Нетрадиционные источники энергии

Главной задачей энергетической политики Республики Беларусь наряду с устойчивым обеспечением страны энергоносителями является создание условий для функционирования и развития экономики при максимально эффективном использовании топливно-энергетических ресурсов.

Достигнутые сегодня результаты в энергетике несколько смягчили, но не устранили кризисные явления в обеспечении страны энергоносителями, так как доля энергоресурсов, добываемых на территории республики (нефть, попутный газ, торф топливный, дрова и пр.), остается на уровне 18% от общей потребности в ТЭР, что составляет 5,6 млн т у.т. (тонн условного топлива) в год, нереализованный же потенциал энергосбережения оценивается в 30% от общего потребления ТЭР, что эквивалентно 9,5-10 млн т у.т.
Особое внимание в Республиканской программе по энергосбережению до 2005 года уделяется использованию собственных ресурсов. В результате объемы потребления местных видов топлива и нетрадиционных источников энергии постепенно будут преобладать над закупаемыми за пределами республики топливно-энергетическими ресурсами. Например, в 2005 году относительно 2002 года предполагается такое замещение на 600 тысяч т у.т., в том числе в 2003 году на 200 тыс. тонн.
В качестве возобновляемых и нетрадиционных источников энергии с учетом природных, географических и метеорологических условий республики рассматриваются дрова, гидроресурсы, ветроэнергетический потенциал, биогаз из отходов животноводства, солнечная энергия, фитомасса, твердые бытовые отходы, отходы растениеводства, геотермальные ресурсы. Их динамичное широкое применение в стране очень важно по нескольким причинам. Во-первых, работы по их использованию будут способствовать развитию собственных технологий и оборудования, которые впоследствии могут стать предметом экспорта; во-вторых, эти источники, как правило, являются экологически чистыми; в-третьих, развитие таких источников повышает энергетическую безопасность государства.
Для обеспечения быстрой окупаемости затрат на нетрадиционную энергетику во всех случаях предпочтение следует отдать техническим решениям с использованием оборудования, выпускаемого на предприятиях республики, и с максимальным использованием местных материалов.

Дрова
Централизованная заготовка дров и отходов деревообработки осуществляется предприятиями Министерства лесного хозяйства и концерна “Беллесбумпром”.
Наряду с использованием отходов деревообработки для получения тепла целесообразно предусмотреть экономически обоснованное вовлечение лигнина в топливный баланс республики. Лигнин образуется при гидролизе древесного сырья. Пристальное внимание к этому виду отходов обусловлено тем, что он относится к многотоннажным отходам (ежегодное его образование — 250 тыс. т). Исследовано множество путей его использования, например, для производства компостов, органических удобрений, брикетирование и последующее использование в качестве промышленного и бытового топлива и многие другие. При финансовой поддержке Минприроды технология использования лигнина будет реализована на Бобруйском РУП “Гидролизный завод”, где идет создание энергетического модуля в составе котельной на лигнине и турбогенератора. Внедрение технологии позволит не только предотвратить попадание отходов в окружающую среду, но и получить выгоды от значительного снижения стоимости собственной электроэнергии на предприятии.
В целом по республике годовой объем использования дров и отходов лесопиления составляет около 1,0-1,1 млн т у.т. Часть дров поступает населению за счет самозаготовок, объем которых оценивается на уровне 0,3-0,4 млн т у.т.
Предельные возможности республики по использованию дров в качестве топлива можно определить исходя из естественного годового прироста древесины, который приближенно оценивается в 25 млн м 3, или 6,6 млн т у.т. в год, в т.ч. в загрязненных районах Гомельской области — 20 тыс. м 3, или 5,3 тыс. т у.т. Для использования древесины из данных районов в качестве топлива необходимо разработать и внедрить технологии и оборудование по газификации и параллельной дезактивации. Исходя из планируемого к 2015 г. роста заготовок древесины в 2 раза, а также с учетом увеличения объемов использования отходов деревообработки, лесопиления и переработки древесины прогнозируемый годовой объем древесного топлива к 2005 г. может возрасти до 1,6 млн т у.т.

Гидроэнергетические ресурсы
К настоящему времени в Республике Беларусь действует 21 малая ГЭС суммарной установленной мощностью около 10 МВт, в том числе 14 ГЭС суммарной мощностью 7,8 МВт, находящихся на балансе концерна “Белэнерго”.
Перспективы развития белорусской гидроэнергетики определяются утвержденной Минтопэнерго РБ в 1996 г. и реализуемой в настоящее время Программой проектирования, восстановления, реконструкции и нового строительства малых ГЭС, согласно которой планируется к 2010 году ввести в эксплуатацию 29 ГЭС суммарной установленной мощностью около 7 МВт. В настоящее время семь ГЭС уже эксплуатируются, на одной начаты восстановительные работы. Кроме того, в настоящее время разрабатывается архитектурный проект Полоцкой ГЭС (28 МВт) на р. Западная Двина, а также начато проектирование строительства Гродненской ГЭС (ориентировочно 17 МВт) на р. Неман.
Потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850 МВт, в том числе технически доступный — 520 МВт, а экономически целесообразный — 250 МВт. За счет гидроресурсов к 2005 г. возможна выработка 115 млн кВт/ч и соответственно вытеснение 40 тыс.т у.т.

