Использование инновационных технологий в топливно-энергетическом комплексе России

В целом, ветряные энергоустановки  экономически целесообразно строить  в отдаленных районах, где основным источником энергии служат дизельные  генераторы. С помощью «ветряков» в сочетании с дизельными генераторами можно создать независимую энергосистему  в отдаленных районах, что ускорит  освоение этих земель. Инновации в  ветряную энергетику помогут ускорить улучшение экономической ситуации в отдаленных районах.

Очевидные выгоды от внедрения  ВИЭ в России:

• газ, нефть и уголь, потребляемые внутри страны и сэкономленные в результате ВИЭ, могут пойти на экспорт по ценам, существенно выше внутри российских; сохраняются углеводороды, запасы которых оцениваются горизонтом 50 лет (данные научных разработок Академии наук РФ);
• сохранение экологии: отсутствуют выбросы углекислого газа, метана, серных и азотных соединений; земли, на которых расположены ветропарки, не выводятся из использования;
• приток колоссальных инвестиций в Россию, где, по оценкам экспертов, имеется самый большой в мире ветроэнергетический рынок; для сравнения: оборот мирового ветроэнергетического рынка в 2008 г. составил 36 млрд. евро;
• создание новых рабочих мест и развитие новых отраслей в промышленности (металлоемкость одного ветрогенератора мегаваттного класса - более 200 тонн);
• толчок для развития научной мысли и передовых инновационных технологий; для разработки и производства конкурентоспособной продукции.

 

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика - это  отрасль мировой энергетики, связанная  с получением полезной энергии путем  преобразования солнечного излучения. Солнечное излучение бывает прямое и рассеянное.

Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу  времени, зависят от ряда факторов:

• широты
• местного климата
• сезона года
• угла наклона поверхности по отношению к Солнцу

Среднегодовое суммарное  излучение составляет: в Центральной  Европе, Средней Азии и Канаде - приблизительно 1000 кВт*ч/м2, в Средиземноморье - приблизительно 1700 кВт*ч/м2, в большинстве районов  Африки, Ближнего Востока и Австралии - 2200 кВт*ч/м2.

Преобразование солнечного излучения в полезную энергию  осуществляется путем использования  гелиоцентрических систем. Принцип  работы солнечной батареи заключается  в том, что она напрямую преобразует  электромагнитное излучение солнца в электричество. Этот процесс основан  на фотоэлектрическом эффекте, в  результате которого генерируется постоянный ток.

Все солнечные батареи  в зависимости от способа преобразования делятся на:

• фотоэлектрические преобразователи - полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество;
• солнечные коллекторы - нагревательные низкотемпературные установки, используемые как нагреватели воды для различных нужд;
• гелиоэлектростанции (ГеЭС) - солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение для приведения в действие тепловых и других машин.

Использование солнечной  энергии началось в 1960-х годах  как основного источника энергии  для спутников на околоземной  орбите. На данный момент в мире широко развита практика использования  солнечной энергии для работы водных насосов, обеспечения уличного освещения. Современные фотоэлектрические  установки работают в любую погоду. Они достигают в облачную погоду 80% своей проектной производительности, в туманную - 50%, и, даже при сплошной облачности, они вырабатывают 30% энергии.

Мировой опыт показывает, что  фотоэлементы служат экономически выгодным источником электричества для основных нужд, таких как:

• освещение;
• водозабор;
• средства связи;
• медицинские учреждения;
• местный бизнес.

Большинство компаний производителей солнечных модулей расположены  в Азии. Тем не менее, Германия лидирует как в установке, так и в производстве установок солнечных электроэнергетических систем.

В силу протяженности территории России уровни солнечной радиации в  различных регионах существенно  варьируются. Так, солнечная радиация в отдаленных северных районах составляет 810 кВт*ч/м2 в год, тогда как в  южных районах она превышает 1400 кВт*ч/м2 в год.

 

Потенциал российского рынка  значителен:

1.Сейчас более 10 млн. граждан России живут без центрального электроснабжения. Для электроснабжения 1 млн. граждан реально использовать солнечную энергию (на каждого гражданина примерно 2 кВтч/сутки), для этого необходимо установить более 500 МВт пиковой мощности фото энергосистем;

2.Вторым огромным российским потенциальным потребителем является сельское хозяйство, которое самостоятельно способно потреблять сотни мегаватт пиковой энергии солнечных батарей в год.

Автономные солнечные  энергосистемы могут быть успешно  использованы в городах и районах  с центральным электроснабжением. В развитых странах активно используется солнечная энергетика для освещения  рекламных щитов, уличного и домашнего  освещения.

Некоторые области фотовольтаики  в частном секторе стали традиционными - автономные зарядные устройства для  мобильных телефонов, ноутбуков, калькуляторов.

При всех своих достоинствах у солнечной энергетики есть существенные недостатки:

• солнечной энергетике необходимы значительные площади для функционирования (для электростанции мощностью 1 ГВт необходимо несколько десятков квадратных километров);
• поток солнечной радиации сильно зависит от широты и от климата района земли, что затрудняет повсеместное использование солнечной энергетики;
• солнечная электростанция не работает ночью, недостаточно эффективно работает в утренние и вечерние часы; для преодоления этих проблем необходимы либо эффективные электрические аккумуляторы (на сегодняшний день это не разрешенная проблема), либо строить гидроаккумулирующие станции, которые требуют также значительных площадей;
• дороговизна фотоэлементов, несмотря на то, что в период с 1990-2005 года цены на фотоэлементы снижались на 4-5% в год;
• КПД большинства гелиоэлектростанций составляет менее 20%;
• обслуживание гелиоэлектростанций требует значительных средств, так как фотоэлементы необходимо очищать от пыли;
• влияние солнечных электростанций на экологию еще недостаточно изучено.

