Вопросы энергосбережения в РК становяться актуальными

размер шрифта: Aa | Aa
17.10.2007 00:18
В настоящее время нет другой столь же важной в науке, технике и индустрии отрасли, как энергетика. С ХХ века развитие цивилизации характеризуется ростом энергопотребления, а на данном этапе оно становится стремительным. Развивающийся мир стремится обеспечить своих граждан такими же благами цивилизации, как и в высокоразвитых странах. Годовой объем потребления достиг около 10 млрд. т условного топлива, или 7 1013 кВт/час, и он постоянно растет.

В США на человека в среднем расходуется 10 кВт/час электроэнергии в день. Уровень потребления в слаборазвитых странах в десятки раз меньше, но в них проживает 2/3 населения Земли. Если тенденция выравнивания уровней будет продолжаться, то даже без учета роста удельного потребления в передовых странах общие потребности в энергии вырастут в несколько раз и к 2020 г. достигнут 34 млрд. т условного топлива. Поэтому сейчас все труднее сохранить высокий темп развития энергетики путем использования лишь традиционных ископаемых источников энергии.

До скончания века…

Обычно такое выражение используют, когда говорят о бессрочности периода службы предмета, объекта или постоянстве человеческих отношений. Но век службы энергии иной. Трудно точно рассчитать, на сколько лет человечеству хватит запасов нефти и природного газа, но эксперты считают, что осталось менее 100 лет. Если существующие тенденции сохранятся, то годовое потребление нефти в мире к 2018 г. достигнет 3 млрд. т.

Безудержный рост энергетики, использующей природные запасы топлива, очень опасен – он может вызвать тепловой «перегрев» Земли и необратимые изменения климата. Рост энергопотребления может привести к увеличению температуры на поверхности Земли. Нарушение энергобаланса планеты может привести к опасным, необратимым изменениям климата. Нашему будущему из-за атомной, газовой, нефтяной и угольной энергетики грозит не только исчерпание источников, но, прежде всего,  "тепловое загрязнение" планеты. Даже допуская, что промышленные запасы существенно возрастут благодаря открытию новых месторождений, геологи приходят к выводу, что к 2030-2040 годам будет исчерпано 80% разведанных мировых запасов нефти.

Запасов угля гораздо больше, чем нефти и природного газа, однако они так же не безграничны. В отличие от нефти потребление угля существенно увеличилось не только в развивающихся, но и в промышленно развитых странах. По существующим прогнозам, если потребление угля будет расти нынешними темпами, то его запасов не хватит и на 200 лет. Возобновляемые и альтернативные источники составляют сегодня малую часть, однако их ресурсы весьма значительны, поэтому имеющийся баланс используемых источников энергии необходимо существенно изменить.

(Слайды 1, 2, 3).

Перспективное будущее с точки зрения способа производства электроэнергии есть только у одной области – возобновляемой энергетики. Она не оказывает значительного  влияния на изменение теплового баланса планеты.

Энергия будущего

Общая мощность солнечной радиации, достающаяся на долю нашей планеты, составляет 1.7*1014 кВт, что более чем в 14 000 раз больше современного мирового энергопотребления. Если суммировать всю солнечную энергию, которую наша планета получает за один год, то она составит 1018 кВт/ч, что примерно в 10 раз больше энергии всех разведанных и прогнозируемых ископаемых топлив, включая и расщепляющиеся вещества.

В качестве примера возьмем такой энергоемкий город, как Нью-Йорк. На его территорию солнечной энергии излучается в двадцать раз больше объемов используемой традиционной энергии в этом же городе на сегодняшний день. Чтобы обеспечить Россию электроэнергией на уровне современного потребления, солнечными батареями надо занять площадь чуть меньшую, чем территория Москвы. А чтобы обеспечить все современное мировое потребление электричества (либо общее энергопотребление), надо собрать солнечные батареи на площади около 200х200 (или 600х600) км2.

