Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
курсовая работа Альтернативные источники энергии: современная география и перспективы использования
Информация:
Тип работы: курсовая работа.
Добавлен: 27.04.2013.
Год: 2013.
Страниц: 41.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ
БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Географический факультет
Кафедра социально-экономичес ой
географии мира
Специальность «География»
Альтернативные
источники энергии: современная
география и перспективы использования
(Курсовая работа)
Студентки 1-го курса
Немковой А.А.
Научный руководитель
доцент Зайцев В.М.
Оценка___
Дата защиты___
Подпись научного
руководителя___
Минск
2010
АННОТАЦИЯ
УДК 338(4/9)
Немкова А.А. Альтернативные
источники энергии: современная
география и перспективы использования
(курсовая работа). – Мн., 2011. – 30 с.
Энергия солнца, ветра. Геотермальная
энергия. Энергетические ресурсы мирового
океана.
В работе дается характеристика
альтернативных источников энергии. Проанализирована
география и основные направления
использования солнечной, ветровой, геотермальной энергии, а также
изучены перспективы их использования.
Билиогр. 9 назв., рис 4., табл.
2.
АНАТАЦЫЯ
Нямкова А.А. Альтэрнатыўныя
крыніцы энэргіі: сучасная геаграфія
і перспектывы выкарыстання (курсавая
праца). – Мн., 2011. – 30 с.
Энергiя сонца,
ветру. Геатэрмальная энергiя. Энергетычныя
рэсурсы сусветнага акiяна.
У працы даецца характарыстыка альтэрнатыўных
крынiц энергii. Прааналiзавана геаграфiя
i асноўныя напрамкi выкарыстання сонечнай,
ветравой, геатэрмальнай энергii, а таксама
вывучаны перспектывы iх выкарыстання.
Біліагр. 9 ,назв., мал. 4, табл. 2.
THE SUMMARY
Nemkova A.A. Alternatives energy sources: modern geography and use prospects (course
work). – Мn., 2011. – 30 p.
Energy of the sun, wind. Geothermal energy. Power resources of world
ocean.
In work the characteristic of alternative energy sources is given. The
geography and the basic directions of use of solar, wind, geothermal
energy is analysed, and also prospects of their use are studied.
Bibliogr. 9 ref., fig. 4, tab. 2.
Введение
Ушедший в прошлое
ХХ век - век нефти и газа. Добыча
и потребление этих ресурсов, пришедших
в начале века на смену дереву и
углю, растет с каждым годом. Нефть
играет ключевую роль в развитии человеческой
цивилизации. Она позволила человечеству
значительно быстрее передвигаться по миру - ездить,
летать, плавать, используя двигатели
внутреннего сгорания, обогреваться, развивать
аграрный комплекс, увеличивать продолжительность
и качество жизни человека.
Мировые разведанные
запасы нефти сконцентрированы на Ближнем Востоке. Пять ближневосточных стран
обладают почти 2/3 глобальных запасов:
Саудовская Аравия (25%), Ирак (11%), ОАЭ (9%),
Кувейт (9%) и Иран (9%). Вне Ближнего Востока
самые большие запасы имеют Венесуэла
(7%) и Россия – почти 5% глобальных запасов
нефти.
Но запасы нефти иссякают,
и сейчас перед человечеством, стоит
самый актуальный вопрос, что делать,
когда нефть закончится? Если ученые
не найдут альтернативы нефти, то планета
окажется на грани катастрофы. Но задолго
до того, как запасы нефти подойдут
к концу, она настолько подорожает, что
её использование на такие цели как передвижение
по воздуху, земле и воде на традиционном
транспорте, будет исключено.
Потому ныне перед
всеми учеными мира стоит проблема
нахождения и разработки новых альтернативных
источников энергии.
В настоящее время
традиционные энергоносители становятся
все более дорогими, а использование
альтернативных становится все дешевле.
Поэтому сейчас уже можно говорить
о перспективах их массового применения,
что актуально в условиях ограниченности запасов традиционных источников
и экологической ситуации.
В данной работе будут
рассмотрены проблемы нахождения новых
видов топлива, которые можно
было бы назвать безотходными и неисчерпаемыми, проанализирована роль альтернативных
источникиов энергии, их процентное соотношение
в мировом производстве энергии,а также
динамика увеличения в топливно-энергетичес ом
балансе нашей планеты. Также в работе
охарактеризованы основные направления
использования солнечной, ветровой и геотермальной
энергии, изучены перспективы развития
альтернативных источников энергии и
научные разработки , которые могут получить
свое развитие уже в ближайшем будущем.
Целью работы является рассмотрение перспектив применения альтернативных
источников энергии. Для этого были поставлены
следующие задачи:
- изучить опыт использования
возобновляемых источников энергии в
разных странах;
- охарактеризовать альтернативные
источники энергии;
- сравнить преимущества
и недостатки альтернативных источников
энергии;
- проанализировать перспективы массового
использования альтернативных источников
энергии.
Работа написана по материалам
учебных пособий, монографий, электронных
ресурсов, а также ресурсов удаленного
доступа. Автором обработан иллюстрированный
и табличный материал с использованием MS Corel Photo Paint, MS Excel.
ГЛАВА 1
ДИНАМИКА ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
БАЛАНСА И ФАКТОРЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
Энергетика
— основа развития производительных сил
и самого существования человеческого
общества. Она обеспечивает работу силового
аппарата (моторов) в промышленности, сельском
хозяйстве, на транспорте и в быту. В ряде
промышленных производств она участвует
также в технологических процессах (например,
электролиз в химической промышленности,
цветной металлургии и др.). Энергетика
в значительной степени определяет развитие
научно-техническго потенцала (НТП). Различные
вилы энергетики (электрическая, тепловая
и др.) обеспечивают условия проживания
и деятельности населения.
Энергетика
— одна из базовых отраслей тяжелой промышленности. Она включает
совокупность отраслей:
1) добычу
первичных энергоресурсов коммерческого
значения (нефти, попутного и природного
газов, угля, горючих сланцев, руд радиоактивных
металлов, использование гидроэнергии);
2) переработку
первичных энергоресурсов в более высокого качества продукцию
и ее специализацию с учетом потребителей
(кокс, мазут,
бензин, электроэнергия и т.д.);
3) специальные
(наряду с общими) виды транспорта — нефтепроводы,
газопроводы, линии электропередачи
и т.д.
Энергетика
(ее топливные отрасли) одновременно сырьевая база для нефтехимической и химической промышленности. Одни из ее видов продукции (например,
природный газ) непосредственно без предварительной
переработки используются в производстве
таких видов химических продуктов, как
аммиак, метиловый спирт и т.д. Все остальные
подвергаются термической переработке
в целях их облагораживания, выделения
из сложного состава топлив отдельных
компонентов (кокса и коксовых газов из
угля, этана и этилена, пропана, пропилена
и других из нефти и попутных газов). Эти
новые полупродукты находят самое широкое
применение в нефтехимических и химических
производствах. Они позволяют более рационально
использовать топливо как углеводородное
сырье.
Развитие
энергетики тесно связано с реализацией
достижений НТП. Они были использованы
в разработке новых методов поиска топливных
месторождений, в создании уникального
оборудования для глубокого бурения
скважин (в том
числе на морях), систем трубопроводного транспорта, рассчитанного
на перекачку больших объемов нефти и газа
на дальние расстояния, супертанкеров, мощных агрегатов для
глубокой переработки
нефти. Особенно большие успехи выявились в электроэнергетике: освоение
производства электрической энергии
на атомных электростанциях.
Развитие
топливно-энергетиче кого
комплекса обусловило возникновение сложнейших
экономических, политических, географических, экологических проблем,
которые приобрели в ряде случаев глобальный характер. С использованием
более эффективных нефти и газа связана структурная
перестройка как в самой энергетике, так и в
отраслях — потребителях
ее продукции (химической промышленности, транспорте, бытовом
потреблении топлива).
В эпоху
НТР произошли кардинальные
изменения в структуре запасов, добычи
и потребления первичных
энергоисточников в мире. Они были обусловлены использованием
более эффективных видов первичных источников
энергии: их качеством
(в первую очередь теплотой сгорания, возможностью химической
переработки, количеством отходов
и т.д.); сравнительной
стоимостью их отдельных видов; условиями транспортировки; выгодами
потребления. Во второй половине XX в. шел
опережающий рост добычи и использования
нефти, природного газа, электроэнергии
гидростанций и атомных электростанций.
