Возможности и проблемы использования возобновляемых
В качестве возобновляемых и местных источников энергии с учетом природных, географических и метеорологических условий республики являются: дрова; торф; гидроресурсы; ветроэнергетический потенциал; биогаз из отходов животноводства; солнечная энергия; биомасса; твердые бытовые отходы и др.
Их динамичное широкое применение в республике очень важно по нескольким причинам:
1. Работы по их использованию будут способствовать развитию собственных технологий и производства оборудования, которые впоследствии могут стать предметом экспорта.
2. Эти источники являются, как правило, экологически чистыми.
3. Развитие таких источников повышает энергетическую безопасность государства.
Практически все виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ), за исключением биомассы и глубинного тепла земли, наряду с очевидными преимуществами имеют и существующие недостатки:
− низкий удельный потенциал (рассеянность);
− нерегулярность поступления, зависящую от климатических условий, суточных и сезонных циклов.
Поэтому для эффективного использования НВИЭ, особенно энергии ветра, солнца и др., необходимо решить ряд инженерных задач по созданию экономичных и надежных систем, воспринимающих, концентрирующих и преобразующих эти виды энергии в приемлемую для потребителя тепловую, механическую и электрическую энергию.
НВИЭ имеют огромное значение, в первую очередь для автономного энергоснабжения населения и производства в сельских и отдаленных районах. Кроме того, они используются в интересах сельского и коммунального хозяйства, социальной сферы, туризма, связи, дорожных и навигационных служб.
В месте с тем, доля потребления нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и местных видов топлива с 1990 по 2000 гг. в Республике Беларусь возросла с 1,2 до 3,7 % и с 11 до 18 % соответственно. При условии проведения соответствующих инвестиционных и энергосберегающих мероприятий в ближайшие 5 лет предусматривается дальнейшее повышение их доли в энергообеспечении страны.
Основным возобновляемым местным видом топлива была и остается древесина и ее отходы на деревообрабатывающих предприятиях. Дрова заготавливаются в республике предприятиями Комитета лесного хозяйства при Совете Министров Республики Беларусь и концерна «Беллесбумпром», а отходы деревообработки образуются на всех предприятиях, занимающихся переработкой древесины. В целом по республике годовой объем использования дров и отходов лесопиления составляет около 1,8-1,9 млн т. Часть дров поступает населению за счет самозаготовок, объем которых оценивается на уровне 0,3-0,4 млн т.
Древесину и древесные отходы можно использовать для получения энергии не только путем прямого сжигания в топках котлов, но и для получения генераторного газа для последующего использования в небольших котлах и даже в небольших газовых турбинах. Генераторный газ, получаемый из древесины, более чист, чем газ из угля и мазута. Этот газ – экологически чистое топливо для автомобильного транспорта лесхозов и сельскохозяйственных предприятий.
В условиях Республики Беларусь приоритетность дров перед углем и торфобрикетами качественно возрастает из-за существенного природоохранного эффекта, связанного с утилизацией отходов лесодобычи, оздоровления лесов, расчисткой пожарищ и уменьшением вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, древесная зола – хорошее удобрение для сельского хозяйства, пользующееся большим спросом.
После древесного топлива в частном секторе используется в основном торф. В первые послевоенные годы он играл первостепенную роль в производстве электроэнергии и тепла на крупных промышленных предприятиях. В 2000 г. в республике использовано примерно 2,2 млн т торфа, что соответствует 769,6 тыс. т, из них брикетов – 665,1 тыс. т, фрезерного и кускового торфа – 104,5 тыс. т.
Немалую роль в пополнении энергобаланса Республики Беларусь играют небольшие ГЭС. В 1992-2000 гг. восстановлены 8 ГЭС общей мощностью 2 410 кВт. В перспективе на притоках рек Западная Двина, Неман, Вилия, Днестр, Припять и Западный Буг может быть построено около 50 малых ГЭС с суммарной мощностью 50 тыс. кВт и среднегодовой выработкой электроэнергии 160 млн кВтч.
Наиболее значительный вклад гидроэнергетики в общий энергетический баланс республики может внести строительство каскада ГЭС на реках Западная Двина и Неман. Уже подготовлено технико-экономическое обоснование строительства ГЭС на Немане в Гродненской области. Проектом предусмотрено не только строительство станций, но и развитие инфраструктуры. Гидроэлектростанции на этих реках при относительно небольшом затоплении пойменной территории позволят получить до 800 млн кВтч/ год электроэнергии при установленной мощности около 240 МВт.
Потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850 МВт, в т.ч. технически доступны – 520 МВт, экономически целесообразны – 250 МВт.
На территории республики выявлено 1 040 площадок для размещения ветроустановок с теоретически возможным энергетическим потенциалом 1 600 МВт и годовой выработкой электроэнергии 3,3 млрд кВтч.
Однако в ближайшее время технически возможное и экономически целесообразное использование потенциала ветра не превысит 0,5 % от установленной мощности электростанций энергосистемы, т.е. может составить не более 300-350 МВт или 720-840 млн кВтч. Причинами незначительного использования ветроустановок являются:
− слабые континентальные ветра (3-5 м/с) при необходимой пусковой скорости их 4-5 м/с, средняя скорость ветра по республике не превышает 4,1 м/с;
− высокая стоимость ВЭУ (1 000-1 500 дол. США/кВт установленной мощности);
− необходимость создания и содержания резерва мощностей на других типах электростанций в случае отсутствия ветра.
Установки для производства биогаза из отходов животноводческих комплексов целесообразно использовать только с условием получения экологически чистого высококачественного органического удобрения.
Только в этом случае они будут эффективны для внедрения за счет пропорционального сокращения энергоемкого производства минеральных удобрений. Применение биогазовых установок позволит также существенно улучшить экологическую обстановку вблизи крупных ферм и животноводческих комплексов, а также на посевных площадях, куда в настоящее время сбрасываются отходы производства.
Невостребованным источником энергии является огромный потенциал Солнца. В настоящее время развитие разработок по использованию солнечной энергии идет по двум направлениям: фото- и гелиоэнергетика.
Первая связана с прямым преобразованием потока солнечной энергии в электричество, вторая – с утилизацией тепловой энергии с помощью активных и пассивных теплоиспользующих систем.
Основными направлениями использования энергии Солнца будут гелиоводоподогреватели и различные гелиоустановки для интенсификации сушки и подогрева воды в сельскохозяйственном производстве и быту.
Для этих целей в научно-исследовательских институтах разработаны различные типы гелиоводоподогревателей.
Остается пока нереализованным и такой источник местного топлива в Беларуси, как лигнин, который в виде отхода производства образуется на Речицком опытно-промышленном и Бобруйском гидролизных заводах. После переработки на этих заводах древесного сырья на белок (Речицкий ОПЗ) и гидролизный спирт (Бобруйский ГЗ) образуется лигнин, который может быть основой для производства дешевого топлива с теплотворной способностью на 5-10 % выше, чем у торфа.
Однако трудности, с которыми столкнулись при поиске путей использования его для получения тепловой энергии (высокая влажность (≈ 70 %), взрывоопасность, выделение вредных веществ при сгорании и др.), не позволили пока найти эффективного варианта использования лигнина для указанных целей.
Биомасса образуется за счет быстрорастущих растений и деревьев. В климатических условиях Беларуси с 1 га энергетических плантаций собирается масса растений в количестве до 10 т вещества, что эквивалентно примерно 5 т. При дополнительных агроприемах продуктивность гектара может быть повышена в 2 раза. Из этого количества биомассы можно получить 5-7 т жидких продуктов, эквивалентных нефти. Наиболее целесообразно использовать для получения сырья площади выработанных торфяных месторождений, на которых отсутствуют условия для произрастания сельскохозяйственных культур. Площадь таких месторождений в республике составляет около 180 тыс. га, которая может стать стабильным, экономически чистым источником энергетического сырья в объеме до 1,3 млн т/год.
Реализация этого источника затруднена из-за отсутствия специальной техники, дорог в местах торфяных разработок, перерабатывающих предприятий.
Первые опытные площади засеяны в Гомельской области.
В твердых бытовых отходах (ТБО) горючие компоненты составляют 50-88 %, а теплотворная способность – 800-2000 ккал/кг. В Республике Беларусь ежегодно накапливается их около 2,4 млн т, которые направляются на свалки и два мусороперерабатывающих завода (Минский и Могилевский). Потенциальная энергия, заключенная в ТБО, образующихся на территории Республики Беларусь, равноценна 470 млн т.
