В. В. Бушуев Генеральный директор



Скачать 336.73 Kb.
Дата26.04.2016
Размер336.73 Kb.
УДК

Пути и проблемы перехода к экологически чистой

энергетике будущего
В.В. Бушуев — Генеральный директор

Института энергетической стратегии (ИЭС), д.т.н., проф.;

П.П. Безруких — Заместитель Генерального директора ИЭС, д.т.н.

(журнал «Энергетическая политика», №6, 2006, стр. 3–15)
Тема статьи требует раскрытия содержания, по крайней мере, трех понятий. Необходимо ответить на вопросы:

какой временной период понимать под словом «будущее»?;

какое содержание вкладывается в понятие «экологически чистая энергетика»?;

что понимается под словом «энергетика»?

Ответы на поставленные вопросы являются предметом данной статьи. Содержание исследования диктуется необходимостью проведения следующих работ:

проведение анализа влияния на среду обитания человека и дикую природу (в дальнейшем — экологию) станций, установок и технологий отраслей топливно-энергетического комплекса, а также технологий производства моторного топлива;

определение индикаторов и показателей, характеризующих минимизацию влияния на экологию отраслей ТЭК, т.е. определяющих требования к экологически чистой энергетике;

формулирование законодательного, научно-технического, нормативного и организационного обеспечения перехода к экологически чистой энергетике.



О периоде прогноза. Ответ на первый вопрос вытекает из следующих соображений. Как известно, в настоящее время прорабатывается вопрос о корректировке энергетической стратегии России на период до 2030 г. Естественно предположить, что к этому сроку отечественная энергетика должна содержать существенные признаки «экологичности». С другой стороны двадцать четыре года, отделяющие нас от этой даты, принимая инвестиционный цикл энергетики длительностью в 10 лет, не такой уж большой срок, в течение которого могли бы произойти кардинальные изменения. Вместе с тем если «сегодня» не будут заложены основы развития энергетики будущего, то нам грозит безнадежное отставание от мирового технического прогресса. Следовательно, все, что мы хотим иметь в энергетике к 2030 г., должно иметь начало в 2007 – 2010 гг. Следующие два инвестиционных цикла приводят нас к 2050 г., т.е. сроку, когда экологическая чистота энергетики должна проявиться в полной мере.

Следовательно, необходимо определить «будущее» как прогнозный период до 2030 г. с последующим указанием направлений возможного развития до 2050 г. Определяющим условием при этом является прогноз выработки электроэнергии в России к 2030 г. По данным ГУ ИЭС, к 2030 г. годовая выработка электроэнергии составит порядка 1700 млрд кВтч. Это соответствует установленной мощности всех электростанций равной 340 млн кВт при годовом числе часов использования установленной мощности 5000. Рассматривая реальные возможности сооружения электрических станций различного типа, с учетом выбытия, по крайней мере, на 40% существующих мощностей, можно определить возможную степень «экологичности» электроэнергетики.



О понятии «энергетика». В классическом понимании к энергетике относят технологии производства передачи и распределения электрической и тепловой энергии. В широком смысле под энергетикой понимают все отрасли ТЭК, т.е. угольную, газовую, нефтяную и перерабатывающую эти виды топлива промышленность, в том числе нефте- и газохимию. Еще более широкое толкование энергетики встречается, когда к первым двум направлениям добавляют транспорт.

В статье основное внимание уделяется энергетике в ее классическом понимании. Технологии топливных отраслей затрагиваются в полной мере с точки зрения влияния на среду обитания человека, поскольку они являются неотъемлемой частью технологических процессов производства электрической и тепловой энергии.

Проблемы транспорта рассматриваются в настоящей работе лишь в части возможностей замены нефтепродуктов новыми видами топлива, которые принято называть альтернативными, или принципиально новыми энергетическими установками (топливные элементы).

О понятии «экологически чистая энергетика». Словосочетание «экологически чистая энергетика» появилось в лексиконе в конце восьмидесятых годов прошлого века, когда Государственный комитет по науке и технике СССР принял программу одноименного названия. Суть ее заключается в разработке тепловых энергоблоков, в которых обеспечивается максимально возможное снижение вредных выбросов.

Сегодня газовики называют котельные и тепловые станции на газе «экологически чистыми». Не отстают от них и атомщики, называя атомные электростанции «экологически чистыми». И понятно, что приверженцы возобновляемой энергетики называют свои установки экологически чистыми.

В данной статье необходимо разобраться, что мы вкладываем в это понятие, тем более что речь идет о переходе к экологически чистой энергетике будущего. Для всеобъемлющего раскрытия понятия видимо необходимо, во-первых, проанализировать процессы производства от добычи первичного топлива или использования энергии до конечного потребления электрической и тепловой энергии, с точки зрения влияния на среду обитания; во-вторых, рассмотреть все виды электрических и тепловых электростанций — установок, и их влияние на среду обитания человека и дикую природу; (в дальнейшем для краткости – экологии).

Строго говоря, на оценку «экологичности» энергетики влияют и технологии, участвующие в создании оборудования для энергетики. Это означает практически все отрасли народного хозяйства, что выходит за пределы данного исследования. Однако при сравнении «экологичности» отдельных технологий в будущем, учет «экологичности» сопутствующих технологий представляется необходимым.

Самое общее рассмотрение энергетики с позиций тех рассмотренных выше определений, приводит к неизбежному выводу: абсолютно экологически чистой энергетики быть не может.

На уровне сегодняшнего понимания состояния и перспектив технологий можно видимо говорить о минимизации влияния энергетики на экологию и о соответствующих предложениях, обеспечивающих этот уровень влияния.

Предложения должны содержать как меры экономического стимулирования, направленные на развитие экологически дружественных технологий, так и меры ограничительного свойства, направленные на пресечение использования экологически грязных технологий.