Одновременно
в мире стремительно падала доля твердых
видов топлива — каменного и бурого угля
— как в добыче, так и в потреблении. Это никак
не согласуется с общими геологическими
запасами разных видов топлива. Подавляющая
часть разведанных и общих геологических
запасов минеральною топлива — твердые
его виды: более 90%. При современных объемах
добычи их хватит на многие столетия.
На нефть и природный газ приходится менее
10%, и сроки их исчерпания составляют лишь
десятки лет, в лучшем
случае 100-150 лет
Однако
высокие потребительские качества нефти
и газа привели к перестройке всей структуры
потребления первичных источников энергия.
Потребности
хозяйства и населения мира далеко еще
не обеспечены добычей
первичных источников энергии. Это подтверждается
значительными объемами использования
некоммерческих его видов, наносящего
большой ущерб природной среде.
Во второй
половине XX в. произошли серьёзные
изменения в общей добыче первичных видов
энергии по странам и регионам мира. Они
отражали складывавшиеся потребности
в источниках энергии и воз неясности
получения самых эффективных из них в
разных частях планеты.
Главные
результаты изменения макротерриториальной
структуры топливных отраслей в мире:
1) выход Азии в лидеры добычи топлива;
2) уменьшение
роли ранее ведущих
в отрасли Северной Америки, Восточной Европы и
Западной Европы;
3) сохраняющаяся
очень высокая концентрация добычи топлива в 1950—2009гг.
в трех ведущих (разных в каждом периоде)
регионах на уровне 3/4 в мире [1].
Нефтяная
промышленность – ведущая отрасль мировой топливно-энергетичес ой
промышленности. Она очень сильно влияет
на все мировое хозяйство, да и на мировую
политику. Нефтяная промышленность отличается
очень большой капиталоемкостью; достаточно
сказать, что общее число действующих
ныне в мире эксплуатационных нефтяных
скважин приближается к миллиону.
Промышленную добычу
нефти начали в середине XIX в. почти
одновременно в трех странах – России,
Румынии и США. В начале ХХ в. ее добывали
уже в 20 странах мира, но больше всего –
в США, Венесуэле и России. К 1940 г. число нефтедобывающих стран увеличилось
до 40 при сохранении ведущей роли США,
СССР, Венесуэлы, а также Ирана. В 1970 г. нефтедобывающих
стран стало уже 60, в 1990 г. – 80, а в конце
1990-х гг. – 95. Еще в 1960-х гг. более половины
мировой добычи нефти давали страны Западного
полушария, но затем первенство перешло
к странам Восточного полушария.
Соответственно возрастала
и мировая добыча нефти. До начала 1980-х гг., в эпоху дешевой нефти,
этот рост был поступательным. Но затем
стало сказываться воздействие энергетического
(нефтяного) кризиса, который, как уже отмечалось,
привел к сильному подорожанию нефти на
мировом рынке. Это обстоятельство повлияло
и на географию добычи нефти, так как сделало
ее нерентабельной во многих труднодоступных
районах с экстремальными природными
условиями. В начале 1990-х гг. уровень мировой
добычи относительно стабилизировался.
Это было связано отнюдь не с ограниченностью
разведанных ресурсов, а с политикой ряда
нефтедобывающих стран, в первую очередь
членов ОПЕК – главного регулятора цен
на мировом нефтяном рынке. Такая политика
– в условиях продолжавшегося падения
цен на нефть – предусматривала введение
строго нормированных квот на размеры
ее добычи, с тем чтобы не дать ценам упасть
еще ниже. Аналогичную политику проводили
и некоторые страны, не входившие в состав
ОПЕК. И только в конце 1990-х гг. наметился
новый подъем – до 4 млрд. тон в 2008 г.
При этом на протяжении последних
десятилетий сложилось подразделение
всех стран и регионов мира на две
группы, одну из которых можно назвать нефтеэкспортирующей,
а другую – нефтеимпортирующей. Границы
между ними довольно отчетливо прослеживаются
на всех трех уровнях – глобальном, региональном
и страновом.
На глобальном
уровне в качестве главных импортеров
нефти и нефтепродуктов стабильно
выступают экономически развитые
страны Запада, которые ввозят 1430 млн.тон, а в
качестве главных экспортеров – развивающиеся
страны Азии, Африки и Латинской Америки,
обеспечивающие 3/4 мирового нефтяного
экспорта (в том числе страны ОПЕК – 2/3).
Такое же функциональное подразделение
можно проследить и на региональном уровне:
Северная Америка ввозит 600 млн. тон нефти
и нефтепродуктов, Западная Европа – 500 млн.
тон, а страны Ближнего и Среднего Востока
экспортируют более 950 млн. т. [3]
Газовая промышленность
мира
Природный газ в качестве
топлива обладает многими положительными
свойствами – высокой теплотворной
способностью, хорошей транспортабельностью
большей по сравнению с нефтью
и углем экологической чистотой.
Все это создает предпосылки
для наращивания его использования в коммунальном хозяйстве,
в промышленности, включая электроэнергетику,
на транспорте. Неудивительно, что доля
природного газа в структуре мирового
энергопотребления, как уже было отмечено,
имеет тенденцию к постоянному увеличению.
История газовой промышленности, насчитывающая
немногим более ста лет, подразделяется
на два больших этапа. Первый из них продолжался
до 50—60-х гг. XX в. Для него был характерен
перевес одной страны – США, доля которой
в мировой добыче природного газа еще
в 1950 г. превышала 9/10. Затем начался второй
этап– этап быстрого роста добычи и потребления
природного газа и формирования новых
районов газовой промышленности – в СССР,
Юго-Западной Азии, Западной Европе, Северной
Африке и других регионах. Одновременно
происходило также формирование международного
рынка природного газа.
Динамика мировой добычи
природного газа свидетельствует о
ее непрерывном поступательном росте:
во второй половине XX в. она увеличилась
почти в 12 раз, к 2010 г. - возросла до 4 трлн.
м3, а к середине столетия – до 7 трлн.
м3.
Распределение
мировой добычи между тремя группами
стран современного мира существенно
отличается от аналогичных показателей,
относящихся к добыче нефти: первое
место в ней принадлежит развитым
странам Запада (37 %), второе – развивающим странам (35 %) и третье
– странам с переходной экономикой (28 %).
Это объясняется не столько географией
ресурсов природного газа, сколько тем,
что его добычу в развивающихся странах
начали значительно позднее. Но поскольку
она там все время возрастает, то и доля
этих стран в мировой добыче природного
газа тоже увеличивается.
Потребление природного
газа во всем мире мало отличается по размерам
от его производства, поскольку почти
весь добываемый и получаемый газ
сразу же поступает в газораспределительные сети.
Первое место на сегодняшний
день по размерам потребления природного
газа, как и по размерам его производства,
сохраняется за Северной Америкой,
в составе которой США были
и остаются крупнейшим в мире потребителем
этого вида топлива (600–650 млрд м3 в год). Однако по сравнению
с 1970 г. доля региона в мировом потреблении
природного газа уменьшилась почти вдвое.
На втором месте по объему потребления,
как и по размерам производства, стоят
страны СНГ, среди которых особо выделяется
Россия (более 450 млрд. м3 в год). Но
доля этого региона в мировом потреблении
природного газа также уменьшается. На
третьем месте, в отличие от ранжира по
размерам производства, находится зарубежная
Европа. Доля ее в мировом потреблении
природного газа в 1980—1990-х гг. оставалась
довольно стабильной. Среди отдельных
стран этого региона выделяются Германия
и Великобритания (по 100 млрд. м3).
Далее следует зарубежная Азия, где быстро
растет потребление газа в Китае, Индонезии,
Малайзии, Саудовской Аравии, Иране, ОАЭ.
Доля Латинской Америки в мировом потреблении
газа сравнительно невелика и к тому же
относительно стабильна, а доля Африки
пока остается незначительной.
Сравнение абсолютных и
относительных показателей добычи
и потребления природного газа уже
само по себе проливает свет на масштабы и географические
направления международной торговли этим
энергоносителем. В конце 1990-х гг. объем
такой торговли достиг 550, а в 2008 г. –800 млрд.м3.