Прогнозы развития мировой энергетики предсказывают все возрастающую долю возобновляемых источников в будущем. Доля возобновляемых источников энергии, среди которых солнечная энергия играет основную роль, будет неуклонно расти и, по прогнозам, к концу XXI века может составить более 65%. Привлекательность альтернативной энергетики обусловлена рядом обстоятельств. Она доступна в каждой точке нашей планеты, рациональна для всех стран, так как отвечает их интересам в плане энергетической независимости. Это экологически чистый источник энергии, позволяющий использовать его во всевозрастающих масштабах без негативного влияния на окружающую среду.

Это практически неисчерпаемый источник энергии, который будет доступен и через миллионы лет. (Слайды 5, 6).

В развитых странах темпы роста основных отраслей возобновляемой энергетики (ВЭ) весьма высоки и составляют до 65% в год (Слайд 7). Возобновляемая энергетика основана главным образом на нескольких формах: ветроэнергетика, солнечные тепловые низкопотенциальные системы, фотоэнергетика, биогаз, малая гидроэнергетика, геотермальная энергетика.

В 2003 году инвестиции в ВЭ распределились следующим образом: 38% — ветроэнергетика; 21% — горячее водоснабжение за счет энергии Солнца; 24% — фотоэлектрика; оставшиеся 17% — малые ГЭС, биомасса и геотермальная энергетика. Около 40% мощностей ВЭ находится в развивающихся странах. При сохранении нынешних темпов уже к 2050 году возобновляемые источники энергии смогут обеспечить 50% мирового потребления первичной энергии.

В последние три года ежегодные темпы роста производства оборудования для ветровой и солнечной энергетики составляют более 30%, тогда как мировая экономика в целом растет на 4% в год. В 2003 году в возобновляемую энергетику было инвестировано $22 млрд., в 2005-м — уже $30 млрд. Для сравнения: общий объем инвестиций в электроэнергетический сектор составляет приблизительно $120-160 млрд. в год. Сегодня в возобновляемую энергетику инвестируют не только нефтяные гиганты, такие, как British Petroleum или Shell, но и компании, не имеющие прямого отношения к энергетической сфере, например, Toshiba, General Electric, Mitsubishi. Фактически, это признание ВЭ инвестиционно выгодной и перспективной отраслью.

Казахстанский потенциал

В последние годы рост потребления электроэнергии в Казахстане был устойчивым. Прогнозируется значительный рост до 2010-2015 годов. Однако глобальные проблемы с энергетикой, которые могут привести к деформированию экономики многих стран, в том числе и Казахстана, не за горами. Из страны, экспортирующей энергоносители, Казахстан может трансформироваться в государство импортирующее энергетические установки возобновляемого типа.

Если учесть, что неисчерпаемым источникам возобновляемой энергетики не свойственны проблемы истощения запасов, то можно говорить об отсутствии основной причины, вызывающей повышение цен на производимую электроэнергию. В то же время увеличение рынка ВЭ и развитие новых технологий в области ВЭ будет приводить к понижению цен на энергию. Кроме того, ВЭ позволит сохранить экологию и сберечь запасы углеводородов для развития производств по широкому ассортименту продукции (одежда, лечебные средства, машинные масла и горючее, органические и химические вещества, пластмассы и т.п.). Потенциал  возобновляемой  энергетики  в республике весьма высок.

Казахстан имеет благоприятные географические факторы и потенциал нетрадиционных источников возобновляемой энергии для развития альтернативной энергетики.

По потенциалу солнечной энергии Казахстан занимает ведущее место в мире. Как большая часть субрегиона Центральной Азии, Казахстан занимает территорию свыше 2,7 млн. км2 с благоприятными географическими и климатическими условиями для развития возобновляемых источников энергии, таких, как солнечная и ветроэнергетика. Количество солнечных дней составляет до 300 дней в году при интенсивности солнечного излучения 1300-1800 кВт/м2 в год..

 

Под могучими ветрами

Использование энергии ветра как отрасль энергетики в Казахстане отсутствует. Обширная территория Казахстана с низкой плотностью населения, где имеются более 5 тысяч поселков и большое количество крестьянских хозяйств, зимовок скота не обеспечена электроэнергией. Потери электроэнергии в сетях при питании мелких, удаленных от центральных энергосистем потребителей достигают 20–30%. Отсутствие местных энергоисточников отрицательно сказывается на обустройстве автомобильных и железных дорог международного транспортного коридора и государственной границы.