О негативном влиянии объектов ТЭК на среду обитания человека

и дикую природу
Виды негативного влияния объектов ТЭК не среду обитания человека и дикую природу (в дальнейшем — экологию) существенно различны у разных предприятий и будут рассмотрены ниже. Общим для всех объектов ТЭК является необходимость землеотвода под здания и сооружения. Однако в методике определения этого показателя имеются, по крайней мере, спорные моменты, которые вызывают сомнения в сопоставимости результатов для различного вида объектов.

Зачастую потребность в земле определяется лишь для конечного объекта. Например, для сравнения принимается земельная площадь, отводимая непосредственно под сооружения различных электростанций: атомных, тепловых, геотермальных, ветровых, гидравлических. Разделив площадь, занимаемую электростанцией, на ее установленную мощность получаем удельную землеемкость объекта (м2/кВт). Такой подход, однако, не обеспечивает объективности оценки землеемкости для нетопливных электростанций, поскольку при этом не принимается во внимание необходимость в землеотведении под предприятия, без которых невозможно функционирование электростанции, т.е. обеспечивающих добычу топлива, его переработку и транспортировку, а также под предприятия, обеспечивающие сооружение этих электростанций и предприятия, поставляющие строительные материалы и конструкции.

Представляется необходимым проведение серии научных исследований по разработке методик, обеспечивающих адекватность сравнения различных видов энергоисточников по всем основным показателям (землеемкости, материалоемкости, энергоемкости,энергетической эффективности, трудоемкости и т.д.).

Таким образом, оценка одного из существенных моментов влияния объектов ТЭК на среду обитания человека — потребность в земле должна получить свою объективную оценку.


Влияние на экологию предприятий и технологий производства

электрической и тепловой энергии
Между тем основной оценкой влияния на среду обитания энергетических объектов является эмиссия парниковых и других вредных газов, главным образом углекислого газа, как основного фактора признанного "виновным" в глобальном потеплении климата.

Все электрические и тепловые станции и установки на органическом топливе (уголь, газ, нефтепродукты) являются источником эмиссии СО2, что является неизбежным следствием технологии сжигания топлива. Выбросы окислов азота и серы, имеющие место при работе этих установок определяются техническими параметрами этих установок, качеством топлива и качеством эксплуатации. Снижение выбросов СО2 и других парниковых газов является основной целью многих международных программ, в том числе Киотского протокола.

Как известно особенно губительно на экологию влияют двуокись серы и окислы азота, вызывающие кислотные дожди.

По американским данным эмиссия диоксида серы лидирующего предшественника кислотных дождей при производстве 1 кВтч электроэнергии составляет: станция на угле — 6,1 г., природном газе — 0,003 г., нефти — 5,1г.

Другие "создатели" кислотных дождей окислы азота возникают при производстве 1 кВтч электроэнергии в следующих количествах: станция на угле — 3,45 г., природном газе — 0,82 г., нефти — 0,95 г.

Нетрудно представить количество выбросов, образующих кислотные дожди, умножив эти "граммы" на миллиарды кВтч вырабатываемые тепловыми электростанциями.

По тем же данным эмиссия углекислого газа, вызывающего парниковый эффект при производстве 1 кВтч электроэнергии составляет: станция на угле — 0,98 кг, природном газе — 0,47 кг, нефти — 0,71 кг.

Кроме отмеченного выше отрицательного воздействия на окружающую среду тепловых электростанций, следует отметить их потребность в воде, как для котельных агрегатов, так и для охлаждения конденсаторов турбин, что является зачастую фактором, ограничивающим развитие топливной энергетики. Например, для турбин мощностью 6…12 МВт расход охлаждающей воды составляет 40…60 т в час, для турбин мощностью 30…40 МВт — 4,5…6,5 тыс. т в час, турбины мощностью 100…150 МВт — 8…16 тыс. т в час, а турбины мощностью 250…300 МВт — 30…36 тыс. т в час. Разомкнутые системы охлаждения конденсаторов, при которых вода забирается из реки и затем нагретая до 30…40 оС сбрасывается в реку оказывают отрицательное влияние на флору и фауну рек.

Еще одним отрицательным влиянием на экологию электрических и тепловых станций и установок на угле являются золоотвалы.

В России к имеющимся 1,32 млрд т золошлаковых материалов, занимающих площадь 22 тыс. га и ежегодно добавляется по 35…36 млн т.

Влияние на экологию атомных электро- и теплостанций в нормальных режимах связано с большой потребностью в воде для охлаждения конденсаторов турбин. Проблема, как известно, решается путем сооружения прудов – охладителей. Следующим существенным влиянием на экологию является необходимость захоронения отработанного топлива, а также материалов и оборудования первого контура, что связано с выводом из оборота навечно определенных участков земли.

Главная же опасность отрицательного влияния на среду обитания и дикую природу атомных электростанций, как известно, состоит в возникновении аварий с выбросом радиоактивных веществ. Преодоление последствий Чернобольской аварии привело к созданию надежных реакторов, однако 100% гарантии отсутствия в будущем аварийных ситуаций, связанных с радиоактивными выбросами дать невозможно. Кроме всего прочего из этого обстоятельства вытекает необходимость определения оптимальной доли АЭС в производстве электрической энергии в энергетике будущего.

В мировом энергобалансе многие авторы склоняются к тому, что такой оптимальной долей является 20%. Видимо эта величина является оптимальной и для России.

Ради объективности следует отметить, что атомные электростанции, также как и гидростанции являются мощным средством предотвращения выбросов СО2.



