Главное преимущество возобновляемых источников энергии перед традиционными видами топлива – относительная неисчерпаемость и меньшее воздействие на окружающую среду. Об особенностях альтернативной энергетики нам рассказал доцент кафедры геоэкологии и природопользования Дмитрий Двинин, работу которого отметил Российский фонд фундаментальных исследований.
С чем связано ваше исследование?
У меня это уже второй грант РФФИ, первое исследование было посвящено российской электроэнергетике в целом. Я высчитывал материальную интенсивность нашей энергетики, а именно сколько природных ресурсов приходится на производство одного киловатта энергии в тех или иных регионах нашей страны. Вычислил и общий объем перемещаемого вещества в результате деятельности электроэнергетики: в нашей стране данная величина составила около двух миллиардов тонн вещества в год. Что почти в шесть раз больше объема перемещаемого вещества в результате твердого стока рек России, и примерно сопоставимо с твердым стоком всех рек мира. Получилось подтвердить концепцию антропоцена о наступлении новой геологической эпохи, где человек является одной из важнейших геологических сил, и его деятельность по масштабам сопоставима, а иногда и превосходит деятельность природных сил. Указанные научные результаты были получены в рамках предыдущего гранта.
В новом исследовании собираюсь просчитать, какая материальная интенсивность у российской альтернативной энергетики. На основании этого можно будет определить уровень ее антропогенного воздействия на окружающую природную среду. Общая цель исследования – это получить данные о том, сколько у нас потребляется природных ресурсов в результате строительства и деятельности альтернативных источников энергии, и затем сравнить, сопоставить с данными традиционной энергетики. Исходя из достигнутых результатов, можно будет получить информацию о том, какие электростанции наиболее ресурсно- и экологически эффективны. Исследование будет продолжаться в течение трех лет, в 2018 году на проект выделено 700 тысяч рублей.
Как будет построена работа?
Необходимо получить данные о работе электростанций альтернативной энергетики, расположенных в Российской Федерации. У нас есть солнечные электростанции в Алтайском крае и в Оренбургской области, ветроэлектростанция в Калининградской области, геотермальная электростанция в Камчатском крае, и множество других подобных объектов. Потребуется выявить, сколько природных ресурсов и энергии уходит на производство их компонентов, а также вычислить, сколько ресурсов затрачивается при их работе, будет учитываться и средний срок службы электростанций.
Будут ли применяться какие-либо устройства, датчики для оценки эффективности?
Нет, технических средств здесь не требуется. Здесь нужна обработка достаточно большого количества информации, статистических данных о производстве на этих альтернативных электростанциях.
Вы планируете опираться на опыт других стран?
Да, я планирую использовать данные стран Евросоюза, поскольку многие компоненты, используемые на альтернативных станциях, в значительной степени, импортируются. Планируем также провести сравнительный анализ европейской и российской альтернативной энергетики.
Как вы считаете, в чем состоят главные трудности развития альтернативной энергетики?
На данный момент основная трудность состоит в том, что отрасль еще недостаточно рентабельная, киловатт-час, который получается из альтернативных источников, выходит чуть дороже, чем от традиционной энергетики. Происходит это как раз потому, что компоненты для производства тех же солнечных панелей, ветряков, достаточно дорогие. Почему они дорогие? Возможно, по причине, что на их производство затрачивается довольно много материальных ресурсов. Вот это необходимо точно выявить и рассчитать.
Может ли альтернативная энергетика негативно воздействовать на окружающую среду?
Да, это может происходить за счет того, что производство компонентов, из которых состоят объекты, окажется достаточно материалоемко. В них могут использоваться редкие элементы, добыча которых приводит к значительным трансформациям ландшафта, и соответственно осуществляется негативное воздействие на окружающую среду.
Какие преимущества есть у альтернативной энергетики перед традиционной?
Кроме того, что она оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, при правильном подходе, альтернативная энергетика практически неисчерпаема. Если углеводороды конечный ресурс, то альтернативная энергетика дает возможность получать энергию неограниченно долгий период времени, что очень важный момент, определяющий ее значение.
Какой из альтернативных источников энергии наиболее эффективен в финансовом плане?