Это означает, что в экспортно-импортных
операциях участвует более 1/4 всего добываемого
в мире природного газа, и, следовательно,
экспортная квота у него значительно меньше,
чем у нефти. Главные импортеры газа –
зарубежная Европа, США и Япония, а главные
экспортеры – некоторые страны СНГ (Россия,
Туркмения), зарубежной Европы (Нидерланды,
Норвегия), зарубежной Азии (Малайзия,
Индонезия, ОАЭ), Африки (Алжир), а также
Канада.
Экспортно-импортные
операции с природным газом осуществляют
двумя способами: по магистральным
газопроводам (72 %) и с использованием морского
транспорта, в сжиженном виде (28 %). При этом магистральные газопроводы
обслуживают главным образом внутриконтинентальну
торговлю– как между соседними странами
(из Канады в США, из Нидерландов и Норвегии
в другие европейские страны), так и на
расстоянии в тысячи километров (из России
в Восточную и Западную Европу). В отдельных
случаях по газопроводам осуществляют
и межрегиональную, межконтинентальную
торговлю (Африка – Западная Европа). Грузопотоки
сжиженного природного газа также имеют
преимущественно внутрирегиональный
характер. Все это свидетельствует о том,
что, в отличие от нефти, пока, видимо, преждевременно
говорить о мировом рынке природного газа.
Правильнее вести речь о нескольких региональных
рынках.
Россия и по запасам природного
газа и по размерам его добычи (около
1/4 мировой) продолжает удерживать первое
место в мире. Газовая промышленность
России – едва ли не единственная из отраслей
ее промышленности, которой удалось избежать
ощутимого спада производства в 1990-е гг.
В результате доля газа в энергопотреблении
России уже перевалила за 1/2, что значительно
выше показателей других развитых стран
мира. По статистике, добыча природного
газа в стране возрасла к 2010 г. до 740 млрд.
м3, а доля его в энергопотреблении
– до 57 %. Это означает, что «газовая пауза»,
как иногда называют нынешний период преимущественной
ориентации энергопотребления на природный
газ, по-видимому, продлится еще по крайней
мере десятилетие. Поддержание существующего
уровня добычи газа и возможное его повышение
предусматривают за счет бассейнов и месторождений
Западной Сибири, которые и ныне дают около
9/10 его добычи, обеспечивая работу Единой
системы газоснабжения (ЕСГ) страны. Россия
также была и продолжает оставаться крупнейшим
в мире экспортером природного газа (200 млрд.
м3 в год). Из этого экспорта меньшая
часть (26–27 %) направляется в страны ближнего
зарубежья, главным образом в Украину
и Беларусь, а большая часть (73–74 %) идет
в страны дальнего зарубежья, прежде всего
европейские. Магистральные газопроводы
из России проходят через Украину и Словакию
в Венгрию, Австрию, Югославию, Хорватию,
Италию, Словению, а через Чехию – также
в Германию и во Франции [3].
Угольная промышленность продолжает оставаться важной отраслью
мировой энергетики, а угольное топливо
– занимать «вторую строчку» в структуре
мирового энергопотребления. Развитие
этой отрасли отличается большей стабильностью
по сравнению, скажем, с нефтяной, что объясняется
целым рядом причин. Среди них – и гораздо
лучшая обеспеченность разведанными ресурсами,
и постоянный устойчивый спрос со стороны
прежде всего электроэнергетики и металлургии.
Однако по экологическим критериям, по
условиям работы шахтеров угольная промышленность
находится в менее выгодном положении,
чем нефтяная и тем более газовая. Чтобы
уменьшить себестоимость добычи, которая
в среднем в мире составляет 12–15 долл.
за 1 т, многие страны ищут пути ее дальнейшего
усовершенствования. Одним из важных направлений
повышения эффективности отрасли остается
увеличение доли угля, добываемого открытым
способом. В США эта доля превышает 3/5,
в России составляет около 3/5, в Австралии
– 1/2.
Распределение мировой добычи угля
в 2008 году между тремя группами стран
отличается от соответствующих пропорций
и по нефти, и по газу: 15 % добычи обеспечивают
страны с переходной экономикой, 30 % экономики
развитые страны Запада и 55 % – развивающиеся
страны. Однако столь высокая доля развивающихся
стран объясняется масштабными объемами
добычи в Китае.
Крупные географические подразделяются
регионы мира на две большие
группы – с уменьшающимся и
растущим уровнем добычи угля. Как нетрудно
определить, в первую группу входят страны
зарубежной Европы (в первую очередь Германия
и Великобритания), где подобная тенденция
прослеживается вполне отчетливо. В 1990-х
г. в первую группу входили и страны СНГ.
При этом в странах СНГ сказалось общее
кризисное состояние экономики, в странах
зарубежной Европы – конкуренция других
энергоносителей, в особенности импортных.
Но нужно учитывать и ухудшение горно-геологических
условий добычи в бассейнах, которые разрабатывают
уже 100 или даже 150 лет. В Германии, например,
глубина угольных разработок уже достигла
900 м, в Чехии – 700 м, в Великобритании и Польше
– 550 м.
Все остальные крупные географические
регионы мира входят во вторую группу.
Если иметь в виду не столько темпы,
сколько размеры абсолютного наращивания
добычи угля, то впереди снова оказывается
зарубежная Азия. Чтобы сдвиги в распределении
добычи между регионами предстали в еще
более наглядном виде, нужно вспомнить,
что в 1950—1960-е гг. на СССР и зарубежную
Европу приходилось около 60 % всей мировой
добычи угля. Международная торговля углем
постоянно возрастает: в 1980 г. она составляла
260 млн. т., в 1990 г. – 390 млн. т., в 2005 г. – 750 млн.
т., а в 2008 г. – 810 млн. тон. Но это значит,
что в каналы международной торговли пока
поступает лишь 13 % всего добываемого в
мире угля, почти исключительно каменного.
До середины 1980-х гг. главной углеэкспортирующей
страной были США, но затем эта роль перешла
к Австралии. Германия и Великобритания
фактически перестали экспортировать
уголь, зато в крупных экспортеров превратились
также ЮАР и Канада. Несколько уменьшился
экспорт из России, Казахстана, Польши,
но увеличился экспорт из Индонезии, Китая,
Колумбии. А вот список основных импортеров
угля изменился мало: ими были и остаются
Япония, Республика Корея, Тайвань в Азии,
ФРГ, Франция, Италия, Великобритания,
Испания, Бельгия, Нидерланды, Дания в
Европе, Бразилия в Латинской Америке
[1].
Таблица 1. Доля экономически развитых
и развивающихся стран в мировом
производстве и потреблении первичных
энергоресурсов [составлена автором по
источнику 3,10]
Электроэнергетика входит в состав топливно-энергетичес ого
комплекса, образуя в нем, как иногда говорят,
«верхний этаж». Можно сказать, что она
является одной из базовых отраслей мирового
хозяйства. Эта ее роль объясняется необходимостью
электрификации самых разных сфер человеческой
деятельности. Поэтому и уровень электрификации
топливно-энергетиче кого баланса мира,
который измеряется количеством первичных
энергоресурсов, расходуемых на производство
электроэнергии, все время возрастает
и в развитых странах уже превысил 2/5. [3]
Динамика мирового производства электроэнергии
показывает, что во второй половине
XX в. – начале XXI в. выработка электроэнергии
увеличилась в 20 раз. На протяжении всего
этого времени темпы роста спроса на электроэнергию
превышали темпы роста спроса на первичные
энергоресурсы. В первой половине 1990-х
гг. они составляли соответственно 2,5 %
и 1,5 % в год [4].
Согласно статистике, в 2010 г. мировое
потребление электроэнергии возросло
до 18–19 трлн. кВт ч, а к 2020 г. может увеличится
до 26–27 трлн. кВт • ч. Соответственно будут
возрастать и установленные мощности
электростанций мира, которые уже в середине
1990-х гг. превысили уровень в 3 млрд. кВт
[11].
Таблица 2. Главные страны
– производители электроэнергии,
2008 г. [составлена автором по источнику
3,8].
Распределение мирового
производства электроэнергии между
крупными географическими регионами также постепенно
изменяется. Так, в 1950 г. на долю Северной
Америки приходилось 46 %, Западной Европы
– 25, Восточной Европы (с СССР) – 14, Азии
– 10, Латинской Америки, Австралии и Океании
– по 2 и Африки – 1 %. К 2005 г. доля Северной
Америки уменьшилась до 26 %, Западной Европы
– до 20, Восточной Европы (с СНГ) – до 11,
тогда как доля Азии возросла до 34, Латинской
Америки – до 5, Африки – почти до 3 %, доля
Австралии и Океании осталась неизменной.