Выработка электроэнергии на гидростанциях не сопровождается вредными выбросами во все виды среды обитания: воздух, почва, вода. Однако, отрицательное воздействие крупных гидроэлектростанций особенно на равнинных реках весьма значительно. К ним относятся:

затопление и подтопление земель, в основном сельскохозяйственного назначения;

берегопреобразование и эрозия почвы;

изменение гидрологического, гидротермического, гидрохимического и гидробиологического режимов, что особенно губительно сказывается на рыбном хозяйстве;

изменение микроклимата и ландшафта местности;

изменение наземной и водной флоры и фауны;

затопление месторождений полезных ископаемых;

повышение сейсмической опасности.

Следует учитывать также антропогенные воздействия появляющиеся в строительный период, величина которых не поддается предварительной оценке и прогнозу.

Кроме указанных, воздействия гидротехнических объектов на природную среду возникают в период эксплуатации, которые можно отнести к трем видам:

воздействия, вызванные режимами накопления и сработки водохранилища и связанными с ними колебаниями уровня воды. Эти воздействия губительно сказываются на рыбном хозяйстве, особенно снижение уровня водохранилища в период нереста рыбы;

загрязнения непосредственно от сооружений и оборудования гидроузла, которые следует признать минимальными;

загрязнения, поступающие с водосбора реки и водохранилища. Эти воздействия имеют особо отрицательный эффект, когда на берегах водохранилища или на речках, впадающих в водохранилище, располагаются целлюлозно-бумажные или алюминиевые комбинаты и др. экологически грязные производства, сточные воды от которых сбрасываются в водохранилище. А вредные загрязняющие вещества, содержащиеся в выходящих газах, через осадки попадают в водохранилище.

Именно такая обстановка сложилась на гидростанциях Ангарского каскада, в результате чего ангарская вода стала непригодной для питья даже в нижнем течении на сотни километров от створа последней ГЭС.

Сказанное выше о ГЭС относится к ГЭС с крупными водохранилищами, все негативные моменты значительно снижаются по мере уменьшения мощности ГЭС и площади зеркала водохранилища. А малые ГЭС, работающие по водотоку, т.е. практически без водохранилищ, особенно на части водотока практически свободны от многих недостатков.

Поэтому малые ГЭС входят в систему государственной поддержки возобновляемой энергетики всех стран мира как экологически чистые.


Влияние на экологию установок возобновляемой энергетики
Общепризнанно, что одним из магистральных направлений достижения экологической чистоты энергетики является развитие возобновляемой энергетики. Однако и возобновляемую энергетику нельзя считать абсолютно экологически чистой, хотя следует отметить, что отрицательное влияние этого вида энергетики на несколько порядков ниже, да и носит оно принципиально иной характер.

Главное преимущество — отсутствие эмиссии СО2. Например выработка 1 млн кВтч электроэнергии на солнечных, ветровых, геотермальных и гидравлических станциях предотвращает вредные выбросы при выработке такого же количества электроэнергии на электростанциях на угле в следующих объемах:

углекислого газа — 750…1250 т, двуокиси серы — 5…8 т, окислов азота — 3…6 т, золы — 40…70 т, пыли — 270…470 кг.

Итак, оценим влияние энергоустановок возобновляемой энергетики на экологию.


Ветроустановки (ВЭУ) и ветростанции (ВЭС). Как известно ветростанции и ветроустановки не производят вредных выбросов и не загрязняют воздух, землю и воду. Отличительным признаком и главным фактором негативного воздействия ВЭС и ВЭУ на окружающую среду является шум, генерируемый ветроколесами ветротурбин.

В отличие от паровых и газовых турбин, дизельных и газотурбинных электростанций, в которых можно локализовать производственный шум в пределах машинного зала, источник звука на ВЭС не может быть локализован. Допустимые уровни воздействия шума на человека и животных достигаются двумя способами:

снижением уровня звуковой мощности, генерируемой ветроколесом;

расположением ветроустановки от жилых и производственных помещений на расстоянии, где обеспечивается допустимый уровень звукового давления.

Особо следует остановиться на проблеме инфразвука, т.е. звуковых колебаний, частота которых ниже 20 Гц.

Самый живучий миф о ветроэнергетике заключается в том, что якобы около ВЭУ от воздействия инфразвука сначала погибнут червяки и насекомые, а затем с голоду умирают птицы, суслики и другие грызуны и далее по всей пирамиде животного мира. Как ни странно этот миф давно забытый за рубежом, где ветроэнергетика является существенной, неотъемлемой частью электроэнергетики, устойчиво держится в России, где ветроэнергетика находится в зачаточном состоянии.

Проблема генерации ветроустановками ультразвука существовала в 70-х годах прошлого века и была преодолена, подобно преодолению звукового барьера самолетами, путем выбора профиля лопасти и скорости вращения ветроколеса, точнее концов лопасти ветроколеса.

К видам негативного влияния ВЭУ и ВЭС на среду обитания человека, не связанного с акустическим воздействием, относятся: эрозия почвы, вторжение в ландшафт, угроза гибели людей, угроза гибели птиц и летучих мышей, угроза гибели животных.

Выводы и рекомендации исследований по данным угрозам приобрели форму общепризнанных правил, составляющих основу методических рекомендаций при выборе площадки размещения ВЭУ и ВЭС. Многочисленные исследования показали возможность преодоления этих угроз.

Фотоэлектрические установки и солнечные станции термодинамического цикла, солнечные водонагревательные системы.

Называют следующие виды отрицательных воздействий:

затенение значительных площадей с возможной деградацией земель, вероятность утечки рабочих жидкостей в двухконтурных водонагревательных системах;

изменение микроклимата в районе расположения станции.

В значительной мере указанные отрицательные воздействия носят умозрительный, во многом надуманный характер.

Существенное отрицательное влияние на природу фотоэлектрических установок заключается в том, что получение кремния "солнечного качества" из которого производятся фотоэлементы, осуществляется в настоящее время по так называемой хлорной технологии. Однако в мире и в России в стадии опытно-промышленного производства находятся бесхлорные экологически чистые технологии. Их широкое внедрение обеспечит, безусловно, экологическую чистоту фотоэлектрических станций и установок.