Лучшим способом получения энергии из ТБО является биопереработка с целью получения газа, но эффективность их составит не более 20-25 %. Кроме ежегодно образующихся ТБО необходимо учитывать многолетние их запасы, которые имеются во всех крупных городах и создают проблемы их складирования.
Только по областным городам ежегодная переработка ТБО позволила бы получить количество биогаза, эквивалентного 50 тыс. т, а по Минску – до 30 тыс.т. Конкретные показатели эффективности могут быть получены на основании детальных проектных проработок, создания и эксплуатации опытно-промышленного полигона.
К местным для Беларуси источникам энергии относятся нефть, бурые угли, горючие сланцы и др. Общие извлекаемые ресурсы нефти в Республике Беларусь оценены в 362,1 млн т (525 млн т у.т.). В промышленную категорию переведено примерно 48 % указанных ресурсов.
В Припятской нефтяной области прогнозируется открытие 470 новых залежей нефти. Общая производительность существующих скважин снижается, т.к. многие разработанные нефтяные пласты уже перешагнули пиковый рубеж производительности. Это обстоятельство формирует тенденцию спада добычи нефти в будущем.
Что касается бурых углей и горючих сланцев, то их запасы пока не разрабатываются, поскольку по своим качественным показателям они не являются эффективным топливом из-за низкой теплоты сгорания и высокой зольности. Так, калорийность бурых углей составляет 1 500-1 700 ккал/кг, горючих сланцев – 1 000-1 600 ккал/кг; зольность соответственно – 17-23 и 75 %. В будущем при дальнейшем повышении мировых цен на энергоносители возможно использование бурых углей в качестве коммунально-бытового топлива после подсушки и брикетирования в смеси с торфом или для получения генераторного газа. Из горючих сланцев также возможно получение жидкого и газообразного топлива после предварительной термической подготовки.
К нетрадиционным источникам энергии относится и рапсовое масло, идею использования которого в качестве автомобильного топлива выдвинул еще в начале 1960-х годов немецкий инженер Людвиг Эльсбет. В 1964 г. он организовал институт усовершенствования двигателей внутреннего сгорания. Несколько позже была образована специальная фирма Еlsbett, занимающаяся производством двигателей, использующих в качестве топлива растительное масло.
Преимуществами растительного масла являются:
− меньшая эмиссия(выпуск) вредных выбросов при сгорании;
− отсутствие опасных эффектов в процессе транспортировки и использования;
− простота процесса производства растительного масла, который может быть осуществлен не только в больших масштабах на специализированных заводах, но и в небольших количествах – на собственных мелкотоварных фермах;
− относительно продолжительный срок хранения без утраты качества и др.
Известно, что газ, поступающий на электростанции и газораспределительные станции под высоким давлением, пригоден к употреблению только в пониженном давлении. Энергия, которая освобождалась в результате этих перепадов в давлении, уходила в никуда. Внедренная на Лукомльской ГРЭС мощностью 2 400 МВт турбодетандерная установка, мощность которой всего лишь 5 МВт, решает проблему перехода используемого газа с высокого давления на пониженное и вырабатывает энергии столько, сколько потребляет весь Чашникский район. На этой ГРЭС запланировано внедрить еще одну такую установку, а для нужд республики нужно 20 генераторов малой энергетики. Отрабатывается вопрос установки такого же детандера на Минской ТЭЦ-4 и на предприятиях, производящих энергоемкую продукцию или являющихся крупными потребителями газа.
К нетрадиционным видам топлива относятся и полученный предпринимателем из г. Барановичи И. Дьяковым продукт из отслуживших свой ресурс автомобильных шин, который по подтверждению сотрудников лаборатории НАН Беларуси представляет собой синтетическую нефть. Усовершенствовав свою разработку, этот предприниматель сумел получить из произведенной нефти 15 % бензина А-92 и 40 % дизельного топлива. Технология получения этих компонентов горючего практически безотходна и не вредит окружающей среде. После ввода в эксплуатацию опытно-промышленной установки мощностью 10-20 т нефти в сутки, а затем и завода мощностью 160 т в сутки, можно будет утилизировать сотни тонн автошин в сутки, вырабатывая за год 500 тыс. т синтетической нефти.