Казахстан имеет большие ресурсы ветровой энергии, которые в сотни раз превосходят современное электропотребление в стране, и располагает прекрасными возможностями для использования ветровой энергии. Энергетический потенциал ветра на территории Республики Казахстан оценивается на уровне 1,8 трлн. КВт•ч в год, например, потенциальные ресурсы по Южному Казахстану: Алматинская – 3100 млрд. кВтч•год, Жамбыльская – 1800 млрд. кВтч•год, Южно-Казахстанская – 1100 млрд. кВтч•год, Кызылординская – 2700 млрд. кВтч•год, что значительно превышает годовую выработку электроэнергии в 2005 г - 68 млрд. кВт•ч.

Наибольшая скорость ветра по Казахстану наблюдается в районе Жаланашколь, где средняя годовая скорость ветра составляет 8,0 м/с, а число дней, в которые скорость ветра превышает 8,0 м/с, составляет 253 дня. Особенно хорошие возможности для крупной разработки источников ветровой энергии имеются в месторасположении Джунгарских ворот и Шелекского коридора. Здесь скорость ветров в среднем за год составляет от 7 до 9 метров в секунду и от 5 до 9 метров в секунду. Соответственно, имеется хорошая корреляция сезона ветров с потребностью в электроэнергии, развит местный рынок спроса на электроэнергию и проходят существующие линии передачи электроэнергии. Проведенные совместно с независимыми экспертами из Дании (Институт атмосферы RISO) исследования по изучению ветропотенциала Джунгарских ворот и Шелекского коридора дали результаты, превышающие в 1,5-2 раза потенциалы лучших зарубежных площадок.

Все реки текут

Большое значение имеют малые гидроэлектростанции, мощность которых составляет менее 10 МВт. По результатам обследований, на сегодня существуют по крайней мере 453 потенциальных створа малых ГЭС с общей возможной мощностью 1380 МВт и средней годовой выработкой электроэнергии около 6 ТВт•ч. Некоторые из них предусматривают использование существующих ирригационных каналов, что потребует меньших затрат, ресурсов и времени на их осуществление. Только по Алматинской области энергоресурсы малых рек составляют более 2 млрд. кВт•ч.

Экономический потенциал микро- и мини-ГЭС составляет примерно 10% от общего экономического потенциала возобновляемых источников энергии. Но используется этот потенциал в нашей стране менее чем на 0,1%. Гидропотенциал Казахстана довольно велик и оценивается примерно в 170 ТВт в год, на сегодня из них вырабатываются лишь 7-8 ТВт в год (8860,9 млн. кВт•ч. в 2002 г.).

Микро-ГЭС и малые ГЭС имеет самую низкую себестоимость производства электроэнергии из всех видов возобновляемых и традиционных источников энергии.

 

Биоэнергетика

Биоэнергетика также имеет высокий потенциал в Казахстане. В целом по стране годовой выход животноводческих и птицеводческих отходов по сухому весу – 22,1 млн. т, это 8,6 млрд. м² биогаза. Растительных отходов в Казахстане за год накапливается 17,7 млн. т, что эквивалентно 14–15 млн. т условного топлива, или 12,4 млн. т мазута. Для получения биотоплива возможно также использование сельхозпродукции растениеводства.

 

 Фотоэнергетика

Природные условия Казахстана благоприятны также для развития фотоэнергетики и низкопотенциального тепла. Количество солнечных часов составляет 2200-3000 часов в год, а суммарная дневная радиация при реальных условиях облачности в республике составляет 3,8-5,2 кВт•ч/м2, что делает возможным использование панелей солнечных батарей, портативных систем фотоэлектроисточников и солнечных нагревателей воды в сельской местности, на животноводческих отгонах.

Для сравнения: среднее количество солнечных часов во Вьетнаме 2200 ч (2,4-5,9 кВт•ч/м²), Китае – 2500 ч (4,5-6 кВт•ч/м²), в Германии, Великобритании, Норвегии, Японии  – менее 1000 ч в год.