Геотермальные станции и установки. Отмечаются следующие основные негативные воздействия:

выбросы газов, содержащихся в парогидротермальной воде (метан, водород, азот, аммиак, сероводород);

выброс отсепарированных рассолов, конденсата и охлаждающей воды в водоемы или на поверхность земли;

возможность разлива больших количеств рассолов при разрыве трубопроводов.

Необходимо отметить, что второй из указанных недостатков в настоящее время преодолен, т.к. современные проекты геотермальных станций предусматривают обратную закачку отработанных жидкостей в те же пласты воды, откуда берется парогидротерм.

А применение воздушных градирен исключает необходимость использования воды для охлаждения конденсата и последующее ее сбрасывание в водоемы и водостоки.

Снижение воздействия других отмеченных негативных явлений может быть достигнуто на стадии проектирования соответствующими техническими средствами.

Технологии и установки на основе биомассы. Технологии и установки на базе биомассы можно подразделить на следующие группы:

прямое сжигание различного вида органических отходов (дрова, отходы лесозаготовок и деревопереработки, солома, лузга); твердые бытовые отходы;

получение биотоплива из семян растений (рапс, сорго);

получение жидкого топлива по технологиям спиртового брожения (этанол, метанол);

получение жидкого и газообразного топлива на основе пиролиза и "быстрого пиролиза";

получение газообразного топлива путем анаэробного сбраживания.

При всех технологиях, начиная от прямого сжигания биомассы и кончая получением жидкого и/или газообразного топлива с последующим его сжиганием, происходит соответствующее выделение СО2. Однако объем выделения СО2 не превосходит объем поглощения СО2 в процессе роста и развития растений, составляющих основу различных технологий использования биомассы.

Поэтому мировым сообществом признано, что все технологии энергетического использования биомассы не увеличивают эмиссию СО2, а предотвращают эмиссию в объеме вырабатываемой электрической и/или тепловой энергий. И в этом смысле они являются экологически чистыми.

Ряд технологи получения биогаза на свалках, из отходов животноводства, из отходов пищевой и обрабатывающей промышленности, по сути, являются природоохранными, т.к. предотвращают загрязнения воды, почвы и воздуха этими отходами.



Приливные электростанции. Изменение водного режима заливов, отгороженных от моря плотиной неизбежно должно отрицательно сказаться на флоре и фауне залива. Однако степень и формы этого влияния не изучены. Требуется проведение научно-исследовательских работ.
Влияние на экологию объектов ТЭК, связанных с добычей, переработкой,

транспортировкой и хранением топлива
Угольная отрасль. Негативное влияние на экологию сводится к следующему:

выброс метана, СО2 и других газов при разработке пластов;

угольные склады, загрязняющие воздух и почву у производителя и потребителя;

отходы углепереработки и углеобогащения у соответствующих фабрик;

потери угля при перевозке в открытых вагонах.

В настоящее время разработано достаточное количество технологий снижающих вредное воздействие указанных факторов. Особенно следует отметить технологию сбора и использования шахтного метана, которые помимо решения экологических проблем, являются основой безопасности производства работ, а также энергосберегающим мероприятием.



Нефтяная отрасль. Негативные воздействия на экологию:

сжигание попутного нефтяного газа;

загрязнение мест добычи нефтью и нефтесодержащимися жидкостями;

пожары на нефтяных скважинах;

загрязнение водной территории нефтью при морской добыче, а также на нефтяных морских терминалах и, следовательно, отрицательное влияние на флору и фауну моря, особенно на рыб ценных пород;

загрязнение почвы, рек и морей при аварийных разливах вследствие разрывов нефтепроводов или крушений нефтеналивных судов;

вредные выбросы от нефтеперегонных заводов.

Необходимо разрабатывать технологии, позволяющие минимизировать разливы нефти при разрывах трубопроводов, а также способы сбора разлившейся нефти с водных поверхностей и почвы.

Важнейшей проблемой, имеющей как экологическую, так и энергосберегающую составляющие, является утилизация попутного нефтяного газа (ПНГ).

В зависимости от района добычи с 1 т нефти получается от 20 до 800 м3 ПНГ.

По разным оценкам утилизируется до 80% ПНГ остальное, т.е. 8-10 млрд м3 сжигается в факелах.

Поступающие в окружающую среду продукты сгорания ПНГ представляют собой потенциальную угрозу нормальному функционированию человеческого организма на физиологическом уровне.

Еще в 2004 г. разработана технология преобразования ПНГ в диметиловый эфир. По мнению разработчиков, это техническое решение имеет положительный экологический и экономический эффект.

Из 1 м3 метана может быть получен 1 кг диметилового эфира.

Опытный завод для переработки 0,1 млрд м3 попутного газа в год может быть создан за 18…20 месяцев. Затраты на создание такого предприятия — около 100 млн р. Затраты на создание установки по переработке 1 млрд м3 попутного газа в год составит примерно 500…700 млн р.. Срок создания производства — 2,5 года. Возврат кредита в обоих случаях в течение двух лет после начала работы предприятия.

При продажной стоимости диметилового эфира около 5 р. чистая прибыль от утилизации только 1 млрд м3 попутного газа может составить 2,5 млрд р.

Предлагаемый способ исключает сжигание попутного газа нефти, что значительно улучшает экологию в местах добычи нефти, а также позволяет в какой — мере компенсировать затраты нефтяников на разработку нефтяных месторождений (чистая прибыль составляет 1,25…1,5% от величины продаж извлеченной нефти.

