4.3. Бензин, дизельное топливо, прочие ГСМ
Необходимость применения в современном сельском хозяйстве техники не вызывает сомнений ни у кого. Только специализированная техника позволяет компаниям-производителям рассчитывать на достойные объемы урожая.
Использование техники охватывает широкий спектр процессов сельскохозяйственного производства:
обработки почв (предпосевные агрегаты, рыхлители, рыхлители для глубокой обработки, дисковые бороны и плуги, культиваторы и комбинированные дисколаповые орудия);
посев;
возделывание;
удобрение;
полив;
защита растений;
уборка;
транспортировка;
и д.р.
Кроме сельскохозяйственной техники, потребителями ГСМ выступает котельное оборудование, генераторы и т.д.
4.4. Возможные альтернативные составляющие топливно-энергетической базы
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов жизнедеятельности биоцентров растительного и животного происхождения. Характерной особенностью ВИЭ является их не истощаемость, либо способность восстанавливать свой потенциал за короткое время – в пределах срока жизни одного поколения людей.
Более 30 лет назад Генеральной Ассамблеей ООН в соответствии с резолюцией 33/148 (1978г.) введено понятие «новые и возобновляемые источники энергии», в которое включаются следующие формы энергии: солнечная, геотермальная, ветровая, энергия морских волн, приливов океана, энергия биомассы древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников, гидроэнергия.
Чаще всего к возобновляемым источникам энергии относят энергию солнечного излучения, ветра, потоков воды, биомассы, тепловую энергию верхних слоев земной коры и океана.
ВИЭ можно классифицировать по видам энергии:
– механическая энергия (энергия ветра и потоков воды);
– тепловая и лучистая энергия (энергия солнечного излучения и тепла Земли);
– химическая энергия (энергия, заключенная в биомассе).
Если использовать понятие качества энергии – коэффициент полезного действия, определяющий долю энергии источника, которая может быть превращена в механическую работу, то ВИЭ можно классифицировать следующим образом: возобновляемые источники механической энергии характеризуются высоким качеством и используются в основном для производства электроэнергии. Так, качество гидроэнергии характеризуется значением 0,6-0,7; ветровой – 0,3-0,4. Качество тепловых и лучистых ВИЭ не превышает 0,3-0,35. Еще ниже показатель качества солнечного излучения, используемого для фотоэлектрического преобразования, – 0,15-0,3. Качество энергии биотоплива также относительно низкое и, как правило, не превышает 0,3.
Энергетический потенциал ВИЭ может оцениваться различными значениями в зависимости от степени учета технико-экономических аспектов применения возобновляемой энергетики. С этих позиций принято выделять валовый потенциал ВИЭ, технический потенциал ВИЭ и экономический[84].
Валовый потенциал – это количество энергии, заключенное в данном виде энергоресурса, при условии ее полного полезного использования. Технический потенциал – это часть валового потенциала, преобразование которого в полезную энергию целесообразно при соответствующем уровне развития технических средств. Экономический потенциал ВИЭ – часть технического потенциала, который экономически целесообразно преобразовывать в полезную энергию при конкретных экономических условиях.
Целесообразность и масштабы использования возобновляемых источников энергии определяются в первую очередь их экономической эффективностью и конкурентоспособностью с традиционными энергетическими технологиями. Основными преимуществами ВИЭ по сравнению с энергоисточниками на органическом топливе являются практическая неисчерпаемость ресурсов, повсеместное распространение многих из них, отсутствие топливных затрат и выбросов вредных веществ в окружающую среду. Однако они, как правило, более капиталоемки, и их доля в общем энергопроизводстве пока невелика (за исключением гидроэлектростанций). Согласно большинству прогнозов, эта доля останется умеренной и в ближайшие годы. Вместе с тем во многих странах мира возрастает интерес к разработке и внедрению нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Это объясняется несколькими причинами[84]
Во-первых, ВИЭ, уступая традиционным энергоисточникам при крупномасштабном производстве энергии, уже в настоящее время при определенных условиях эффективны в малых автономных энергосистемах, являясь более экономичными (по сравнению с энергоисточниками, использующими дорогое привозное органическое топливо) и экологически чистыми.
Во-вторых, применение даже более дорогих, по сравнению с традиционными энергоисточниками, ВИЭ может оказаться целесообразным по другим, неэкономическим (экологическим или социальным) критериям. В частности, применение ВИЭ в малых автономных энергосистемах или у отдельных потребителей может существенно повысить качество жизни населения.