Сопоставление позволяет однозначно установить перспективность природных условий для развития фотоэнергетики в Казахстане. В то же время по энергообеспеченности на душу населения, по данным на 2002 г., ряд областей республики (Акмолинская, Алматинская, Жамбылская, Западно-Казахстанская, Северо-Казахстанская и Южно-Казахстанская) попадают в разряд районов, которые можно отнести к энергодефицитным (приходится менее 2 кВт•ч в сутки на человека, тогда как в среднем по стране этот показатель в 5 раз выше). Для повышения энергообеспечения населения можно использовать автономные фотоэнергетические установки.

 

Аргументы в пользу ВЭ

Основные мотивы разработки возобновляемых ресурсов в Казахстане заключаются в замещение импорта электроэнергии, особенно в южных регионах, экологически чистыми и конкурентоспособными возобновляемыми энергетическими ресурсами;

в расширении доступа к электроэнергии населения отдаленных населенных пунктов и кочевий. Это возможно сделать посредством применения бытовых солнечных батарей на фотоэлементах.

ВЭ обеспечивает также защиту экосистемы страны путем уменьшения зависимости от выработки электроэнергии на основе угля (составляющей в настоящее время около 85%), которая оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Снижение потерь на линиях электропередачи и усовершенствование стабильности и надежности через монтаж распределительных и терминальных станций, генерирующих электроэнергию с использованием возобновляемых энергетических ресурсов.

 

Для развития возобновляемой и альтернативной энергетики в Республике Казахстан необходимо:

• обеспечить разработку технологий в области ВЭ и их промышленное внедрение на существующих предприятиях;

• создание новых производств в области ВЭ, необходимой инновационной инфраструктуры, обеспечивающей развитие, интеграцию и специализацию участников выбранных направлений ВЭ, определение правовых и законодательных мероприятий, направленных на продвижение продукции и услуг, и упрощение регистрации организаций, специализирующихся в области ВЭ, субсидирование расходов на внедрение технологий ВЭ, в том числе в виде льготного налогообложения.

При реализации стратегии развития возобновляемой энергетики будут получены значительные результаты. Планируется:

• создание инновационной инфраструктуры, состоящей из национальной лаборатории и национального центра ОКР по возобновляемой энергетике, а также существующих научных, образовательных организаций, технопарков и других инновационных центров Республики Казахстан с привлечением ведущих зарубежных научных центров;

• создание системы подготовки и переподготовки научных кадров и высококвалифицированных  специалистов и менеджеров в области возобновляемой энергетики;

• создание и освоение производства ветроводоподъемных и ветроэнергетических установок для местного энерго- и водоснабжения, адаптированных к ветровым условиям Казахстана;

• создание и освоение производства (строительства) различных типов мини- и микро-ГЭС с самоориентирующимися лопастями и высоким коэффициентом использования энергии водопотока для электроснабжения домов, малых предприятий и сельских хозяйств;

• разработать технологию получения и производства технического кремния;

• разработать технологию получения силана, его очистки, получения и производства солнечного кремния;

• организовать опытно-промышленное производство кремниевых солнечных элементов и модулей;

• разработать децентрализованную (автономную) комбинированную систему энерго-, тепло- и водоснабжения для отдаленных малых и средних формирований на базе НВИЭ – энергии биомасс, энергии ветра и малых рек;

• разработать экологически чистую технологию по переработке и обеззараживанию сельскохозяйственных отходов и внедрить технологию получения биогаза, биодизеля и биоэтанола;

• разработать нормативные, правовые и законодательные акты и документы, направленные на продвижение продукции и услуг и упрощение регистрации организаций, специализирующихся в области возобновляемой энергетики;

• провести государственное субсидирование расходов на внедрение технологий возобновляемой энергетики, в том числе в виде льготного налогообложения.

Разработки в области ВЭ, имеющиеся в Казахстане 

Ветроэнергетика

Специалисты в Казахстане имеют опыт создания ветроэнергетических агрегатов. Имеется определенный задел по развитию технологии конструирования и изготовления ветроэлектрических установок. РГП «Научно-производственный центр механизации сельского хозяйства» разработало и изготовило ряд образцов установок с улучшенными свойствами и системой буревой защиты.

Разработанные в Алматинском институте энергетики и связи опытные виндроторные установки мощностью 2-20 кВт и турбовинтовые модульные установки мощностью 1-60 кВт были запущены в разное время в Капшагае, Шымбулаке, с. Чилике, Алаколе, Достыке.