Наиболее перспективной считается геотермальная энергия. Для ее использования необходимо бурить скважины на глубину от 7 до 10 км и в дальнейшем закачивать туда воду. Вода будет нагреваться энергией земли и в виде пара подниматься вверх. По сути, получается вечный паровой котел. Пока есть проблема только с тем, что подобные скважины бурить относительно дорого и сложно.
Другой очень перспективный источник для нашей страны – использование приливной энергии. В России есть экспериментальная приливная электростанция в Мурманской области, Кислогубская ПЭС, показывающая достаточно высокую эффективность. Существует проект строительства промышленной приливной электростанции в Архангельской области, Мезенской ПЭС, мощностью от 10 до 20 гигаватт, что примерно в 2-3 раза больше, чем вырабатывает крупнейшая Саяно-Шушенская ГЭС.
Саяно-Шушенская ГЭС
Автор фото: Foris Aleksey.
Источник: commons.wikimedia.org
Имеются расчеты, которые показывают, что если использовать весь потенциал приливных электростанций, то до трети всего производства электроэнергии в нашей стране можно обеспечивать с их помощью. Что касается солнечной энергетики, технологии в ней очень быстро развиваются, и цена на солнечные панели постепенно падает.
Что вы можете сказать о деятельности геотермальных электростанций?
Крупнейшая геотермальная электростанция в стране находится на Камчатке: Мутновская ГеоЭС. Причем в указанном регионе имеются уже три геотермальных электростанции. Они дают более 30% электроэнергии, необходимой для города Петропавловска-Камчатского.
Мутновская ГеоЭС на Камчатке
Автор фото: Burger81
Источник: commons.wikimedia.org
Их строительство позволило решить энергетическую проблему в городе, поскольку в 90-е годы постоянно случались проблемы с подвозом топлива, из-за чего неоднократно вводился режим ограничения потребления энергии, что очень тяжело сказывалось на экономике и жизнедеятельности региона. Функционируют геотермальные электростанции достаточно эффективно, имеют потенциал для дальнейшего наращивания мощности.
Строительство геотермальных электростанций возможно в любых районах России?
Формально можно строить их практически везде, поскольку где-то на глубине 7-10 км в земной коре температура становится достаточно высокой, земные слои довольно сильно разогреты, и в них можно закачивать воду и получать пар. Конечно, энергия получается дешевле, когда тепло земли подходит ближе к поверхности, как на Камчатке. В таких местах геотермальные электростанции технологически значительно проще и дешевле по строительству.
Какие перспективы в России у ветряных электростанций?
Безусловно, перспективы у ветряных электростанций есть. Однако для их строительства необходимо выбирать места, где постоянно дуют ветра. Это могут быть прибрежные регионы: подобная ветроэлектростанция у нас есть в Калининградской области.
Зеленоградская ветроэнергоустановка в Калининградской области
Автор фото: Ssr
Источник: commons.wikimedia.org
Также для их строительства целесообразно использовать горные участки. Наиболее эффективно ветряную энергию используют в Дании. Там почти все ветряки поставлены вдоль береговой линии.
Смогут ли альтернативные источники энергии составить конкуренцию традиционным?
В настоящее время альтернативная энергетика активно развивается в Евросоюзе, но там она компенсируется за счет традиционной энергетики. В России, в последние годы, тоже меняется законодательство, вводится субсидирование и компенсация производителям альтернативной энергетики, что открывает широкие пути для ее внедрения. Конечно, на данный момент альтернативная энергетика немного проигрывает по стоимости традиционной. Поэтому и необходимы какие-то меры компенсации. Поскольку технологии не стоят на месте, то с каждым годом киловатт-час от альтернативной энергетики становится все дешевле. Если проследить динамику, то можно увидеть, что через 10-20 лет альтернативная энергетика сможет без компенсирующих мер вполне эффективно конкурировать с традиционной.
Какой из альтернативных источников в данный момент менее развит по сравнению с остальными?