В-третьих, в более отдаленной перспективе роль ВИЭ может существенно возрасти и в глобальном масштабе. В ряде стран и международных организаций проводятся исследования долгосрочных перспектив развития энергетики мира и его регионов. Интерес к этой проблеме обусловлен определяющей ролью энергетики в обеспечении экономического роста, ее существенным и все возрастающим негативным воздействием на окружающую среду, а также ограниченностью запасов топливно-энергетических ресурсов. В связи с этим, в будущем неизбежна кардинальная перестройка структуры энергетики с переходом к использованию экологически чистых и возобновляемых источников энергии. Мировым сообществом признана необходимость перехода к устойчивому развитию, предполагающему поиск стратегии, обеспечивающей, с одной стороны – экономический рост и повышение уровня жизни людей, особенно в развивающихся странах, с другой – снижение негативного влияния деятельности человека на окружающую среду до безопасного предела, позволяющего избежать в долгосрочной перспективе катастрофических последствий. В переходе к устойчивому развитию важная роль будет принадлежать новым энергетическим технологиям и источникам энергии, в том числе ВИЭ.
Таблица 4.1 - Ресурсы ВИЭ в мире и России [84, 86, 89]
Вид энергии
|
Теоретические ресурсы,
млн., т.у.т.
|
Технические ресурсы,
млн., т.у.т.
|
|
мир
|
Россия
|
мир
|
Россия
|
Энергия солнца
|
1,3∙108
|
2,3∙106
|
5,3∙104
|
2,3∙103
|
Энергия ветра
|
2,0∙105
|
2,6∙104
|
2,2∙104
|
2,0∙103
|
Геотермальная энергия (до глубины 10 км)
|
4,8∙109
|
-
|
1,7∙105
|
1,0∙102
|
Энергия мирового океана
|
2,5∙105
|
-
|
-
|
-
|
Энергия биомассы
|
9,9∙104
|
104
|
9,5∙103
|
53
|
Гидроэнергия
|
5,0∙103
|
3,6∙102
|
1,7∙103
|
1,2∙102
|
К основным недостаткам, ограничивающим применение ВИЭ, следует отнести относительно низкую энергетическую плотность и крайнюю изменчивость. Низкая удельная мощность потока энергоносителя приводит к увеличению массогабаритных показателей энергоустановок, а изменчивость первичного энергоресурса, вплоть до периодов его полного отсутствия, вызывает необходимость в устройствах аккумулирования энергии или резервных энергоисточников. В результате, стоимость производимой энергии оказывается высока даже при отсутствии топливной составляющей в совокупной цене энергии.
Повышение энергетической эффективности установок, использующих ВИЭ, является весьма актуальной проблемой, которая решается различными путями, предусматривающими как улучшение технико-экономических характеристик собственно энергетического оборудования, так и оптимизацию его энергетических балансов и режимов с учетом изменяющейся нагрузки и энергии возобновляемого источника. С точки зрения процесса энергопреобразования первичного энергоносителя в электроэнергию и ее потребления, возобновляемую энергетику следует разделять на автономную и связанную с электроэнергетической системой относительно большой мощности. В первом случае энергобаланс децентрализованной системы электроснабжения определяется соотношением графика электрических нагрузок системы и изменением энергетического потенциала возобновляемого энергоресурса.
Указанные обстоятельства вызывают необходимость согласования энергоустановок возобновляемой энергетики с потребителем. В процессе согласования должны решаться следующие задачи:
Обеспечение максимально эффективного использования возобновляемого энергоресурса.
Согласование вырабатываемой и потребляемой электроэнергии, что, в большинстве случаев, требует включения в энергосистему накопителей энергии.
Управление режимами работы преобразователей энергии, регулирование параметров генерируемой электроэнергии.
Для решения указанных задач используются различные схемные решения энергоустановок.
1. Система со сбросом излишков энергии (рис. 4.1). Данный способ согласования мощностей возобновляемых энергоисточников и потребителей отличается максимальной простотой и заключается в использовании части потенциала первичного энергоносителя, необходимой для энергообеспечения текущего значения нагрузки потребителя. Оставшаяся энергия возобновляемого источника не используется. Системы энергообеспечения такого типа широко применяются в конструкциях гидроэлектростанций, ветроэлектростанций с изменяемым шагом ветротурбин, в системах солнечного обогрева с управляемыми заслонками и др.