Биоэнергетика и  другие виды

Биоэнергетика - отрасль  электроэнергетики, основанная на использовании  биотоплива. Различают следующие  виды биотоплива:

• жидкое;
• твердое;
• газообразное;
• биотопливо из водорослей.

Биотопливо производится, в отличие от нефти и газа, из возобновляемого биологического топлива - биомассы. Биомассой может быть как отходы от других производств, так  и переработанные сельскохозяйственные культуры. Современная биоэнергетика  основана на высокоэффективных технологиях  преобразования биомассы в удобные  для использования виды энергии. Годовое потребление биомассы в  мире эквивалентно потреблению 1 млрд. тонн нефти и сравнимо с уровнем  потребления природного газа.

Темпы роста производства различного вида биотоплива составляет в мире около 40% в год.

Биотопливо в мире широко используется как добавка к традиционному  топливу. Наиболее развит рынок биоэтанола. Основными центрами производства и  потребления являются Бразилия и США

ЕС продолжает наращивать производство биотоплива, но значительно  более медленными темпами, так как  столкнулся с проблемой узости сырьевой базы и, в рамках программы стимулирования возобновляемых источников энергии, сконцентрировался  на ветряной и солнечной энергетике.

Перспективы использования  биотоплива неоднозначны. С одной  стороны идет рост производства и  потребления биотоплива, государство  стимулирует переход к «зеленому» топливу. С другой стороны из-за угрозы продовольственного кризиса, который  по оценкам ОЭСР-ФАО может произойти  в 2013-2017 годах, снижает привлекательность  данного вида возобновляемого источника  энергии. С экологической точки  зрения с производством биотоплива не все ясно. Увеличение посевов  кукурузы, основного сырья для  биоэтанола в США, приводит к осушению ряда территорий, так как кукуруза забирает много влаги из почвы.

В России только недавно  начали развивать биоэнергетику. В 2008 г. был создан Федеральный центр  развития биоэнергетики по поручению  Президента Российской Федерации от 04.03.2008 г. №Пр-347, поручению Правительства Российской Федерации от 06.03.2008 г. №Пр-834 и Министерства сельского хозяйства Российской Федерации от 11.08.2008 г. №АС-13/4789 на базе Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» (ГНУ ВИМ) Россельхозакадемии.

Российским центром развития биоэнергетики был проведен частичный  мониторинг по развитию биоэнергетики  в Российской Федерации. Исходя из анализа  ситуации в регионах, можно сделать  вывод, что она позитивна. Уже  десятки хозяйств локально начинают использовать технологии, связанные  с использованием биотоплива как  альтернативу традиционным видам топлива.

Наиболее перспективным  для России считается производство твердого биотоплива, так как в  качестве сырья используются отходы сельскохозяйственного и лесоперерабатывающего  производств. Это связано, прежде всего, с состоянием сельскохозяйственного  рынка. Невозможно использовать сахарный тростник, а цены на кукурузу высоки. Традиционные культуры, такие как  ячмень, пшеница, рожь, уступают по своим  энергетически характеристикам.

В мире широко идут дискуссии  по использованию таких источников как геотермальная энергия и  энергия приливов. Данные виды энергии  можно использовать только при определенных географических условиях. Наиболее благоприятным  регионом для геотермальной энергетики является Камчатка и Курильские острова. Там уже ведется строительство  геотермальных станций.

Приливная энергетика может  развиваться только в прибрежных районах с высокой амплитудой приливов / отливов. В России с 1968 г. действует экспериментальная ПЭС  в Кислой губе на побережье Баренцева  моря. В советское время был  разработан проект ПЭС мощностью  до 87 ГВт, наиболее благоприятным местом возведения, которой является Пенжинская губа в Охотском море.⁶

 

Глава 3.Научто-техническая и инновационная деятельность в ТЭК

Научная, научно-техническая и инновационная  деятельность в отраслях ТЭК является основой повышения эффективности  функционирования энергетического  сектора страны.

Научно-техническая и инновационная  политика в энергетическом секторе  опирается на современные достижения и прогноз приоритетных направлений  фундаментальной и прикладной отечественной  и мировой науки в энергетической сфере. Развитие фундаментальных исследований - важнейшее условие создания новых  высокоэффективных технологий в  энергетическом секторе российской экономики.

Приоритетами государственной  научно-технической и инновационной  политики в отраслях ТЭК в прогнозируемый период являются:

• воссоздание и развитие научно-технического потенциала, включая фундаментальную  науку и прикладные разработки, модернизацию экспериментальной базы и системы  научно-технической информации;

• создание благоприятных условий  для развития инновационной деятельности, направленной на коренное обновление производственно-технологической базы ТЭК, ресурсосбережение и улучшение  потребительских свойств продукции  топливно-энергетического комплекса;

• совершенствование всех стадий инновационного процесса, повышение  востребованности и эффективности  использования результатов научной  деятельности;

• защита прав на результаты научно-технической  деятельности;

• использование потенциала международного сотрудничества для применения лучших мировых достижений и вывода отечественных  разработок на более высокий уровень;

• сохранение и развитие кадрового  потенциала и научной базы, интеграция науки и образования.

Для достижения указанных приоритетов  научно-технической и инновационной  политики необходимо:

• выявление и экономическая  поддержка перспективных направлений  научно-технической и инновационной  деятельности и критических технологий в ТЭК с учетом их прогнозируемой эффективности и мировых тенденций. Реализация указанных направлений  осуществляется через федеральные  целевые научно-технические и  различные инновационные программы  и проекты;