Газовая отрасль. Негативные воздействия на экологию:

эмиссий СО2 и тепла в виде газов с температурой 400…450 оС от газоперекачивающих станций;

эмиссия сероводорода и окислов серы при разработке серосодержащих месторождений, а также от газоперерабатывающих содержащих серу газов;

пожары на газовых скважинах;

утечка газа и пожары при разрывах газопроводов.

Как известно на газоперекачивающих станциях ежегодно сжигается до 50 млрд м3 газа или около 8% от общего объема добычи.

Снижение эмиссии СО2 на газоперекачивающих станциях напрямую связано с повышением КПД газоперекачивающих агрегатов, тогда как возможности утилизации тепла весьма ограничены из-за удаленности газоперекачивающих станций от крупных населенных пунктов.

Из отраслей, сопутствующих развитию отраслей ТЭК и имеющих значительное отрицательное влияние на экологию, следует упомянуть металлургию, производство цемента и строительных материалов, транспорт и ряд других.


Требования экологически чистой энергетики будущего

к инновационному развитию электроэнергетики
Общие требования. Снижение отрицательного влияния энергетики на среду обитания человека и дикую природу (экологию) при инновационном пути ее развития достигается по крайней мере тремя путями.

Первый путь — внедрение инновационных технологий, обеспечивающих повышение энергоэффективности производства электроэнергии, т.е. снижение удельного расхода топлива на выработку 1 кВтч. Это автоматически ведет к снижению удельных выбросов вредных веществ при прочих равных условиях. Однако в некоторых направлениях (турбины, генераторы) достигнуты почти предельные значения кпд, в других направлениях, например комбинированное производство электрической и тепловой энергии, резервы достаточно велики. В целом этот путь ведет и к снижению удельной стоимости установленной мощности и снижению себестоимости производства электроэнергии.

Второй путь — применение технологий и проектных решений, целиком направленных на снижение вредных выбросов от энергоустановок. Этот путь ведет, как правило, к увеличению удельной стоимости энергоустановок и повышению себестоимости производства электроэнергии. Его инициирует государство, устанавливая более жесткие нормы вредных выбросов и штрафы за их превышение.

Однако, учитывая так называемые «внешние затраты» на преодоление последствий загрязнения окружающей среды (расходы на здравоохранение, компенсацию потерь от кислотных дождей, рекультивацию земель и т.д.) ложатся на общество в целом, то этот путь в конечном итоге является экономически эффективным, поскольку предотвращает эти затраты..



Третий путь — утилизация отходов производства и извлечение полезных ископаемых из топлива и геотермальной воды. Это наименее освоенный путь, находящийся в основном в стадии выполнения НИОКР, а по ряду технологий в стадии опытного и промышленного производства. Он связан с необходимостью перехода топливо- и энергоснабжающих организаций на диверсификацию своей деятельности. Широкое коммерческое использование технологий этого пути является безусловным требованием энергетики будущего.

Экологически чистая энергетика будущего будет в максимально возможной степени диверсифицирована, т.е. ни один вид электростанций не будет доминирующим в целом, хотя в отдельных небольших странах это будет иметь место. Но общим требованием является: максимально возможное увеличение доли электростанций на базе возобновляемых источников энергии.

Требования при сооружении новых и реконструкции существующих гидроэлектростанций. При новом строительстве ГЭС с большим водохранилищем в максимальной степени на стадии проектирования необходимо учитывать следующие природоохранные требования:

первоочередное сооружение рыбоходов, обеспечивающих миграцию проходных рыб на стадии строительства ГЭС и дальнейшей эксплуатации ГЭС;

категорический запрет сооружения на берегах водохранилища или на речках, впадающих в водохранилище, предприятий металлургии, целлюлозно-бумажной, химической промышленности, имеющих вредные выбросы в атмосферу или стоки технической воды в нормальных или аварийных режимах;

для предприятий указанного типа, построенных в зоне водостока водохранилища, установить сроки перехода на оборотное водоснабжение и более строгие нормативы вредных выбросов в атмосферу, чем у аналогичных предприятий, удаленные от водохранилища;

при сооружении водохранилища должны быть предусмотрены мероприятия борьбы с зелеными водорослями;

интегральный экономический показатель функционирования гидростанций: вода в водохранилище и нижнем бьефе должна быть питьевого качества.

При сооружении ГЭС средней и малой мощности должны быть использованы в максимальной степени, существующие технические решения, обеспечивающие их экологическую чистоту, в том числе:

использование переливных плотин;

использование ущелий для сооружения водохранилища;

сооружение специальных водозаборов, исключающих попадание рыб в гидротурбины;

сооружение ГЭС на малых реках с возможностью рыборазведения непроходных рыб и др.;

запрет расположения ГЭС на реках, являющихся нерестилищем для ценных рыб.



Требования при сооружении новых и реконструкции существующих тепловых электростанций. При проектировании новых тепловых электростанций на угле в качестве обязательной части проекта должна предусматриваться технология и сооружение установки по утилизации золы.

По мере развития технологии улавливания и хранения углекислого газа, в проектах новых ТЭС всех типов должно предусматриваться сооружение соответствующих установок.

Для существующих ТЭС на угле должны быть установлены дифференцированные сроки по сооружению установок по утилизации золы, на объем текущих отходов и объем золы, содержащейся в золоотвалах.

На вновь построенных электростанциях всех типов выбросы газов, образующих кислотные дожди (SO2, NOx), должны быть исключены, а КПД должен быть не ниже 54% на конденсационных станциях и на уровне 90…92% на когенерационных установках. На вновь строящихся тепловых электростанциях всех типов система охлаждения конденсаторов турбин должна строиться по замкнутому циклу с максимально возможным использованием «сухих» градирен.