Судя по прогнозам, к концу первого десятилетия
ХIX века потребление электроэнергии в
Северной Америке и Азиатско-Тихоокеанско
регионе сравняется на уровне около 6 трлн.
кВт ч. В Западной Европе оно составит
2800 млрд. кВт • ч, в Латинской Америке –
1350 млрд., в Африке – 550 млрд., на Ближнем
и Среднем Востоке – 350 млрд. кВт • ч.
Структура производства электроэнергии
также не остается неизменной. До середины
XX в., на угольном этапе развития мирового
энергопотребления, в ней резко преобладала
доля тепловых, преимущественно работающих
на угле, электростанций с некоторой добавкой
ГЭС. Затем, по мере развития гидроэнергетики
и атомной энергетики, доля ТЭС стала уменьшаться,
и в начале XXI в. мировое производство электроэнергии
приобрело структуру. Из него вытекает,
что ныне более 2/3 мирового производства
электроэнергии приходится на ТЭС и по
1/5—1/6 – на ГЭС и АЭС (рис.1). Согласно
прогнозам, структура использования топлива
на ТЭС в перспективе несколько изменится:
доля газа может возрасти, а доля мазута
уменьшиться [3].
Рисунок 1. Динамика
доли основных видов энергии в структуре
ТЭК в %, 2008 г. [составлена автором по источнику
литературы 3,9]
ГЛАВА 2
ГЕОГРАФИЯ И
СОВРЕМЕННЫЙ УРОВЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
2.1 Трактовка
понятия и виды альтернативных
источников энергии
С середины XX века началось изучение энергетических
ресурсов, относящихся к «возобновляемым
источникам энергии». К категории нетрадиционных возобновляемых
источников энергии (НВИЭ), которые
также часто называют альтернативными, принято
относить несколько не получивших пока
широкого распространения источников,
обеспечивающих постоянное возобновление
энергии за счет естественных процессов.
Это источники, связанные с естественными
процессами в литосфере (геотермальная
энергия), в гидросфере (разные виды энергии
Мирового океана), в атмосфере (энергия
ветра), в биосфере (энергия биомассы) и
в космическом пространстве (солнечная
энергия).
Среди
несомненных достоинств всех видов
альтернативных источников энергии
обычно отмечают их практическую неисчерпаемость
и отсутствие каких-либо вредных
воздействий на окружающую среду. Хотя
второй из этих тезисов ныне оспаривают
не только отдельные географы и экологи,
но и эксперты ООН. Никто не отрицает, что
они могли бы сыграть определенную роль
в укреплении энергетической и экологической
безопасности многих стран. Действительно,
использование НВИЭ способствовало бы
сбережению органических видов топлива
и соответственно уменьшению поступления
продуктов их сгорания в атмосферу, снижению
объемов перевозок этих видов топлива
(а, следовательно, и транспортных расходов),
рационализации топливно-энергетичес их
балансов и др.
Однако на пути широкого
использования НВИЭ существует и
немало серьезных препятствий, прежде
всего технико-экономическо о характера.
Это крайнее непостоянство большинства
таких источников энергии во времени
и в пространстве, малая плотность потоков энергии, с чем непосредственно
связаны высокая капиталоемкость строительства
и себестоимость энергии, длительные сроки
строительства, значительная степень
разного рода рисков.
В целом баланс положительных
и отрицательных факторов использования
НВИЭ пока можно охарактеризовать как складывающийся
с перевесом факторов второй группы. Показательно,
что наибольший интерес к ним стали проявлять
в период мирового энергетического кризиса
1970-х гг., когда цены на традиционные энергоносители
резко поднялись. В 1981 г. в Найроби (Кения)
состоялась специальная конференция ООН,
на которой была принята мировая «Программа
действий по использованию новых и возобновляемых
источников энергии». Однако после того,
как традиционные энергоносители снова
подешевели, интерес к альтернативным
значительно снизился. В настоящее время
их доля в мировом топливно-энергетичес ом
балансе едва превышает 2 %. Только в очень
немногих странах и регионах, где отсутствуют
запасы органического топлива и ресурсы
гидроэнергии, но имеются благоприятные
условия для использования альтернативных
источников энергии, доля их в таких балансах
оказывается значительной. В остальных
же странах и регионах они имеют сугубо
местное значение, снабжая энергией мелких
и территориально рассредоточенных потребителей.
Однако нельзя не учитывать
и того, что за последние два
десятилетия в мире был достигнут
значительный прогресс в повышении
экономичности использования нетрадиционных
источников энергии. Так, существенно
снизились затраты на строительство
ветровых и солнечных электростанций, что повысило
их конкурентоспособност даже в сравнении
с обычными ТЭС, работающими на органическом
топливе. В свою очередь, это стало возможным
в результате разработки принципиально
новых технологий использования альтернативных
источников энергии. Большое значение
имеет также проводимая в США, Японии,
Китае, Индии, во многих странах Западной
Европы политика стимулирования их использования.
Она обычно предусматривает налоговые
льготы на разработку оборудования, предоставление
кредитов – государственных и частных,
принятие специальных законодательных
актов. Исходя из этого, можно сделать
вывод, что прогнозы дальнейшего использования
этих источников энергии относительно
оптимистичны. Так, по оценке Мирового
энергетического совета (МИРЭС), в 2020 г.
даже при минимальном варианте прогноза
они могут обеспечить выработку 540 млн.
тон. (в нефтяном эквиваленте) и составить
3–4 % мирового потребления топлива и энергии.
А при максимальном варианте эти показатели
возрастут предположительно до 1350 млн.
тон или 8—12 % [3].
К альтернативным источникам энергии относят:
энергию Солнца (гелиоэнергетика), ветровую
энергию (ветроэнергетика), геотермальную
энергию, энергетические ресурсы Мирового
океана, а также биомассу и синтетическое
горючее.
Рис. 4. География использования альтернативных
источников энергии мира, 2009 г. [составлена
автором по источникам 3,8,9,10].
2.2 Энергия
Солнца (гелиоэнергетика)
Ведущим экологически чистым
источником энергии является Солнце.
На протяжении миллиардов лет Солнце ежесекундно излучает огромную энергию.
Около трети энергии солнечного излучения,
попадающего на Землю, отражается ею и
рассеивается в межпланетном пространстве.
Много солнечной энергии идёт на нагревание
земной атмосферы, океанов и суши. В настоящее
время в народном хозяйстве достаточно
часто используется солнечная энергия
- гелиотехнические установки (различные
типы солнечных теплиц, парников, опреснителей,
водонагревателей, сушилок). Солнечные
лучи, собранные в фокусе вогнутого зеркала,
плавят самые тугоплавкие металлы. Ведутся
работы по созданию солнечных электростанций,
по использованию солнечной энергии для
отопления домов и т.д. Практическое применение
находят солнечные полупроводниковые
батареи, позволяющие непосредственно
превращать солнечную энергию в электрическую.
Солнце изливает на Землю
океан энергии. Человек буквально
купается в этом океане, энергия
везде. А человек, словно не замечая
этого, вгрызается в землю за углем
и нефтью, чтобы добыть энергию
для заводов и фабрик, для освещения
и отопления. И ведь добывает-то он всю ту же
энергию Солнца, которую «впитали» растения
былых времен, ставшие потом углем. Растения
способны уловить меньше одного процента
падающей на листья солнечной энергии,
а после сжигания угля ее выделяется и
того меньше. Солнечная энергия доступна
всем и каждому. Она экологична – ничего
не загрязняет, ничего не нарушает, она
дает жизнь всему сущему на Земле. Больше
того, эта энергия даровая, но при всех
своих достоинствах и самая дорогая. Именно
поэтому солнечные электростанции не
так распространены, как электростанции
других видов.
Солнечную энергию использовали
для обогрева домов еще в Древней
Греции, но зарождение современной гелиоэнергетики произошло только в XIX в.,
когда был сконструирован солнечный коллектор
для подогрева воды, а становление ее –
уже в XX в. Научные эксперименты показали,
что современные технологии обеспечивают
возможность более или менее эффективного
использования этой энергии только в пределах
между 50° широты обоих полушарий. Но даже
в этих широтах себестоимость электроэнергии
оказалась почти в 20 раз выше, чем на традиционных
типах электростанций. Что же касается
самого ее преобразования в тепловую или
электрическую энергию, то его можно осуществлять
при помощи трех технико-технологичес их
способов.