Предложена новая система буревой защиты, принципиально отличающаяся от зарубежных аналогов, которая основана на использовании действующего на ветроколесо опрокидывающего момента, образуемого за счет разности в скоростях воздушного потока в верхней и нижней частях ветроколеса. Это существенно увеличивает как эффективность работы системы буревой защиты и повышает устойчивость ветровых установок против опрокидывания, так и надежность их работы и срок службы в целом.

Получены предварительные патенты и патенты Республики Казахстан, Евразийский патент, приоритетное извещение по международной версии PCT на принципиально новые вертикально-осевые  ветровые турбины (ВОВТ) модульного исполнения и специальный электрогенератор для них, проведены теоретические проработки турбин и генераторов, изготовлен ряд опытных образцов, показавших перспективность  данного  направления.

Малая гидроэнергетика

 Казахстанскими инженерами и учеными в настоящее время разработаны новые модульные модели бесплотинной микро-ГЭС, на которые получены предварительные патенты, также изготовлен опытный образец и проведено испытание. Результаты испытания доказали высокую эффективность разработанной конструкции микро-ГЭС и их конкурентоспособность как на внутреннем, так и на международном рынке.

Многие из разработок казахстанских ученых типа микро-ГЭС прошли успешные испытания, например, установка микро-ГЭС-1, разработанная в РГП «НПЦ механизации сельского хозяйства». Вырабатываемая ею мощность в 1 кВт при расходе воды в 0,32 м3 /с и напоре воды в 4 м вполне достаточна для обеспечения электроэнергией одного жилья животновода в полевых условиях. Разработанные в Алматинском институте энергетики и связи опытные горные мини-ГЭС деривационного и топливного типа мощностью 1-3 кВт были запущены в разное время на р. Талгар, Б. Тургень. При массовом производстве технические характеристики подобных установок будут улучшаться, а стоимость их изготовления -уменьшаться. Но для того, чтобы запустить этот процесс, нужна государственная поддержка. В связи с этим надо отметить, что государственная поддержка данного направления возобновляемых источников энергии будет способствовать развитию в стране высокой технологии и малой энергетики, а также созданию конкурентоспособности казахстанской энергетики.

 

Низкопотенциальные источники тепла

В стране имеется хороший опыт работ в области низкопотенциальных источников тепла, опреснителей и осушителей. Например, ТОО «Еркин и К» внедрило в производство серию изобретений по солнечным коллекторам и опреснителям, установило более 160 единиц таких устройств с мощностью от 100 до 20 тыс. литров горячей воды в день. Установки позволяют получать горячую воду с температурой до 100оС, максимальное давление в установках - до 20 атмосфер, срок службы - более 10 лет. Установки имеют небольшой вес, надежны в эксплуатации, недороги. Осуществлена продажа лицензий по патентам на солнечные коллекторы и опреснители южнокорейским компаниям K&K-electronics и MiraeSL Com.

Разработанные в Алматинском институте энергетики и связи опытные гелиотепловые концентрирующие установки типа ГК мощностью 3-35 кВт и фотоэлектротепловые установки с гелиоконцентратором типа САК и мощностью ОД-2 кВт были запущены в разное время в Алматы и Талгаре.

 

 Биотопливо

 Исследования по направлению развития технологии анаэробной переработки биомассы проводились в Казахстане с 80-х годов. Вообще, казахстанская биотехнологическая научная школа является одним из лидеров на постсоветском пространстве, и ей по силам обеспечить превращение в биоэтанол не только любых отходов растениеводства, но даже твердых бытовых отходов - мусора, на складирование которого расходуются значительные средства.

Казахстан производит много продуктов растениеводства, большое количество сельскохозяйственных отходов - солома, шелуха подсолнуха - бесцельно сжигается. Такие биоматериалы могут быть использованы для производства биоэтанола.

В 2003 году МОН РК разработало программу возрождения и развития биотехнологического производства на базе бывшей промплощадки некогда известного в Союзе предприятия в биотехнологической отрасли - в технопарке НПО «Прогресс» в г. Степногорске. После конверсии деятельность предприятия была практически парализована, лучшее оборудование демонтировано, а 700 специалистов, бывших «оружейников», остались без работы. К сожалению, проект до сих пор не реализован. Учитывая мировые тенденции в энергетике, необходимо начать использовать уже имеющуюся в Степногорске мощную производственную базу и инфраструктуру для производства биоэтанола.