Требования для тепловых станций всех типов. Как известно, около 60% теплоты, содержащейся в топливе, уходит в атмосферу с охлаждающей водой. Эта вода является источником теплового загрязнения и одновременно огромным резервом для энергосбережения. В экологически чистой энергетике будущего должны предусматриваться технологии и способы использования теплоты охлаждающей воды (тепловые насосы, теплицы и т.д.), поскольку энергоэффективность является первым приоритетом перехода к энергетике будущего.

Требования при сооружении новых и реконструкции существующих атомных электростанций. Сказанное выше об использовании теплоты охлаждающей воды в полной мере относится и к атомным электростанциям. Основными требованиями являются:

разработка и реализация федеральной целевой программы обеспечения ядерной и радиационной безопасности;

создание инновационных промышленных технологий ядерного топливного цикла с реакторными установками на быстрых нейтронах;

разработка и реализация инновационных технологий переработки отработавшего ядерного топлива.

При решениях о продлении срока эксплуатации существующих АЭС обеспечение максимальной открытости и возможности доступа к информации, обосновывающей такую возможность, для широкого круга специалистов и общественности.

Требования при сооружении станций и установок на базе возобновляемых источников энергии. Для России требованием экологически чистой энергетики будущего является достижение доли в производстве электроэнергии на базе ВИЭ без крупных и средних ГЭС порядка 4…5% к 2030 г. Это соответствует вводу мощности примерно в следующих количествах: малых и микроГЭС — 4 ГВт; ГеоЭС — 3 ГВт, ВЭС — 5 ГВт, ТЭС на биомассе — 6 ГВт, и солнечных электростанций — 0,2 ГВт. За основу взят прогноз ГУ ИЭС в производстве электроэнергии к 2030 г. в объеме 1700 млрд кВтч.

Для достижения этой доли возобновляемой энергетики в электробалансе страны в соответствии с международной практикой и практикой становления отечественной атомной энергетики необходимо разработать и реализовать широкий спектр законодательных и организационных мер, а также финансовую поддержку сооружения пилотных проектов и научно-исследовательских работ. Тем не менее, при развитии возобновляемой энергетики должны учитываться соответствующие экологические требования и ограничения.

Широкое распространение должны получить технологии использования низкопотенциальной теплоты, в том числе с применением тепловых насосов, поскольку в этих технологиях реализуются энергосберегающие и природоохранные мероприятия.

Требования к геотермальным электростанциям и установкам:

обратная закачка в пласт геотермальной воды;

извлечение из геотермальной воды ценных и тяжелых металлов;

улавливание вредных газов.

Требования к солнечным электростанциям и установкам:

переход к 2015 г. от «хлорных» технологий производства кремния «солнечного» качества для изготовления фотоэлементов, к экологически чистым технологиям;

в двухконтурных системах солнечного теплоснабжения и горячего водоснабжения не должны использоваться экологически вредные жидкости;

для покрытия солнечноприемных поверхностей солнечных коллекторов не должны использоваться экологически грязные краски, а для теплоизоляции – экологически грязные материалы.

Требования к электростанциям и установкам, использующим биомассу: для установок, использующих технологии прямого сжигания биомассы, справедливы все требования, предъявляемые к тепловым электростанциям;

для установок, использующих технологии производства из биомассы жидких и газообразных топлив справедливы требования по утилизации отходов производства и сбросной теплоты;

для биогазовых установок на базе сточных вод справедливо требование по утилизации переработанных твердых осадков, при этом особое внимание должно быть обращено на наличие тяжелых металлов;

на установках по сжиганию твердых бытовых отходов должна быть обеспечена нейтрализация (улавливание) вредных газов.

Требования к ветростанциям (ВЭС) и ветроустановкам (ВЭУ).

Основное воздействие ветроустановок на среду обитания человека – шум. Отсюда требование располагать площадки ВЭС и ВЭУ от жилых и производственных помещений на расстояние, обеспечивающем уровни шума, установленные санитарными нормами.

Для предотвращения массовой гибели перелетных птиц запрещается располагать площадки ВЭС и ВЭУ на путях миграции птиц.

Для предотвращения создания помех работы радиолокационных станций и управления полетами самолетов, необходимо располагать площадки на расстоянии, согласованном с РЛС и аэропортами.

Требования при сооружении высоковольтных распределительных устройств, подстанций и линий электропередачи. В отношении указанных устройств экологически чистая энергетика будущего, на наш взгляд, не накладывает каких-либо особых дополнительных ограничений, кроме общеизвестных:

обеспечение защиты обслуживающего персонала и населения от воздействия сильных электромагнитных полей;

снижение зависимости надежности электроснабжения от природных факторов;

запрет использования для изоляции и охлаждения оборудования экологически вредных жидкостей и материалов.


Предложения по переходу к экологически чистой энергетике будущего
Для мирового сообщества является аксиомой, а для российского общества не до конца осознанной истиной, утверждение, что переход к экологически чистой энергетике в широком смысле является необходимым условием устойчивого развития. На уровне знаний 2006 г. энергетику будущего на уровне 2050 г. можно охарактеризовать основным признаком, который может быть назван, как диверсификация источников энергоснабжения.

Это означает, что в мировом производстве первичной и электрической энергии ни один из видов энергоносителей не будет занимать доминирующего положения (что может иметь место для отдельных стран).

При этом велика вероятность возрастания доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в производстве первичной энергии до 40-50% к 2050 г.

Поскольку в ВИЭ сосредоточены различные виды источников энергии и энергоносителей (гидравлическая, геотермальная, солнечная, ветровая и энергия биомассы), то с развитием использования ВИЭ степень диверсификации источников энергоснабжения только возрастает.

По структуре производства электроэнергии на период до 2050 г. существует достаточно много прогнозов.