Ветроэнергетический потенциал
На территории Беларуси выявлено 1840 площадок для размещения ветроустановок с теоретически возможным энергетическим потенциалом 1600 МВт и годовой выработкой электроэнергии 3,3 млрд кВт/ч.
Однако в ближайшее время технически возможное и экономически целесообразное использование потенциала ветра не превысит 5% от установленной мощности электростанций энергосистемы, т.е. может составить не более 300-350 МВт, или 720-840 млн кВт/ч.
Существующие способы преобразования ветроэнергии в электрическую с помощью традиционных лопастных ветроэнергетических установок (ВЭУ) в условиях Беларуси экономически неоправданны, во-первых, из-за высокой пусковой скорости ветра (4-5 м/сек), высокой номинальной скорости (8-15 м/сек) и небольшой годовой производительности в условиях слабых континентальных ветров, характерных для Беларуси — 3-5 м/сек., во-вторых, стоимость ВЭУ составляет 1000-1500 долларов США на киловатт установленной мощности.
Проведенный в последние годы в республике комплекс работ позволяет делать более оптимистичный прогноз по части использования энергии ветра для производства электроэнергии. Для этих целей группой авторов рекомендуются новые ВЭУ, основанные на эффекте Магнуса, когда в качестве аэродинамических элементов используются не лопастные, а вращающиеся усеченные конусы специальной формы (роторы), подъемная сила в которых многократно (в 6-8 раз) превосходит подъемную силу в лопастях. По утверждениям авторов, главное их преимущество состоит в том, что они могут эффективно работать при скоростях ветра, характерных для условий Беларуси.
Для получения объективной оценки возможности изъятия полного ветропотенциала (с помощью новых ВЭУ) требуется завершить цикл экспериментальных исследований и определить необходимые инвестиции для развития названного направления. С учетом необходимости параллельной работы ВЭУ с энергосистемой схема намного усложняется, и, естественно, значительно возрастут затраты на создание и эксплуатацию ВЭУ. При этом в счет затрат следует учитывать необходимость создания и содержания резерва мощностей на других типах электростанций. По экспертным оценкам, к 2005 г. будет освоено не более 10% общего потенциала, т.е. 85 млн кВт/ч, что эквивалентно 25 тыс. т у.т.

Биогаз из отходов животноводства
Результаты испытаний биогазовых установок для производства биогаза из отходов животноводческих комплексов подтвердили требование комплексной оценки их эффективности, т.к. их использование только для получения биогаза экономически неконкурентоспособно относительно других видов топлива.
Основная составляющая эффекта состоит в том, что без дополнительных энергетических затрат можно получить экологически чистое высококачественное органическое удобрение и вследствие этого пропорционально сократить энергоемкое производство минеральных удобрений.
Применение биогазовых установок позволит существенно улучшить экологическую обстановку вблизи крупных ферм и животноводческих комплексов, а также на посевных площадях, куда в настоящее время сбрасываются отходы животноводства.
Потенциально возможное получение товарного биогаза от животноводческих комплексов составляет 160 тыс. т у.т. в год, а к 2005 г. — не более 15 тыс. т у.т.

Солнечная энергия
По метеорологическим данным, в Республике Беларусь в среднем 250 дней в году пасмурных, 185 с переменной облачностью и 30 ясных, а среднегодовое поступление солнечной энергии на земную поверхность с учетом ночей и облачности составляет 243 Кал на 1 см 2 за сутки, что эквивалентно 2,8 кВт/ч•м 2, а с учетом КПД преобразования 12% — 0,3 кВт/ч/сут•м 2.
Для удовлетворения потребности республики в электроэнергии в объеме 45 млрд кВт/ч потребуется 450 км 2 гелиостатов, что при их стоимости в 450 $/м 2 соответствует стоимости $202,5 млрд без учета затрат на эксплуатацию выпрямителей, строительно-монтажные работы, конструкции, кабели, системы управления, технические средства для обслуживания, инфраструктуру и т.п. Учет перечисленных составляющих удвоит названную сумму.
С учетом опыта создания солнечной электростанции в Крыму, а также зарубежного опыта удельные капиталовложения и себестоимость получаемой электроэнергии десятикратно превышают ее производство на других источниках. Технический прогресс в этой области, естественно, будет способствовать снижению затрат, однако для условий Беларуси в прогнозируемом периоде составляющая производства электроэнергии с помощью солнечной энергии будет практически неощутима.
Основными направлениями использования энергии солнца будут гелиоводоподогреватели (ГВП) и различные гелиоустановки для интенсификации процессов сушки и подогрева воды в сельскохозяйственном производстве.
За счет использования солнечной энергии возможно замещение 25 тыс. т у.т. в год органического топлива к 2005г.