Первый способ, который
получил наиболее широкое распространение, –
это теплоснабжение с использованием
солнечных коллекторов-водонагре ателей,
которые неподвижно устанавливают на
крышах домов под определенным углом к
горизонту. Они обеспечивают нагрев теплоносителя (вода, воздух, антифриз) на
40–50 °C по сравнению с температурой окружающей
среды. Их применяют также для кондиционирования
воздуха, сушки сельскохозяйственных
продуктов, опреснения морской воды и
др. Больше всего таких установок теплоснабжения
имеют США и Япония, но самая высокая плотность
их из расчета на душу населения достигнута
в Израиле и на Кипре. Так, в Израиле 800 тыс.
солнечных коллекторов обеспечивают горячей
водой 70 % жителей этой страны. Солнечные
коллекторы применяются также в Китае,
Индии, ряде стран Африки (преимущественно
для привода в действие насосных установок)
и Латинской Америки.
Второй способ заключается
в преобразовании солнечной энергии
уже не в тепловую, а в электрическую,
причем «напрямую» – при помощи
фотоэлектрических установок (солнечных батарей) на кремниевой
основе – наподобие тех, которые устанавливают
на космических аппаратах. Первая такая
электростанция была сооружена в Калифорнии
в 1981 г., а затем они появились и в других
регионах США, и в других странах. Хотя
получаемая при их помощи электроэнергия
продолжает оставаться еще весьма дорогой
(30 центов за 1 кВт ч), наиболее богатые
страны уже развернули широкую кампанию
за установку солнечных батарей на крышах
и фасадах домов. Лидерство в этом деле
захватила Япония, которая контролирует
также около 1/3 мирового рынка фотоэлектрических
элементов. Но и Германия уже приступила
к осуществлению программы под названием
«1000 крыш и фасадов», а в США в 1997 г. тогдашний
президент страны Клинтон провозгласил
программу «Миллион крыш», солнечные водонагреватели общей мощностью
1400 МВт установлены в 1,5 млн. домов.
Наконец, третий способ,
также обеспечивающий превращение
солнечной энергии в электрическую,
реализуется при помощи сооружения
собственно солнечных электростанций (СЭС), которые подразделяются на два
типа – башенные и параболические.
В 1970-х – начале 1980-х
гг. башенные СЭС были построены
в США, Японии, Испании, Италии, во Франции,
в СССР, но затем они были остановлены
из-за неконкурентоспособно ти. Однако
опыт, накопленный при их эксплуатации, позволил
начать проектирование нового поколения
таких СЭС. На мировом «солнечном саммите»,
проведенном в середине 1990-х гг., была разработана
Мировая солнечная программа на 1996–2005 гг.,
имеющая глобальные, региональные и национальные
разделы [3].
На территории бывшей базы
ВВС Германии, к востоку от Лейпцига,
в 2009 году начала работу крупнейшая в
мире солнечная электростанция. Электростанция занимает площадь,
равную 200 футбольным полям. После окончательного
вступления в строй она сможет вырабатывать
до 40 МВт электроэнергии. На начальном
этапе деятельности электростанции ее
мощность составила 24 МВт, а стоимость
Waldpolenz Solar Park - 130 млн. евро [6].
На Тайване в провинции Гаосюн
на юге острова запущена самая
большая в Азии солнечная электростанция: на площади 2 га расположилась 141 солнечная панель, общая мощность СЭС – 1 МВт [7].На острове Сицилия недалеко
от известного своим неспокойным характером
вулкана Этна еще в начале 80-х годов дала
ток солнечная электростанции мощностью
1 МВт. Принцип ее работы – башенный. Зеркала
фокусируют солнечные лучи на приемнике,
расположенном на высоте 50 м. Там вырабатывается
пар с температурой более 500? С, который
приводит в действие традиционную турбину
с подключенным к ней генератором тока.
При переменной облачности недостаток
солнечной энергии компенсируется паровым
аккумулятором. Неоспоримо доказано, что
на таком принципе могут работать электростанции
мощностью 10-20 МВт, а также и гораздо больше,
если группировать подобные модули, присоединяя
их друг к другу [2].Несколько иного типа
электростанция в Альмерии на юге Испании.
Ее отличие в том, что сфокусированное
на вершину башни солнечное тепло приводит
в движение натриевый круговорот (как
в атомных реакторах на быстрых нейтронах),
а тот уже нагревает воду до образования
пара. У такого варианта ряд преимуществ.
Натриевый аккумулятор тепла обеспечивает
не только непрерывную работу электростанции,
но дает возможность частично накапливать
избыточную энергию для работы в пасмурную
погоду и ночью. Мощность испанской станции
всего 0,5 МВт. Но на ее принципе могут быть
созданы куда более крупные – до 300 МВт.
В установках подобного типа концентрация
солнечной энергии настолько высока, что
КПД паротурбинного процесса ничуть не
хуже, чем на традиционных тепловых электростанциях
[20].
Такой принцип работы
заложен еще в одном варианте
солнечной электростанции, разработанном
в Германии. Ее мощность тоже невелика
– 20 МВт. Подвижные зеркала по 40 м2 каждое, управляемые микропроцессором,
располагаются вокруг 200-метровой башни.
Они фокусируют солнечный свет на нагреватель,
где помещается сжатый воздух. Он нагревается
до 800?C и приводит в действие две газовые
турбины. Затем теплом этого же отработавшего
воздуха нагревается вода, и в действие
вступает уже паровая турбина. Получаются
как бы две ступени выработки электричества.
В результате КПД станции поднят до 18%,
что существенно больше, чем у других гелиоустановок
[11].
А в бывшем СССР недалеко от Керчи
сооружена станция мощностью
в 5МВт. Вокруг башни концентрическими
зеркалами размещены 1600 зеркал, направляющих
солнечные лучи на паровой котел, который
венчает 70-метровую башню. Зеркала площадью
25 м2 каждое с помощью автоматики
и электроприводов следят за Солнцем и
отражают солнечную энергию точно на поверхность
котла, обеспечивая ее плотностью потока
в 150 раз большую, чем Солнце на поверхности
Земли. В котле при давлении 40 атмосфер
генерируется пар с температурой 250?С,
поступающий на паровую турбину. В специальных
емкостях-аккумулятор х под давлением
содержится вода, накапливающая тепло
для работы по ночам и в пасмурную погоду.
Благодаря этим аккумуляторам станция
может работать еще 3-4 часа после захода
Солнца, а на половинной мощности – около
полусуток [2].Солнечная энергия используется
также в небольших автомобилях на солнечных
батареях, на космических станциях и спутниках.
2.3 Ветровая
энергия (ветроэнергетика)
Использование энергии
ветра началось, можно сказать, на
самом раннем этапе человеческой
истории. Они же упоминают о том,
что древние персы использовали силу ветра для
размола зерна, и о том, что в средневековой
Голландии ветряные мельницы служили
не только для размола зерна, но и для откачки
воды с польдеров. В середине XIX в. в США
был изобретен многолопастной ветряк,
использовавшийся для подъема воды из
колодцев. Но получать при помощи ветра
электроэнергию первыми научились датчане
в 1980 году. Технологические основы современной
ветроэнергетики разработаны уже достаточно
хорошо. Пока наибольшее распространение
получили малые и средние ветроэнергетические
установки (ВЭУ) мощностью от 100 до 500 кВт.
Но уже началось серийное производство
ветротурбин мощностью от 500 до 1000
кВт. Их ротор имеет диаметр от
35 до 80 м, а высота башни достигает 90 м. Принцип
работы ветротурбины состоит в следующем: ветер вращает лопасти,
а лопасти крутят вал, который соединен
с набором зубчатых колес, приводящих
в действие электрогенератор. Крупные ветротурбины, используемые для производства электроэнергии,
позволяют производить от 750 киловатт
до 1,5 мегаватт электроэнергии. Для снабжения
электроэнергией жилых домов, телекоммуникационных
станций и в водяных насосов целесообразно
использовать небольшие ветротурбины мощностью до 100 киловатт. Использование
таких ветротурбин целесообразно прежде
всего для отдаленных районов, в которых
отсутствует централизованное электроснабжение.