При всем их различии наиболее вероятным к 2050 г. представляется следующее соотношение ресурсов в мировом производстве электроэнергии: на угле — 25%, газе — 25%, нефти и нефтепродуктах — 2%, атомная энергия — 18%, гидроэнергия — 15%, "новые" виды ВИЭ (т.е. без ГЭС) — 15%. Для России, имеющей экономический потенциал ВИЭ 314 млн т у.т. в год, представляется целесообразным со всех точек зрения (экономической, социальной, политической, технической) принять следующие темпы развития:

увеличение доли ВИЭ (без крупных ГЭС) в потреблении первичной энергии с 2% в 2006 г. до 10% в 2030 г.;

увеличение доли ВИЭ (без крупных ГЭС) в производстве электрической энергии с 1% в 2006 г. до 10% в 2030 г.

Вместе с тем необходимо развивать работы, связанные с совершенствованием эффективности традиционных технологий, инновационные технологии, а также перспективные технологии.

Предложения по переходу к экологически чистой энергетике включают следующие направления.


Развитие технологий использования всех видов возобновляемых источников энергии. Существующие в настоящее время технологии использования гидравлической, ветровой, геотермальной энергии и в значительной степени энергии биомассы будут совершенствоваться эволюционным путем, увеличивая долю возобновляемой энергетики в энергобалансе за счет расширения объемов производства. Исключение составляет направление солнечной энергетики, связанное с прямым преобразованием солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлементов.


В настоящее время при промышленном КПД фотоэлементов в 15…16% и удельной стоимости установленной мощности 5…6 тыс. дол. США за 1 кВт рост производства составляет в последние 5 лет 30…35% к объему предыдущего года. Ожидаемое увеличение КПД фотоэлементов к 2012 г. до 20…25% резко увеличит конкурентоспособность фотоэнергетики.

В пользу развития фотоэнергетики говорит и высокая надежность фотомодулей, длительный срок службы (до 50 лет) и экологическая чистота солнечных энергоустановок.

Во многих странах, в том числе и в России, ведутся работы по получению КПД фотоэлементов до 40 и далее 60%. Достижение этих параметров будет означать резкое изменение всех направлений развития электроэнергетики и транспорта, поскольку ресурсы солнечной энергетики поистине безграничны.

Для России технический ресурс солнечной фотоэнергетики, определенный по КПД существующих фотоэлементов, составляет 2710 кВт·ч в год, что превышает прогнозируемое производство электроэнергии в России в 2030 г. (1700 млрд кВт·ч) в 1,6 раза.



Повсеместное использование энергоэффективных экологически чистых технологий на тепловых электростанциях. На уровне 2050 г. это означает, что:


средний КПД электростанций конденсационного типа достигнет 50% и более;

средний КПД электростанций с комбинированным производством электрической и тепловой энергии достигнет 90% и более;

отсутствие выбросов окислов азота и серы в дымовых газах от ТЭС;

стопроцентная утилизация золы на угольных электростанциях;

внедрение технологий использования низкопотенциальной теплоты, содержащейся в охлаждающей воде;

повсеместный переход на использование охлаждающей воды по замкнутой схеме;

внедрение технологий улавливания и хранения углекислого газа и переход к регулированию объема его выбросов в атмосферу;

повышение качества энергетического топлива до уровня требований экологической чистоты топливных электростанций;

оптимальное соотношение централизованного и децентрализованного теплоснабжения.
Развитие производства и использование альтернативных видов жидкого и газообразного топлива в энергетике, на транспорте и в промышленности. На уровне 2030 г. и тем более на уровне 2050 г. это означает развитие технологий:

получения, хранения и использования водорода;

преобразования твердого топлива в жидкое и газообразное (пиролиз, быстрый пиролиз, газификация и др.), в том числе биотехнологий;

производства этанола и биоэтанола;

производства диметилового эфира;

производства биодизельного топлива;

повышение качества традиционного моторного топлива;

использование природного газа в качестве моторного топлива.



Обеспечение уровня надежности энергоснабжения страны, исключающего перерывы в энергоснабжении длительностью, опасной для жизни и здоровья людей и функционирования систем жизнеобеспечения городов и мегаполисов, а также приводящих к прекращению теплоснабжения в населенных пунктах и малых городах. Наряду с опережающим вводом энергетических мощностей и развитием сетей это также означает:


развитие резервирования электро- и теплоснабжения на базе автономных, в том числе передвижных, установок (дизельгенераторы, газотурбинные станции, теплогенераторы);

внедрение новых схем и оборудования, в том числе на основе высокотемпературной сверхпроводимости, в системах передачи и распределения электроэнергии;

совершенствование систем противоаварийной автоматики и диспетчерского управления, в соответствии с новой структурой управления.

Достижение теоретически обоснованного уровня удельной энергоемкости производства материалов, сырья, работ и услуг. В настоящее время удельные расходы топлива и энергии на производство большинства видов материалов, сырья, работ и услуг в 2…3 раза превышает теоретически обоснованный уровень.

На уровне 2030 г. должны быть реализованы энергосберегающие мероприятия и освоены энергосберегающие технологии, обеспечивающие состояние эффективности энергопотребления, соответствующие теоретически обоснованному.

Для того, чтобы признаки экологически чистой энергетики будущего стали реальностью в 2030 и 2050 гг. уже сейчас в период 2007–2010 гг. необходимо разработать и реализовать законодательно-нормативное, научно-технологическое и организационное обеспечение перехода к экологически чистой энергетике будущего, предложения по которым изложены ниже.

Повышение эффективности процессов добычи, транспортировки и переработки нефти и газа. Особенно актуально для России внедрение инновационных технологий, обеспечивающих глубину переработки нефти, которая в России составляет 70% при мировом уровне в 90%.

На процессы транспортировки газа идет до 8% от его добычи. Уменьшение расхода газа связано с повышением КПД газозакачивающих агрегатов, что также является одним из приоритетных направлений.