2. Системы с накопителями энергии. Излишки энергии первичного энергоносителя, по отношению к текущему значению полезной нагрузки, могут аккумулироваться и, в свою очередь, питать нагрузку в периоды недостатка потенциала возобновляемого энергоресурса. В качестве накопителей энергии могут использоваться различные устройства: гидроаккумулирующие системы, маховики, аккумуляторные батареи и др. Данные системы более эффективно используют первичный энергоресурс и широко применяются практически во всех типах энергоустановок возобновляемой энергетики.
Рисунок 4.1 – Схемы согласования возобновляемых источников энергии с потребителями: а) система со сбросом энергии; б) система с накопителем энергии; в) система с регулируемой нагрузкой. 1 – ВИЭ; 2 – преобразователь энергии; 3 - потребитель; 4 – сброс в окружающую среду; 5 – накопитель; 6 – регулятор
3. Системы с регулированием нагрузки. Такие системы обеспечивают полное использование первичного энергоресурса за счет управления текущей мощностью нагрузки. Регулирование нагрузок обычно осуществляется автоматически с помощью полупроводниковых автобалластных систем. В качестве балластных нагрузок низкого приоритета применяются нагревательные устройства.
Следует отметить, что кроме максимального использования первичного энергоресурса подобные системы позволяют эффективно управлять режимом первичного преобразователя энергии и, в ряде случаев, параметрами выходного напряжения.
Сетевые электростанции, использующие возобновленные энергоресурсы, не требуют устройств аккумулирования и резервирования электроэнергии. Мощная электрическая система способна полностью принять всю энергию, вырабатываемую электростанцией. Кроме того, энергосистема способна эффективно влиять на режим станции, работающей синхронно с сетью. Отмеченные особенности несколько упрощают и удешевляют конструкцию сетевых установок возобновляемой энергетики по сравнению с автономными электростанциями. Увеличение суммарной мощности установок возобновляемой энергетики по отношению к мощности энергосистемы приводит к необходимости решения некоторых проблем, характерных для энергобалансов автономных систем. В частности, приходится решать проблему перераспределения мощностей между топливными электростанциями и электростанциями на ВИЭ с целью энергообеспечения потребителей при минимальном расходе топлива[84].
Интенсивные работы по совершенствованию технико-экономических характеристик энергоустановок и комплексов на основе возобновляемых источников энергии, проводимые во многих странах, определили впечатляющую динамику снижения затрат на производство «зеленой» электроэнергии.
Удельные стоимости за 1 кВт установленной мощности и 1 кВт·ч вырабатываемой энергии на солнечных и ветровых электростанциях неуклонно снижаются, что определило их конкурентоспособность с традиционной энергетикой. Основные причины выявленной тенденции многочисленны. Среди них, в первую очередь, следует отметить: непрерывный рост стоимости ископаемого топлива, при реальных ощутимых объемах его исчерпания, и стремительный рост значимости социально-экологических факторов на Земле. Другой весомой причиной является снижение стоимости оборудования ВИЭ с развитием научно-технического прогресса.
Экологически чистые возобновляемые источники энергии и установки на их основе могут сократить объемы вредных выбросов в атмосферу. В качестве примера в таблице 4.2 приведены статистические данные, показывающие, насколько могут уменьшаться вредные выбросы в атмосферу при уменьшении выработки энергии на традиционных видах электростанций на 1 кВт·ч и на 106 кВт·ч[93].
Таким образом, ясна необходимость перехода от ископаемых, невозобновляемых источников энергии – нефти, газа, угля и в определенной степени радиоактивного топлива, к источникам более высокого экологического качества. Такими являются возобновляемые источники энергии. Как отмечалось ранее, их важнейшей особенностью является то, что они в своем естественном состоянии в полной мере принимают участие в энергетическом (тепловом) балансе планеты, и поэтому их использование человеком не приведет к изменению этого баланса, что позволит поднять уровень потребления энергии до любого разумного, требуемого соответствующим этапом развития индустриального общества, значения.
Таблица 4.2 - Сокращение вредных выбросов в атмосферу при уменьшении выработки энергии на традиционных видах электростанций[93]
Сокращение
выработки
|
CO2
|
SO2
|
NOx
|
Зола
|
Пыль
|
106 кВт·ч
|
(750 ч 1250) тонн
|
(5 ч 8) тонн
|
(3 ч 6) тонн
|
(40 ч 70) тонн
|
(0,25 ч 0,47) тонн
|
1 кВт·ч
|
(750 ч 1 250) грамм
|
(5 ч 8) грамм
|
(3 ч 6) грамм
|
(40 ч 70) грамм
|
(0,25 ч 0,47) грамм
|
Действующая энергетическая политика представляет собой безжалостную, недальновидную эксплуатацию природы и ископаемых ресурсов, что может привести к глобальным изменениям на нашей планете с последствиями, которые даже трудно представить.
Выработка электроэнергии за счет возобновляемых источников, конечно, не представляет собой абсолютно экологически «чистый» вариант. Эти источники энергии обладают принципиально иным спектром воздействия на окружающую среду [92, 96], но не имеющим глобального характера по сравнению с традиционными энергоустановками на органическом и минеральном топливе.
Расчеты экологического ущерба от электростанций, использующих возобновляемые источники энергии [85], показывают, что заметное воздействие на окружающую среду могут оказывать объекты большой мощности. Однако, установки средней и малой мощности можно считать практически безвредными в отношении окружающей среды, экологический эффект от их эксплуатации будет неизмеримо выше их возможного экологического ущерба [97-103].
Вклад нетрадиционных возобновляемых источников энергии в мировой энергетический баланс в перспективе оценивается от 1–2% до 10%, хотя уже сегодня есть страны, где доля этих источников превышает половину национального энергетического баланса. Доля возобновляемых источников энергии в топливо-энергетическом комплексе разных стран мира постоянно возрастает. Это касается как развитых стран (США, Германия, Япония, Франция, Италия и др.), так и, особенно, развивающихся. Например, в 2000 г. доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии составила: Норвегия – 99,7%, Исландия – 99,9%, Новая Зеландия – 72%, Австрия – 72,3%, Канада – 60,5%, Швеция – 57,1%, Швейцария – 57,2%, Финляндия – 33,3%, Португалия – 30,3%. Последнее десятилетие прошлого века для мира в целом характеризовалось неуклонным ростом доли возобновляемых источников энергии в общем энергобалансе большинства стран мира. Например, Великобритания – с 2,1% до 2,7%; Германия – с 3,7% до 6,3%; Франция – с 13,3% до 14,6%; Италия – с 16,4% до 18,9% и т.д [91, 107].
По данным IEA, использование мировых первичных возобновляемых источников энергии эквивалентно сегодня 13,8% общей добычи всех первичных энергетических ресурсов, распределяющихся следующим образом: биомасса (11%), гидроэнергия (2,3%), солнечная энергия (0,039%), энергия ветра (0,026%), геотермальная (0,442%), энергия морских приливов (0,004%) [106]. Использование этого потенциала зависит от государственной политики каждой страны, и в настоящее время достигает 17,5% от общего количества ресурсов. Из них 58% идет на жилой сектор, 18% на потребности промышленности, 21% преобразуется в электроэнергию и 3% идет на другие виды деятельности.
Из возобновляемых источников энергии, преобразуемых в электрическую энергию, наибольшее распространение имеет гидроэнергия, на которую приходится 19%, на биомассу – 1,5%, а на остальные источники, такие как ветровая, солнечная, геотермальная энергии – около 0,5% [106].
Суммарный экономический потенциал ВИЭ Южного Федерального и Северо Кавказского округов России представлен в таблице 4.3.
По некоторым оценкам, экономический потенциал ВИЭ на территории России составляет 270 млн. т.у.т., в том числе по видам энергоисточников: солнечная энергия – 12,5, ветровая – 10, геотермальная – 115, энергия биомассы – 35, энергия малых рек – 65, энергия низкопотенциальных источников тепла – 31,5 млн. т.у.т.[100].
Таблица 4.3 - Экономический потенциал ВИЭ Южного Федерального и Северо Кавказского округов России, млн. т.у.т./год [87]
Биомасса
|
Солнечная энергия
|
Ветровая энергия
|
Геотермальная энергия
|
4,4
|
0,11
|
0,66
|
35,0
|
Однако, технический прогресс в создании энергоэффективных электростанций, использующих ВИЭ, не достаточен для их широкого использования. Другим важным условием является государственная поддержка возобновляемой энергетики. В предвидении серьезных экологических последствий во многих развитых странах разработана экономическая стратегия, распространяющаяся не только на энергетику, но и на другие отрасли производства и потребления ресурсов, которые могут нанести ущерб окружающей среде. Эта стратегия предусматривает ведущую роль государства в решении экологических проблем. Примером стимулирования развития энергетики на возобновляемых источниках является германский “Закон о приоритетности использования возобновляемых источников энергии”.
|