В настоящее время компания «Баско» строит в Северо-Казахстанской области завод по производству биоэтанола - производственный комплекс «Биохим». Проект является классическим примером кластерного развития: глубокая переработка произведенного компанией зерна и получение конечного продукта - биоэтанола. Клейковина, кормовые дрожжи, отруби, мука - все продукты производства будут востребованы. Такие заводы многофункциональны, и на них используется абсолютно все сырье, даже отходы. 90% будущей продукции планируется экспортировать, 10% будет реализовано на внутреннем рынке. Из 300 тыс. т зерна должно производиться 57 тыс. т биоэтанола - присадки к бензинам, повышающие их октановое число. Другие производные: 20 тыс. т клейковины, 25 тыс. т углекислого газа, 40 тыс. т кормовых дрожжей, 58 тыс. т муки, 68 тыс. т отрубей. Проект оценивается в 10,6 млрд. тенге. В нем участвуют Банк развития Казахстана, выделивший 7,9 млрд. тенге, и Альфа Банк, вложивший 1,3 млрд. тенге. Условия предоставления кредита позволяют инвестору окупить проект за 5-7 лет.

Также весьма перспективное органическое топливо – биогаз, газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, т.е. происходящей без доступа воздуха, ферментации органических веществ самого разного происхождения. Если использовать биогаз для производства электроэнергии, себестоимость ее оказывается всего 0,025-0,075 доллара за кВт•ч, в то время как электроэнергия от традиционных источников обходится в 0,1-0,15 доллара за кВт•ч. Таким образом, биогаз в 2-4 раза экономичнее. В НПО "ЭкоМузей" г. Караганды успешно осуществлен пилотный проект по получению биогаза из органических отходов.

 

Фотоэнергетика

Сейчас в РК, да и в других странах Центральной Азии нет ни одного предприятия по производству солнечных элементов, модулей и фотоэнергетических установок. В то же время в Казахстане имеется значительный научно-технический потенциал и разработки в области фотоэнергетики.

Лаборатория микро- и оптоэлектроники Казахского национального университета им. аль-Фараби более 20 лет занималась разработками в области совершенствования технологий изготовления солнечных элементов в рамках важнейших  научно-технических программ ГКНТ (бывшего СССР) и известных предприятий: «Квант», ГОИ, ФТИ. Результаты этих работ по аpсенид-галлиевым солнечным элементам (СЭ) и фотоприемникам соответствовали рекордным мировым достижениям того времени.  Коллективом лаборатории опубликовано более 250 научных работ в центральной и зарубежной печати, получено 50 авторских свидетельств и патентов, установлены международные связи.

В Физико-техническом институте МОН РК разработаны инновационные технологии, которые позволяют осуществить полный цикл производства дешевого и высокочистого кремния солнечного качества, а в перспективе и полупроводникового кремния на основе собственных сырьевых материалов.

Разработанная алюминотермическая технология получения металлургического кремния повышенной чистоты может обеспечить производство дешевого кремния солнечного качества для фотоэнергетики. Исходными материалами являются силикатные шлаки и технический алюминий. В качестве силикатных шлаков могут быть использованы отходы металлургического и фосфорного производства, а также синтетические шлаки на основе высокочистых казахстанских кварцитов.

 

Другим методом является силановый метод получения кремния, также разработанный во ФТИ

Метод использует дешевые и высокоактивные кремнийсодержащие сплавы, взаимодействие которых с водными растворами минеральных кислот позволяет синтезировать силан – газообразное соединение кремния SiH4 - без каких-либо катализаторов при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении.

Предварительные оценки показывают, что себестоимость кремния, полученного новым методом, будет значительно ниже существующего уровня цен на мировом рынке. Это может привлечь частных инвесторов для промышленного внедрения этой инновационной технологии. Разработки запатентованы в Казахстане и в настоящее время проходят процедуру международного патентования.

PDFПечатьE-mail