Совершенствование технологий и поэтапный переход к технологиям "чистого угля". Это направление в частности предполагает:


развитие переработки углей в продукты топливного и химико-технологическогоназначения;

получение и широкое использование водоугольного топлива;

освоение технологий переработки угля в жидкое топливо;

получение метана из угольных пластов.


Предложения по необходимым мерам государственной поддержки

инновационного развития в РФ

Меры государственной поддержки должны включать:

установление целей, индикаторов и показателей развития отраслей и подотраслей ТЭКа в краткосрочном и долгосрочном разрезе;

разработку федеральных программ по приоритетным направлениям, направленных на достижение установленных государственных целей;

государственное финансирование НИОКР и пилотных проектов;

налоговые каникулы для проектов с продолжительным инвестиционным циклом;

налоговые ставки, стимулирующие повышение качества продукции, освоение энерго- и экологически эффективных технологий и оборудования;

установление для определенных процессов, технологий и оборудования нормативов показателей энергетической и экологической эффективности на соответствующий период и штрафные санкции за их невыполнение;

установление обязательности в оговоренных условиях использования инновационных технологий, энергетическая и экологическая эффективность которых доказана;

гранты и беспроцентные ссуды предприятиям, разрабатывающим и/или реализующим технологии, оборудование и мероприятия, имеющие межотраслевое и/или государственное значение.

Назрело принятие нового закона в сфере охраны окружающей среды, направленного на стимулирование энергетической и экологической эффективности, использующего современные подходы правового регулирования, такие как рыночные механизмы, нормы прямого действия по государственному стимулированию, отнесение на себестоимость продукции капитальных затрат по повышению энергоэффективности, как мер по предотвращению негативного воздействия на окружающую среду — природоохранные мероприятия (ст.254 Налогового кодекса).

Представляется необходимым разработать Энергетический кодекс, как свод основных принципиальных положений политики и мер, направленных на устойчивое энергообеспечение страны, достижение энергетической и экологической безопасности и эффективности на уровне требований энергетики будущего, определяющий принципы государственной поддержки на всех этапах инновационного развития топливно-энергетического комплекса: исследование — разработка — производство. Во исполнение принципов, заложенных в Кодексе, должна быть разработана нормативно-правовая по следующим направлениям:



  1. Маркировка энерготехнологического оборудования, осветительных приборов и бытовой техники.

  2. Определение исходных условий оценки энергоэффективности, а также условий и мониторинга выбросов парниковых газов для следующих типов инвестиционных проектов:

    1. Строительство гидроэлектростанции.

    2. Малая электроэнергетика с учетом потерь и среднего коэффициента использования топлива на существующих мощностях.

    3. Реконструкция действующих электростанций с повышение коэффициента использования топлива.

    4. Перевод электростанций из конденсационного в теплофикационный режим работы.

    5. Строительство (реконструкция) электрических и тепловых станций с использованием отходов и возобновляемых энергетических ресурсов.

    6. Утилизация шахтного метана.

    7. Уменьшение потерь и утечек в газотранспортных сетях

    8. Уменьшение потерь и утечек в электрических сетях

    9. Проекты, направленные на сокращение объемов сжигания нефтяного попутного газа.

    10. Строительство теплоэлектростанций с применением новых технологий с повышенным коэффициентом использования топлива и полезного действия (ПГУ ТЭЦ).

    11. Повышение энергоэффективности технологических процессов в металлургической, нефтехимической промышленности, сельском хозяйстве, производстве строительных материалов, строительстве, машиностроении и других отраслях.

    12. Исследования барьеров и разработка мер по их устранению для развития малой, независимой распределенной электро и теплоэнергетики.

    13. Разработка принципов государственных инвестиций в форме капитальных вложений, субсидий и дотаций в проекты, приводящие к снижению удельных выбросов ПГ.

    14. Разработка принципов и механизмов стимулирования применения местных видов топлива и возобновляемых источников энергии.

    15. Разработка концепции системы мониторинга состояния экологической, энергетической и ресурсной эффективности на базе системы мониторинга выбросов ПГ, как показателя эффективности.

  3. Стимулирование приоритетных направлений научно-технических исследований необходимых для достижения экологической, энергетической и ресурсной эффективности:

    1. В сфере нефтегазодобычи, нефтепереработки и транспорта;

    2. Производстве и транспорте электроэнергетики;

    3. Добыче и переработке угля;

    4. Производстве и потребления Биотоплива;

    5. Освещении;

    6. Технологических процессов в металлургии;

    7. В строительстве промышленных и жилых зданий.

  4. Создание концепции саморегулируемой системы мер и решений, направленных на повышение экологической эффективности.

Современная нормативная правовая база Российской Федерации в сфере охраны окружающей среды в целом характеризуется: недостаточной самостоятельностью и целостностью для защиты общественных и государственных экологических интересов как важнейшего вида охраняемых правом интересов; наличием пробелов и разночтений; отсутствием норм, способствующих развитию рыночных механизмов охраны окружающей среды; наличием межотраслевых противоречий, требующих согласования с гражданским, ресурсным, административным и иным законодательством Российской Федерации; отсутствием комплексного подхода в правовом регулировании экологических отношений.

Перечисленные выше проблемы наилучшим образом могут быть решены путем кодификации экологического законодательства как раздела Энергетического кодекса РФ как юридически цельного и внутренне согласованного законодательного акта, который не только создает актуализированную совокупность существующих норм, но вводит ряд новых правовых институтов.



Прежде всего, в проекте Экологического раздела Энергетического кодекса должен быть заложен системный подход к регулированию отношений в области охраны окружающей среды, соответствующий современному этапу социально-экономического развития, а также международным принципам экологической политики, учитывающий аспекты эффективности использования различных видов ресурсов, в том числе энергетических. При этом провозглашается главный принцип охраны окружающей среды — обеспечение качества окружающей среды, благоприятного для жизни и здоровья человека.

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал