве ЭЭ могут выполнить биотопливные электростанции. В качестве биотоплива можно использовать:
- • топливо из биологического сырья, получаемое в результате переработки биологической массы (стеблей сахарного тростника, семян рапса, кукурузы, сои и др.)
- • твердое биотопливо: топливные гранулы и брикеты — цилиндрические прессованные изделия из древесины, соломы, другой биомассы. В основе технологии производства топливных гранул, как и топливных брикетов лежит процесс прессования измельченных отходов древесины, соломы, лузги и др.
Жидкое биотопливо получают, например, брожением. Известен способ получения этанола— спиртовое брожение органических продуктов, содержащих углеводы (виноград, плоды и т.п.) под действием ферментов дрожжей и бактерий. Аналогична переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, и проч. Реакция:
С6НпОв -э 2 С2Н5ОН + 2СО,.
В результате брожения получается раствор, содержащий не более 15% этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции. В результате получают:
- • топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации.
- • биоводород — водород, полученный из биомассы. В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бвктерии, например, Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae.
Возможно применение различных энзимов для ускорения производства водорода из полисахаридов (крахмал, целлюлоза), содержащихся в биомассе. Процесс проходит при температуре 30 °С и нормальном давлении. Себестоимость водорода около $2 за кг.
Биотопливная замена природного газа. Его получают из органических отходов, включая отходы животноводческих хозяйств и мусора, полученного от муниципальных, коммерческих и индустриальных источников, прошедших процесс анаэробного разложения. В Соединенном Королевстве биогаз производится из отходов животных, а также за счет выделяющегося на свалках газа.
В РФ производство ЭЭ с использованием ВИЗ целесообразно организовать, прежде всего, в тех удаленных районах, которые не подключены к ЭЭС. Это районы Крайнего Севера, Дальнего Востока, Сибири, Архангельской области. Завоз дизельного топлива, мазута, угля для производства ЭЭ в эти районы из-за высоких транспортных расходов делает стоимость производства ЭЭ на ТЭС неприемлемо высокой и связан с серьезными транспортными проблемами, часто решаемыми с привлечением МЧС. Использование ВИЗ в этих районах сняло бы эти трудности.
Целесообразно использовать ВИЗ и в энергонапряженных районах Центра, где часты отключения потребителей ЭЭ по тем или иным причинам. Автономность производства ЭЭ с использованием ВИЗ позволит предотвратить ущерб, наносимый потребителям ЭЭ от таких отключений.
Почему же ВИЗ в РФ распространены мало? Одна из причин — относительная дороговизна производства ЭЭ с использованием ВИЗ. Другая причина — непродуманность, недальновидность принимаемых инженерных решений. Например, малые (до 30 МВт) и микро-ЕЭС (до 100 кВт), использующие энергию воды малых рек. Такие ЕЭС эффективно работают в Европе — в Австрии, Финляндии, Норвегии, Швеции. В Китае к 2020 г. планируется построить более 40 тыс. малых ЕЭС с ежегодным вводом мощностей до 1000 МВт. В России из- за ориентации на строительство только больших ТЭС и АЭС число малых ГЭС было сокращено с 5 тыс. в 50-х гг. до 300 в 90-х гг. XX в. И только сейчас начинается процесс восстановления разрушенных и строительство новых малых и микро-ГЭС.
Производство ЭЭ с использованием ВИЗ можно совместить с решением такой серьезной экологической проблемы больших городов, как переработка отходов мусорных свалок. В год 1 человек дает порядка 250 кг бытовых отходов — в основном биомассы, что эквивалентно 50 кг угля. Скорейшее внедрение технологии утилизации этих отходов с одновременной выработкой ЭЭ — один из перспективных путей решения экологической и энергетической проблемы XXI в.
Рассмотрим важные для РФ направления производства ЭЭ с использованием ВИЭ.