К сожалению, пока нет широкого использования энергии морских течений, хотя подобные идеи высказываются с 70-х годов. Однако имеется ряд нерешенных технических сложностей, поскольку турбины, которые устанавливали в мировом океане в качестве эксперимента, быстро выходили из строя благодаря сильной коррозии элементов, необходимо их было часто заменять.
Оценивается, за сколько окупается альтернативная электростанция?
Да, есть данные и об окупаемости. Но это зависит и от того, действует ли компенсирующий тариф на альтернативную энергетику в той или иной стране, или нет, от того, какой источник энергии используется. Окупаемость, в среднем, варьируется от 3-5 до 20 лет.
Что касается малых гидроэлектростанций, то насколько они эффективны по сравнению с крупными?
У меня уже есть предварительные данные по малым гидроэлектростанциям. С точки зрения потребления водных ресурсов они оказались чуть менее эффективны, чем крупные гидроэлектростанции, функционирующие на крупных сибирских реках. Для производства одного киловатта на малой гидроэлектростанции приходится затратить больше водных ресурсов, в большей степени изменить гидрологический режим реки, окружающий ландшафт, чем на крупных ГЭС, построенных на реках с большим перепадом высот. Это достаточно неожиданный результат, потому что малая гидроэнергетика традиционно считается достаточно эффективной. Возможно, не стоит так сильно увлекаться малыми электростанциями на небольших равнинных реках.
Вы можете сказать, какой традиционный источник энергии наиболее сильно влияет на окружающую среду?
Наиболее проблемными являются угольные электростанции, именно они оказывают очень существенное негативное воздействие на окружающую среду. Связано это с тем, что при добыче угля, которая зачастую ведется открытым способом, формируются огромные отвалы, значительно преобразуется ландшафт. Кроме того, в результате сжигания угля происходят значительные выбросы в атмосферу.
Появляются ли в последние годы разработки новых альтернативных источников энергии?
Идеи такие есть. Допустим, есть идея по размещению в космосе крупных солнечных электростанций. По примерным подсчетам, на строительство подобной станции придется затратить столько же финансовых средств, сколько ушло на строительство МКС (около 100 миллиардов долларов). Технически это осуществимо. Однако пока это не более чем расчеты ученых. Реальных проектов еще нет.
Поддерживает ли государство развитие альтернативной энергетики?
Да, в последние годы ситуация стала меняться. У нас постепенно вводится законодательство, которое позволяет производителям альтернативной энергетики субсидировать свои затраты. Именно благодаря принятию серии законов у нас началось довольно активное строительство альтернативных электростанций, многие из которых были введены в эксплуатацию в последние несколько лет.
Что вы можете сказать о традиционной энергетике? Будет ли она развиваться или постепенно уйдет в прошлое?
Нет, полностью традиционная энергетика в обозримом будущем никуда не уйдет. Однако в традиционной электроэнергетике постепенно меняется топливный баланс. 30-40 лет назад в нашей стране основным топливным ресурсом был уголь, в настоящее время его в значительной степени вытеснил природный газ, и доля его продолжает повышаться. Именно благодаря этому выбросы парниковых газов в нашей стране, при производстве электроэнергии, за последние 20 лет значительно упали, составив всего 0,41 кг/кВт-ч, для сравнения, в Германии подобная величина 0,52 кг/кВт-ч. Можно сказать, в российской электроэнергетике идет незаметная газовая революция.
В какой стране, по вашему мнению, наиболее развита сейчас альтернативная энергетика?
Есть страна, которая полностью перешла на использование альтернативных источников энергии – это Исландия. Исландия использует для производства электроэнергии исключительно геотермальное тепло.
ГеоТЭС Несьяведлир в Исландии
Автор фото: Gretar Ívarsson
Источник: en.wikipedia.org
В России имеется один регион, где представлена только альтернативная энергетика – республика Алтай, с солнечной электростанцией и сетью небольших гидроэлектростанций. Получается, что это первый регион нашей страны, который практически полностью перешел на возобновляемые источники энергии.
Что вы планируете изучать после завершения вашего исследования?
В будущем я планирую с помощью собственного критерия суммарных MI-чисел исследовать и другие сектора российской экономики на их материальную интенсивность, и на их общее ресурсно-экологическое воздействие.