В крупных ветровых электростанциях группы ветротурбин соединены в единую сеть с целью производства
электроэнергии для энергосистем общего
пользования. В таких случаях, электричество
подается потребителям посредством линий
передач и распределительных линий. Малые
ветроустановки обычно используют для
автономной работы (например, на отдельной
ферме), а более крупные чаще концентрируют
на одной площадке, создавая так называемую
ветровую ферму.
Самым крупным производителем ветродвигателей
была и остается Дания, за которой
следуют Германия, США, Япония, Великобритания,
Нидерланды. В последние два десятилетия
ветроэнергетика развивалась более
высокими темпами, чем энергетика, использующая
остальные виды НВИЭ. Отсюда и значительный
рост мощностей ветроустановок в мире.
В 1981 г., когда началось их применение в
американском штате Калифорния, общая
их мощность составляла всего 15 тыс. кВт.
К 1985 г. она возросла до 1,1 млн., к 1990 г. – до
2 млн., к 1995 г. – до 5 млн. (все такие установки
давали тогда 8 млрд. кВт ч электроэнергии),
а к 2000 г. – до 13 млн. кВт., в 2006 г.- -36 млн. кВт.,
в 2008 г.-41 млн.кВт.
География мировой ветроэнергетики
претерпела довольно существенные изменения.
До середины 1990-х гг. по суммарной мощности
ВЭУ (или ветроэлектростанций – ВЭС) первое
место занимали США: в 1985 г. на эту страну
приходилось 95 %, да и в 1994 г. – 48 % всех мировых
мощностей. Почти все они сконцентрированы
здесь в штате Калифорния, где находятся
и самые крупные в стране отдельные ветро-электростанции
и самые большие «ветровые фермы» (на одной
из них размещено около 1000 ВЭУ, так что
ее суммарная мощность превышает 100 тыс.
кВт). Кроме того, такие установки работают
в штатах Нью-Мексико, Гавайи, Род-Айленд,
ведется или намечается их соружение и
в нескольких других штатах.[3]
Однако во второй половине 1990-х
гг. мировое лидерство в ветроэнергетике
перешло к Западной Европе, где
уже в 1996 г. было сосредоточено 55 % мировых
мощностей ветроэнергетических установок.
Ветроэлектростанции уже работают в 14
странах Западной Европы, причем в первую
их пятерку входят Германия, Дания, Нидерланды,
Великобритания и Испания, но определяющая
роль принадлежит двум первым из них.До
начала 1990-х гг. европейское первенство
удерживала страна – родоначальник ветроэнергетики
– Дания. Тем не менее во второй половине
1990-х гг. Дания уступила его Германии, мощности
ветроустановок которой в 1999 г. достигли
4 млн. кВт, а выработка электроэнергии
на них – 6 млрд. кВт ч. К тому же в отличие
от Дании, где преобладают мелкие автономно
работающие установки, для Германии более
характерны крупные «ветровые фермы».
Больше всего их на самом «продуваемом»
участке ее территории – побережье Северного
моря в пределах земли Шлезвиг-Гольштейн.
В 2005 г. здесь была введена в строй крупнейшая
в мире ВЭУ, которая ежегодно производит
17 млн. кВтч электроэнергии. [3]
В целом еще в середине 1990-х
гг. ветроэнергетические установки
Западной Европы обеспечивали бытовые
потребности в электроэнергии примерно
3 млн. человек. В рамках ЕС была поставлена
задача к 2005 г. увеличить долю ветроэнергетики
в производстве электроэнергии до 2 % (это
позволит закрыть угольные ТЭС мощностью
7 млн. кВт), а к 2030 г. – до 30 %. Из других стран
мира, имеющих перспективы для развития
ветроэнергетики, можно назвать Индию,
Китай и Японию в Азии, Канаду в Северной
Америке, Мексику, Бразилию, Аргентину,
Коста-Рику в Латинской Америке, Австралию.
Но настоящий рывок в этой сфере в 1990-е
гг. предприняла только Индия, которая,
с одной стороны, испытывает дефицит традиционных
видов топлива, а с другой – обладает значительным
потенциалом ветроэнергетических ресурсов,
обусловленным муссонной циркуляцией
воздушных масс в сочетании с особенностями
строения рельефа страны. В результате
осуществления большой государственной
программы строительства ВЭУ, рассчитанной
на привлечение иностранного капитала,
Индия сегодня является пятой в мире
страной по установленной мощности ветроэнергетических
установок с показателем 9645 МВт на конец
2008 года. Причем в последние три года вводы
ВЭУ в Индии примерно одинаковы — около
1800 МВт в год (рис. 1). Более 43% от суммарной
мощности всех ВЭУ введено в индийском
штате Тамилнад, также среди лидеров по
этому показателю находятся штаты Maхараштра,
Гуджарат и Kaрнатака, а на все остальные
штаты приходится только 10% от мощности
ВЭУ Индийское правительство давно обратило
внимание на возобновляемую энергетику.
Еще в 1992 г. было создано Министерство
нетрадиционных источников энергии (сегодня
— Министерство новой и возобновляемой
энергетики, MNRE). Индия также относится
к числу государств, ратифицировавших
Киотский протокол.
Для поддержки возобновляемой энергетики
вообще и ветроэнергетической отрасли
в частности индийское правительство
ввело такие стимулирующие меры, как ускоренная
амортизация оборудования, налоговые
льготы, льготные таможенные пошлины и
акцизы, упрощенные процедуры привлечения
зарубежных инвестиций, первоочередное
подключение к электрическим сетям.
Государственные комиссии по регулированию
электроэнергетики (State Electricity Regulatory Commissions,
SERC) индийских штатов Aндхра Прадеш,
Мадхья Прадеш, Kaрнатака и Maхараштра
установили привилегированные тарифы
на электроэнергию, вырабатываемую ВЭУ,
а также обязали региональные энергоснабжающие
организации ежегодно покупать определенное
количество электроэнергии (в ряде штатов
это 10%), вырабатываемой возобновляемыми
источниками. (рис. 2)
Рис. 2 Динамика уставленной мощности
ветряных энергоустановок (ВЭУ) в Индии,
2005-2008 гг., МВт[составлена автором по источнику
8].
Еще одним важным слагаемым успешного
развития ветроэнергетики в Индии
является наличие в стране крупного
производителя ВЭУ, компании Сазлон.
На сегодняшний день Сазлон является не
только крупнейшим производителем ветроустановок
в Индии и в целом в Азии, но и пятой компанией
подобного профиля в мире. Сазлон имеет
производственные площадки и исследовательские
центры в Дании, Голландии, Бельгии и Германии,
владеет большинством акций компании
REpower, известного немецкого производителя
ВЭУ.
В Индии на долю Сазлон приходится
почти 39% установленной мощности ВЭУ,
что намного больше доли компаний
Вестас (мировой лидер) и Энеркон,
не говоря уже обо всех остальных
производителях. Причем Suzlon, в производственной
гамме которого есть ВЭУ мощностью 600,
1250, 1500 и 2100 кВт, не только выпускает ветростанции,
но также строит ветропарки и затем управляет
ими. Так, например, в штате Maхараштра эта
компания построила ветропарк Ванукасавад
(Vankusawade) мощностью 201 МВт, а приблизительно
в 30 км от города Нандурбар в этом же штате
ведет строительство самого большого
в мире ветропарка Дхал (Dhule) мощностью
1000 МВт, из которых более 500 МВт уже установлено
(преимущественно модели S64 — 1,25 МВт). Помимо
этого в Индии насчитывается свыше 150 частных
ветропарков мощностью от 10 и более мегаватт,
самый крупный из которых имеет мощность
161 МВт. Число таких ветропарков будет
расти, так как в июне 2008 г. правительство
приняло меры национальной поддержки
подключения ветропарков мощностью менее
49 МВт в виде дополнительных надбавок
к тарифам на электроэнергию, вырабатываемую
ими [8].
