Вы здесь

Энергоэффективные и энергосберегающие технологии и оборудование

Опубликовано вт, 12/14/2021 - 13:39 пользователем Игнатов Сергей

Энергосбережение и повышение энергоэффективности всех отраслей входят в число приоритетных задач российской экономики, с решением которых будет решен целый комплекс проблем – энергетических, экологических, экономических и социальных.

В последнее время проблема энергосбережения становится актуальной для всех стран. Это объясняется ростом цен на основные традиционные виды энергоресурсов и постепенным истощением их мировых запасов.

Результаты решения этой задачи будут определять место России в ряду стран, занимающих ведущее положение в мировой экономике. Кроме того, от этого зависит уровень жизни россиян.

Наша страна не только располагает всеми необходимыми природными ресурсами и интеллектуальным потенциалом для успешного решения сложных задач в сфере энергетики, но и является экспортёром нефти, нефтепродуктов и природного газа в объемах, стратегически значимых для государств-импортеров.

Однако избыток топливно-энергетических ресурсов в России не должен создавать предпосылки для энергорасточительности. В условиях рыночной экономики энергоэффективность и использование рациональных методик хозяйствования выступают в роли тех важных факторов, которые делают российские товары и услуги конкурентоспособными на внутреннем и внешнем рынках.

Необходимые для развития отечественной экономики энергоресурсы можно получить не только методом наращивания добычи сырья из недр и возведения новых объектов генерации, но и за счет внедрения энергосберегающих технологий непосредственно в центрах потребления. Примечательно, что в этом случае задача решается с меньшими затратами.

Стратегическая цель энергосбережения заключается в повышении энергоэффективности во всех отраслях экономики и в стране в целом. Например, в законодательной базе трех промышленных гигантов – США, Европы и Китая – огромное внимание уделяется энергосбережению в промышленности.

Об этом свидетельствует число мер, направленных на повышение уровня энергоэффективности производственных процессов. Так, в законодательстве Германии достижению поставленной цели способствуют 30 мер, во Франции – 14, в Великобритании – 13, в Нидерландах – 9.

В среднем на одну страну, входящую в состав Евросоюза, приходится около 10 различных мер, стимулирующих энергосбережение в промышленности.

По данным представителей бизнеса, в течение 20 лет в ЕС было поддержано и в значительной мере профинансировано государством более тысячи проектов на общую сумму свыше 400 млрд евро по направлениям «Защита природной среды», «Энергосбережение» и «Энергоэффективность» (в том числе в рамках промышленной экомодернизации).

В рамках многочисленных программ энергосбережения страны Европейского союза начали не только заменять устаревшие энергообъекты новыми, но и в целом больше экономить. Например, в 2010 году энергопотребление Германии составляло порядка 13,8 эксаджоулей. По итогам 2019 года этот показатель снизился до отметки в 13,14.

Снижение уровня энергопотребления в 2010-е годы фиксировалось практически во всех странах Европы. Исключение составила лишь Польша. Однако, по оценкам аналитиков, сложившаяся в этой стране ситуация свидетельствует не о депрессии в экономике, а о том, что экономика все же растет, пусть и медленными темпами.

Энергоэффективность по-российски

В России стратегическая цель энергосбережения совпадает с другими целями муниципальных образований. Прежде всего, это улучшение экологической ситуации, повышение экономичности систем энергоснабжения и др.

Снижение энергопотребления позволяет подключать к электрическим сетям объекты новых потребителей, не инвестируя при этом дополнительные средства в развитие сетевой инфраструктуры.

Кроме того, использование энергоэффективных технологий снимает проблемы выделения земельных участков под строительство новых энергообъектов, отчуждения санитарно-защитных зон и т. п., что положительно отражается на градостроительном развитии территорий.

В то же время страна остро нуждается в повышении энергоэффективности всех отраслей промышленности. При этом государственные меры должны четко делиться на две категории: повышение энергоэффективности крупных предприятий и всех остальных.

Такой подход практикуется во всем мире. Крупные, энергоемкие предприятия таких отраслей как топливно-энергетический комплекс, металлургия, машиностроение, химия, цементная и целлюлозно-бумажная промышленность несут очень большие затраты.

Небольшие проекты, например, по замене ламп на энергоэффективные источники света, многие предприятия могут реализовать самостоятельно. Однако проведение масштабной экомодернизации требует помощи государства, которая должна быть прописана в законодательных актах, выливаться в финансовые и налоговые стимулы.

15 апреля 2014 года Правительством РФ была утверждена государственная программа Российской Федерации «Развитие энергетики» со сроком реализации до 2024 года. Документ разработан с целью выполнения обязательств России по контрактам, заключенным с зарубежными партнерами, а также обеспечения надежного и экономически обоснованного удовлетворения потребностей внутреннего рынка в энергоносителях, энергии и сырье на принципах энергосбережения и энергоэффективности.