Геотермальные ресурсы
Температурные условия недр территории республики изучены недостаточно. По предварительным данным, наиболее благоприятные условия для образования термальных вод имеются в Припятской впадине, однако большая глубина залегания термальных вод, сравнительно низкая их температура, высокая минерализация и низкий дебет скважин (100-150 м 3/сут.) не позволяют в настоящее время рассматривать термальные воды республики в качестве заслуживающего внимания источника энергии.

Твердые бытовые отходы (ТБО)
Содержание органического вещества в бытовых отходах составляет 40-75%, углерода — 35-40%, зольность — 40-70%, горючие компоненты в бытовых отходах составляют 50-88%, теплотворная способность ТБО — 800-2000 кКал/кг.
В мировой практике получение энергии из ТБО осуществляется несколькими способами: сжиганием, активной и пассивной газификацией. Наиболее перспективна газификация, т.к. в случае прямого сжигания возникают экологические проблемы, для решения которых требуются инвестиции, двукратно превышающие стоимость самих сжигающих установок.
В Республике Беларусь ежегодно накапливается около 2,4 млн т твердых бытовых отходов, которые направляются на свалки и два мусороперерабатывающих завода (Минский и Могилевский), на которые ежегодно вывозится в год: бумаги — 648,6 тыс. т; пищевых отходов — 548,6 тыс. т; стекла — 117,9 тыс. т; металла — 82,5 тыс. т; текстиля — 70,8 тыс. т; дерева — 54,2 тыс. т; кожи и резины — 47,2 тыс. т; пластмассы — 70,8 тыс. т.
Потенциальная энергия, заключенная в твердых бытовых отходах, образующихся на территории республики, равноценна 470 тыс. т у.т. При их биопереработке с целью получения газа эффективность составит не более 20-25%, что эквивалентно 100-120 тыс. т у.т. Кроме того, необходимо учитывать многолетние запасы ТБО, которые имеются во всех крупных городах и создают проблемы их складирования. Только по областным городам переработка ежегодных ТБО в газ позволила бы получить биогаза около 50 тыс. т у.т., а по г. Минску — до 30 тыс. т у.т.
Эффективность данного направления следует оценивать не только по выходу биогаза, но и по экологической составляющей, которая в данной проблеме будет основной. Конкретные показатели эффективности могут быть получены на основании детальных проектных проработок, создания и эксплуатации опытно-промышленного полигона. К 2005г. возможно получение до 20 тыс.т у.т.

Фитомасса
В качестве сырья для получения жидкого и газообразного топлива можно применять периодически возобновляемый источник энергии — фитомассу быстрорастущих растений и деревьев. В климатических условиях республики с 1 га энергетических плантаций собирается масса растений в количестве до 10 т сухого вещества, что эквивалентно примерно 5 т у.т. При дополнительных агротехнических приемах продуктивность гектара может быть повышена в 2 раза. Из этого количества фитомассы 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 , и они смогут стать стабильным, экологически чистым источником энергетического сырья в объеме до 1,3 млн т у.т. в год.
Отсутствие опыта массового использования фитомассы для энергетических целей не позволяет сделать оценку затрат и будущих цен на топливо, т.к. для этой цели потребуется разработка специальной техники, дорожная инфраструктура, перерабатывающие предприятия и т.д. Однако по укрупненным расчетам цена составит около 35 $/т у.т. За счет названного источника к 2005 г. может быть получено 200-400 тыс. т у.т. и более. Вопросы цены и объемов требуют уточнения после освоения опытных площадей, которые засеяны в Гомельской области.

Отходы растениеводства
Использование отходов растениеводства в качестве топлива является принципиально новым направлением энергосбережения. Практический опыт их применения в качестве энергоносителя накоплен в Бельгии и странах Скандинавии, а в нашей республике опыт массового применения отсутствует. Общий потенциал отходов растениеводства оценивается до 1,46 млн т у.т. в год. Целесообразные объемы их сжигания для топливных целей следует решать в сопоставлении с конкретными нуждами хозяйств в индивидуальном порядке, а к концу прогнозируемого периода эта величина оценивается на уровне 20-30 тыс. т у.т.

Юрий ЛУКАШЕВИЧ