В 2008 году в США было введено
в эксплуатацию 8,4 млн. кВт ветроэнергетических
установок (ВЭУ), и их суммарная установленная
мощность составила 25,2 млн. кВт. Всего
за два года мощность введенных ВЭУ возросла
более чем в 2 раза, ведь еще в конце 2006
г. она составляла только 11,6 млн. кВт. Причем
все действующие ветростанции США установлены
на суше, а прибрежные ветропарки пока
существуют только в виде проектов на
бумаге. Стоит также отметить, что 8,4 млн
кВт — это 35% от мощности станций всех
видов генерации, запущенных в США в 2008
г. Благодаря такой динамике ввода в эксплуатацию
ВЭУ, доля США в мировой установленной
мощности ветроустановок выросла с 18%
в 2006 г. до 20,8% в 2008 году. Более 28% от суммарной
мощности ВЭУ, 7118 МВт, установлено в Техасе.
Еще в шести штатах мощность ВЭУ превышает
1 тыс. МВт: Айова — 2791, Калифорния — 2517,
Миннесота — 1754, Вашингтон — 1447, Колорадо
— 1068 и Орегон — 1067 МВт. Доля этих семи
штатов в суммарной мощности — более 60%.
Кроме того, еще в шести штатах мощность
ветростанций находится в диапазоне от
500 до 1000 мегаватт. За последние 30 лет, проведение
научных исследований и испытаний, организуемых
в Соединенных Штатах в рамках Программы
энергии ветра МЭ, позволило снизить себестоимость
энергии ветра с 80 центов (USD) за киловатт-час
до 4-6 центов за киловатт-час в настоящее
время. Данный показатель, позволяет надеяться,
что в ближайшие годы использование электроэнергии,
получаемой на ветроэлектростанциях
станет целесообразным не только из экологических,
но и из экономических соображений. Это,
в свою очередь, должно стать дополнительным
стимулом для разработок и внедрения новейших
ветротурбин. Целью исследовательских
программ по изучению энергии ветра является
стремление еще больше снизить себестоимость
производства электроэнергии для коммунальных
служб. Поставлены задачи снизить себестоимость
электроэнергии до 3 центов за киловатт-час
в расположенных на суше местах с низкой
скоростью ветра и до 5 центов за киловатт-час
на ветротурбинах, находящихся на расстоянии
от берега (в океане). Местом с низкой скоростью ветра считается
место, в котором среднегодовая скорость
ветра, измеряемая в 10 метрах от поверхности
земли, составляет около 20 км/ч.
В Соединенных Штатах для достижения
этой и других целей два основных
научно-исследователь ких лабораторных
центра (в штате Колорадо и в штате Нью-Мексико)
проводят работу с партнерами в этой отрасли
и исследователями из университетов, направленную
на дальнейшее продвижение технологий
энергии ветра. Каждая из этих лабораторий
располагает уникальными потенциальными
возможностями для изобретения и внедрения
новейших разработок в области использования
энергии ветра. Лаборатории проводят научные
исследования в таких областях, как изготовление
самого современного оборудования для
электростанций, проверка надежности
отдельных узлов ветротурбин, аэродинамика,
структурный анализ, изношенность материала.
Ведутся также активные исследования
с целью создания надежных систем контроля
за работой отдельных ветротурбин и ветроэлектростанций
в целом.
В результате исследований,
проводимых в 90-е годы, глобальное производство
энергии ветра возросло в 10 раз - с 3,5 гигаватт
(гигаватт = 1 миллиарду ватт) в 1994 году
до почти 50 гигаватт к концу 2008 года. В Соединенных Штатах выработка энергии ветра утроилась с
1600 мегаватт в 1994 году до свыше 6700 мегаватт
к концу 2008 года. Этого достаточно для
того, чтобы обслуживать более 1,6 миллиона
домохозяйств, что существенно для энергетики
Соединенных Штатов. В настоящее время
также проводятся активные исследования
направленные на поиск более эффективных
территорий, как в прибрежных зонах, так
и в местах, которые раньше не рассматривались,
как пригодные для размещения турбин.
Так, например, была создана карта ветров пригодных для использования
в ветроэнергетике. Данное исследование показало, что на
высоте более 10 метров преобладают ветры
намного более мощные и стабильные, по
сравнению с ветрами, наблюдающимися вблизи
поверхности. Согласно данным этого исследования,
в местах с наибольшим энергетическим
потенциалом с каждого квадратного метра
площади ежедневно можно получать более
10 кВт электроэнергии [9].
В 2008 г. Канада (территория
почти 10 млн. км?, население — около
31 млн. чел.) вошла в десятку стран-лидеров
по вводу ветроэнергетических установок (ВЭУ) мощностью 523 МВт. Благодаря
этому суммарная установленная мощность
ВЭУ в Канаде в конце 2008 г. составила 2369
МВт (11-е место в мире). А ведь еще в 2000 г.
мощность ВЭУ в Канаде была всего 137 мегаватт.
В провинции Онтарио (самый населенный
регион страны) находится 37% установленной
мощности ВЭУ Канады, второе и третье места
занимают провинции Квебек и Альберта
— по 20% каждая. На долю всех остальных
провинций приходится всего 22% суммарной
мощности ВЭУ. (рис. 3)
Рис. 3 Динамика установленной
мощности ВЭУ в Канаде, 2005-2008 гг.,
МВт [составлена автором по источнику10].
Наиболее крупным ветропарком
является Онтарио (Ontario Wind Power Farm), где
установлены 110 ветроустановок модели
Vestas V82 единичной мощностью 1,65 МВт. Суммарная
мощность этого ветропарка, введенного
в эксплуатацию в 2008 г., равна 181,5 мегаватт. Еще один мощный ветропарк — Сентениал
(Centennial Wind Power Facility) в провинции Саскачеван.
Этот ветропарк, пущенный в эксплуатацию
в два этапа — в 2005 и 2006 гг. — насчитывает
83 ВЭУ Vestas единичной мощностью 1,8 МВт. Суммарная
мощность равна 149,4 мегаватт.
В провинции Квебек расположен
ветропарк Карлетон (Carleton Wind Farm), 73 ВЭУ
которого были смонтированы и введены
в эксплуатацию практически за год.
Здесь работают ветроустановки американского
производства компании Дженерал Электрик
(General Electric (GE)), их единичная мощность — 1,5 МВт,
а суммарная мощность ветропарка — 109,5
МВт. Годовая выработка электроэнергии
достигает 340 млн. кВт·ч. [10]
2.4. Геотермальные
источники энергии
Геотермальная энергия
– это разогретая вода, получаемая из земных недр, находящаяся
под большим давление и способная производить
энергию.
Источники геотермальной энергии отличаются не только неисчерпаемостью,
но и довольно широким распространением:
ныне они известны более чем в 60 странах
мира. Но сам характер использования этих
источников во многом зависит от их природных
особенностей.
Низко– и среднетемпературные
«подземные котлы» (с температурой
до 150 °C) используют в основном для обогрева
и теплоснабжения: природную горячую воду
по трубам подают к жилым, производственным и общественным зданиям, теплицам,
оранжереям, плавательным бассейнам, водолечебницам
и т. д. Термальные воды используют для
прямого обогрева во многих странах зарубежной
Европы (Франция, Италия, Венгрия, Румыния),
Азии (Япония, Китай), Америки (США, страны
Центральной Америки), Океании (Новая Зеландия).
Но, пожалуй, наиболее ярким примером такого
рода может служить Исландия. В этой стране,
практически лишенной других источников
энергии, пресные термальные воды начали
осваивать еще в конце 1920-х гг., но первая
в мире крупная система геотермального
водоснабжения вступила тут в строй только
в конце 1950-х гг. Горячую воду из почти
ста глубоких скважин по специальной теплотрассе
подают в столицу страны – Рейкьявик и
соседние поселения. Ею отапливают жилые
и общественные здания, промышленные предприятия,
оранжереи и в особенности теплицы, полностью
обеспечивающие потребности жителей в
огурцах и помидорах и снабжающие их яблоками,
дынями и даже бананами.
Высокотемпературные (более
150 °C) термальные источники, содержащие сухой или влажный
пар, выгоднее всего использовать для
приведения в движение турбин геотермальных
электростанций (ГеоТЭС).
Первая промышленная
ГеоТЭС была построена в итальянской
провинции Тоскана, в местечке Лардерелло
около Пизы, в 1913 г. Затем в Италии стали работать и другие
небольшие ГеоТЭС. В 1920-х гг. начали строить
ГеоТЭС в Японии, в 1950-х – в Новой Зеландии
и Мексике, в 1960-х – в США, в 1970-х – в Китае,
Индонезии, Турции, Кении, Сальвадоре,
на Филиппинах, в 1980-х – в ряде стран Центральной
Америки, в 1990-х – в Австралии. Соответственно
и суммарная мощность ГеоТЭС стран мира
возрастала следующим образом (в тыс. кВт):
в 1960 г. – 370, в 1970 г. – 715, в 1980 г. – 2400, в 1990 г. –
8770. Число стран, имеющих ГеоТЭС, уже превышает
20.
До недавнего
времени внеконкурентное первое
место по количеству (около 20) и мощности
(более 3,2 млн кВт) ГеоТЭС занимали США.
В этой стране геотермальные электростанции
работают в штатах Юта, Гавайи, но большинство
их находится в северной части Калифорнии, в Долине гейзеров.
Однако с начала 1990-х гг. разработки геотермальных
источников в США явно замедлились, почти
прекратилась практика предоставления
разного рода льгот производителям и потребителям
геотермальной энергии. К тому же ГеоТЭС
в Долине гейзеров пострадали от падения
внутреннего давления и уменьшения поступления
горячего пара. Так что в последнее время
строительство новых ГеоТЭС в стране не
происходило [3].
С 1976 года
в Сальвадоре начала работать геотермальная
электростанция Ауачапан. С годами ее
мощность достигла 90 МВт.
Она дает почти половину всей производимой
в стране электроэнергии.
Летом
1983 года в Никарагуа заработала станция
на склоне вулкана Момотомбо
на северном берегу озера Манагуа.
Благодаря этому страна экономит 60 тыс.
долларов в день. На северо-востоке
Коста-Рике, в горах Гуанакасте,
построена геотермальная электростанция Мираваллао.
Не первый год успешно работают геотермальные
электростанции и на другом
краю Земли. Мощность одной из них — в
Новой Зеландии —составляет 200 МВт. Не намного
меньше ГеоТЭС на Филиппинах [5].
Вторым мировым лидером
в области геотермальной электроэнергетики
стали Филиппины, которые уже
в 1995 г. имели несколько ГеоТЭС мощностью
2,2 млн кВт и ныне, по-видимому, по этому
показателю уже обогнали США. Первая ГеоТЭС была сооружена
здесь в 1977 г. (с помощью иностранного капитала).
Согласно расчетам через 35 лет геотермальные
электростанции этой страны должны будут
удовлетворять до 30 % ее потребности в электроэнергии.
Далее по размерам производства электроэнергии
на ГеоТЭС следуют Мексика, Италия и Япония
[1].
2.5. Энергетические
ресурсы Мирового океана
Из всех видов нетрадиционных
возобновляемых источников энергии
Мирового океана наибольшее значение
может иметь энергия приливов. Однако, несмотря на благоприятные природные
предпосылки строительство приливных
электростанций (ПЭС) пока сдерживается
некоторыми факторами экономического
характера. Так, при оценке экономических выгод
строительства ПЭС нужно учитывать, что
наибольшие амплитуды приливов-отливов
характерны для окраинных морей умеренного
пояса. Многие из этих побережий расположены
в необжитых местах, на большом удалении
от главных районов расселения и экономической
активности, следовательно, и потребления
электроэнергии. Нужно учитывать также
и то, что рентабельность ПЭС резко возрастает
по мере увеличения их мощности до 3–5 млн.
и тем более 10–15 млн. кВт. Но сооружение
таких станций-гигантов, к тому же в отдаленных
районах, требует особенно больших материальных
затрат, не говоря уже о сложнейших технических
проблемах.
Если не принимать
в расчет многочисленные (их более 100)
ПЭС сугубо местного значения в прибрежных
районах Китая, то в конце 1990-х
гг. во всем мире действовало лишь несколько
ПЭС промышленного или опытно-промышленного
характера.
Первой из них была
введена в эксплуатацию в 1966 г. ПЭС
«Ранс» в Бретани (Франция). Она сооружена
в заливе Сен-Мало на побережье Ла-Манша,
в том месте, где в него впадает р. Ранс.
Эта ПЭС состоит из
плотины (дамбы) длиной 350 м с 24 шлюзами
– отверстиями круглого сечения диаметром 5,25 м.
В каждом из них смонтирована горизонтальная
осевая гидротурбина. Во время прилива,
достигающего здесь высоты 15 м, вода поступает
через эти отверстия в водохранилище,
расположенное за плотиной. Затем, при
наступлении отлива, лопасти рабочих колес
турбин устанавливаются в такое положение,
которое позволяет им работать на потоке
воды, устремляющемся из водохранилища
в море. Каждая из 24 турбин имеет мощность
10 тыс. кВт, следовательно, общая мощность
ПЭС составляет 240 тыс. кВт; ее годовая выработка
– 540 млн кВт ч.
Вторая по времени
строительства – Кислогубская ПЭС
на Кольском полуострове (Россия). Эксплуатацию
ПЭС начали в 1968 г. Мощность ее составляет
всего 400 кВт.
В 1984 г. в омывающем берега Канады и США заливе
Фанди Атлантического океана вошла в эксплуатацию
третья по счету (и первая в Западном полушарии)
ПЭС «Аннаполис».
Еще через два года
в Китае заработала ПЭС «Цзянсян»
мощностью 3,2 тыс. кВт.
Несмотря на такое
скромное начало, нельзя не учитывать
того, что проектирование новых ПЭС ныне ведется
во многих странах – в Канаде, во Франции,
в Великобритании, Индии, Китае, Республике
Корея, Австралии, России.
Всего в 40 км к востоку от
устья р. Ранс расположена довольно закрытая
бухта Мон-Сен-Мишель. Здесь уже давно разработанный проект ПЭС предусматривает
сооружение системы дамб и перемычек общей
длиной более 30 км, которые должны отгородить
от моря участок бухты площадью 500 км2.
Система рассчитана на то, чтобы обеспечить
поочередную почти круглосуточную работу
гидротурбин. При этом мощность первой
очереди ПЭС должна составить 6 млн. кВт.
Еще одну аналогичную
ПЭС проектируют в Бристольском
заливе Англии. Проект предусматривает
возведение здесь дамбы, которая
должна отгородить от моря устье р.
Северн, а затем создание при помощи специальных перемычек в
этой отгороженной акватории двух бассейнов-водохранили .
Такая конструкция позволила бы получать
электроэнергию почти круглосуточно,
а общая мощность 175 гидротурбин должна
составить 7–9 млн. кВт. Проект Бристольской
ПЭС существует уже давно, но пока еще
он не вышел из стадии научно-технических
проработок.
К числу энергетических
ресурсов Мирового океана относят также энергию волн, которую суммарно оценивают в 2,7 млрд.
кВт в год. Опыты показали, что ее надо
использовать не у берега, куда волны приходят
ослабленными, а в открытом море или в
прибрежной зоне шельфа. В некоторых шельфовых
акваториях волновая энергия достигает
значительной концентрации: в США и Японии
около 40 кВт на 1 м волнового фронта, а на
западном побережье Великобритании –
даже 80 кВт на 1 м. Использовать эту энергию,
хотя и в местных масштабах (для освещения
маяков и навигационных буев), уже начали
в Японии и Норвегии, проектируют в США,
Великобритании, Швеции, Австралии.
В настоящее время
волноэнергетические установки используются для
энергопитания автономных буев, маяков,
научных приборов. Попутно крупные волновые
станции могут быть использованы для волнозащиты
морских буровых платформ, открытых рейдов,
марикультурных хозяйств. Началось промышленное
использование волновой энергии. В мире
уже около 400 маяков и навигационных
буев получают питание от волновых установок.
В Индии от волновой энергии работает
плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии
с 1985 г. действует первая в мире промышленная
волновая станция мощностью 850 кВт.
Волновая энергетическая
установка "Каймей" ("Морской
свет") – самая мощная действующая
энергетическая установка с пневматическими
преобразователями – построена
в Японии в 1976 г. В своей работе
она использует волны высотой
до 6 – 10 м. На барже длиной 80 м, шириной 12 м и
водоизмещением 500 т установлены 22
воздушных камеры, открытые снизу. Каждая
пара камер работает на одну турбину Уэллса.
Общая мощность установки 1000 кВт. Первые
испытания были проведены в 1978 – 1979 гг.
близ города Цуруока. Энергия передавалась
на берег по подводному кабелю длиной
около 3 км.
В 1985 г. в Норвегии
в 46 км к северо-западу от города
Берген построена промышленная
волновая станция, состоящая из двух
установок. Первая уст и т.д.................