Параметры программы актуализированы в соответствии со стратегическими ориентирами, изложенными в Указе Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г. № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года», Указе Президента Российской Федерации от 21 июля 2020 г. № 474 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года» и согласно Основным направлениям деятельности Правительства Российской Федерации на период до 2024 года, утвержденным Председателем Правительства Российской Федерации 29 сентября 2018 г. № 8028п-П13.

В структуру госпрограммы входят:

  • 5 подпрограмм с отраслевой направленностью;
  • 44 целевых показателя (индикатора);
  • 25 ключевых мероприятий, в т. ч. ведомственный проект «Цифровая энергетика».

С целью обеспечения опережающего социально-экономического развития приоритетных территорий (ДФО, СКФО, Калининградской области, Арктической зоны России и Крымского полуострова) в документе выделены специальные разделы, где описаны цели, задачи и проекты, которые должны быть реализованы на указанных территориях.

Кроме того, в государственной программе особое внимание уделяется повышению энергоэффективности экономики. По оценкам аналитиков, благодаря системной работе, в период с 2008 г. по 2018 г. энергоемкость отечественной экономики снизилась на 9,3%.

В 2018 году в энергосбережение России было инвестировано 188 млрд руб., что на 26% больше, чем в 2016 и 2017 годах. В течение этих трех лет внедрение энергосберегающих технологий позволило российским предприятиям сэкономить около 340 млрд руб.  

Вместе с тем, на протяжении нескольких лет этот показатель оставался неизменным, а процент снижения энергоемкости ВВП существенно отставал от плановых показателей. В 2008 году Правительство РФ планировало к 2020 г. снизить энергоемкость экономики на 40%. Однако эксперты полагают, что при нынешней динамике этот показатель будет достигнут не ранее 2043 года.

Основной причиной замедления прогресса в энергоэффективности стало существенное падение цен на энергоносители, в первую очередь, углеводородного происхождения. 

В 2013 году баррель нефти стоил более 100 долл. Год спустя цены рухнули и стабилизировались лишь на уровне 50-60 долл. Снижение стоимости энергоносителя неизбежно повлекло за собой снижение заинтересованности во внедрении энергосберегающих технологий.

В 2020 году ситуация усугубилась под действием локдауна и в результате ввода ограничений на передвижения. Однако, по оценкам аналитиков, наиболее негативные эффекты будут отложенными. Объем инвестиций в энергоэффективность может сократиться на 9%, что даст всходы в будущем.

Несмотря на непростую ситуацию в мировой экономике, Группа «Россети» приступила к реализации целого ряда проектов, содействующих росту энергоэффективности. Самым крупным из них является создание «умной» системы учета электрической энергии.

Кроме того, в список перспективных решений вошли инициативы, которые в дальнейшем могут быть тиражированы в регионах. Прежде всего, речь идет о построении интеллектуальных систем освещения и о модернизации схем отопления.

Для судостроительных заводов энергоэффективность является одним из главных параметров работы с себестоимостью. В этом нет ничего удивительного, поскольку доля энергозатрат в статье расходов судостроителей значительна.

В период 2018–2020 гг. в АО «Объединенная судостроительная корпорация» в состав которой входит около 40 отраслевых предприятий и организаций, реализована специальная программа энергосбережения и повышения энергоэффективности.

Программа была разработана с целью снижения затрат на потребление всех видов энергоресурсов. Она состояла более чем из 300 проектов и охватывала все предприятия корпорации.

Реализация программы позволила снизить затраты Группы ОСК на потребление всех видов энергетических ресурсов на 200 млн руб. ежегодно. В результате был наработан положительный опыт, который будет использован в разработке новой программы снижения энергозатрат сроком действия до 2023 года.

По оценкам специалистов, экономика РФ обладает серьезным потенциалом в вопросах энергосбережения. Его реализация даст возможность высвободить ископаемые виды топлива для экспорта, увеличить долю «зеленых» технологий в балансе потребляемой энергии, сократить выбросы в атмосферу парниковых газов и повысить качество жизни россиян.

Одним из методов повышения энергоэффективности является использование современных технологий. Например, монтаж парогазовых установок на тепловых электростанциях, установок комбинированной выработки электрической энергии и тепла, электрификация и газификация транспорта, внедрение современных приборов учета потребленных энергоресурсов и др.

Особое внимание следует уделять тем секторам экономики, где фиксируются наиболее высокие показатели потребления энергии. Большая часть в энергобалансе России приходится на газ. На его долю приходится около 60%. Основными потребителями газа являются электростанции. Использование ПГУ позволит сократить потребление газа на 30%.

Основные принципы энергосбережения

         Энергосбережение базируется на пяти основных принципах:

  1. Использование альтернативных источников энергии.
  • Солнечная энергия. Главным источником энергии на Земле является Солнце. Ежегодно на поверхность нашей планеты попадает около 173 млн ГВт солнечной энергии, что в 10 тыс. раз превышает мировую потребность в энергоресурсах.

Фотоэлектрические модули устанавливаются на открытых территориях. С помощью полупроводников они преобразуют солнечный свет в электроэнергию.

Солнечные батареи способны генерировать энергию даже когда небо затянуто облаками и во время снегопада. Для максимально эффективной работы их устанавливают под углом. Чем дальше от экватора, тем угол наклона больше.

Для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением, используются солнечные коллекторы.  В отличие от солнечных батарей, вырабатывающих электричество, солнечный коллектор нагревает материал-теплоноситель. Эти устройства генерирует тепло для отопления, нагрева воды и кондиционирования помещений.

  • Энергия ветра – это одна из форм солнечной энергии. Из-за неравномерного состава грунта, рельефа местности и толщины атмосферного слоя Солнце нагревает поверхность Земли с различной интенсивностью. В свою очередь нагретая солнечными лучами поверхность прогревает расположенные над ней воздушные массы.

Поскольку плотность воздуха находится в прямой зависимости от его температуры (теплый воздух легче холодного), образуются зоны с разным атмосферным давлением.

По мере подъема вверх горячего воздуха холодные воздушные массы перемещаются вдоль земной поверхности, чтобы заполнить образовавшиеся пустоты.

Энергия ветра – один из самых легкодоступных видов преобразованной энергии Солнца. В качестве движущей силы она используется с давних времен. Еще несколько столетий назад люди начали строить первые ветряные мельницы, которые мололи зерно, подавали воду, приводили в действие устройства для распиловки леса.

Современные ветрогенераторы преобразовывают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электричество.

                   Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся        технологий на базе ВИЭ.

По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии IRENA, в течение 20 лет мировые мощности по производству электричества из энергии ветра увеличились в 75 раз – с 7,5 ГВт (1997 г.) до 564 ГВт (2018 г.).

По итогам 2020 года в Евросоюзе ВИЭ заняли лидирующие позиции. Несмотря на экономический кризис, ветряная и солнечная энергетика продолжали активно развиваться.

По оценкам аналитиков, удельный вес солнечной генерации в энергобалансе ЕС увеличился на 15%, ветровой – на 9%. В минувшем году вместе они обеспечили 19% всего электричества в Евросоюзе. При этом доля солнца составила 5%, ветра – 14%. В Германии генерация ВИЭ в 2020 году впервые превысила 50%.

В России ветроэнергетика зародилась в 20-х годах ХХ века. Первые «крестьянские ветряки» мощностью от 3 до 45 лошадиных сил могли освещать около 200 дворов или приводить в действие мельничные жернова.

Первая в мире ветряная электростанция с инерционным аккумулятором была построена в Курске в 1931 году. Проект ВЭС разработан изобретателями А.Г. Уфимцевым и В.П. Ветчинкиным. В настоящее время эта электростанция входит в список объектов культурного наследия федерального значения.

Несмотря на перспективность технологии и наличие большого количества ветровых зон в разных регионах РФ, на конец 2010 года суммарная мощность российских ветропарков не превышала 17 МВт.

В 2013 году в России была принята программа государственной поддержки возобновляемой энергетики со сроком реализации до 2024 года, призванная повысить энергетическую эффективность электроэнергетики с помощью «зеленых» технологий.

Однако, вопреки ожиданиям специалистов, к 2015 году значимых изменений в сфере ВИЭ не произошло. В 2016 году в программу были внесены изменения. Внедренные механизмы поддержки послужили ощутимым импульсом для развития этого нового для российской экономики и энергетики сегмента.

В период 2016–2020 гг. состоялись шесть конкурентных отборов мощности. В итоге на рынок вышли три основных игрока:

  • Фонд развития ветроэнергетики (установленная мощность проектов со сроком реализации до 2024 года составляет 1 858,3 МВт);
  • АО «НоваВинд» (новый дивизион «Росатома»). Суммарная установленная мощность ветроэнергетических проектов до 2024 года составляет 1 172,5 МВт. Компания реализует собственную программу локализации на базе технологии, приобретенной у одного из крупнейших производителей ветрогенераторов;
  • ПАО «Энел Россия» (установленная мощность профильных проектов с вводом в эксплуатацию до 2024 года составляет 326,31 МВт).

По оценкам аналитиков, к 2024 году установленная мощность ветряных электростанций России должна составить 3 357,11 МВт. Как следует из отчёта АО СО «ЕЭС» «Единая энергетическая система России: промежуточные итоги», на 1 июля 2021 года суммарная установленная мощность ВЭС достигла отметки в 1 377,6 МВт. В структуре установленной мощности российских объектов генерации на долю ветропарков приходится 0,56%.

С учетом положительного опыта ДМП ВИЭ 1.0 разработана новая программа поддержки ВИЭ, так называемая ДМП ВИЭ 2.0. Ожидается, что программа будет реализована в период 2025–2035 гг.

На протяжении 10 лет в эксплуатацию будет введено 6,7 ГВт мощности на базе возобновляемых источников энергии, из них 4 ГВт приходится на долю ветряной генерации.

По оценкам экспертов из Минэнерго, реализация второй части программы позволит снизить стоимость «зеленой» электроэнергии. Этому будут способствовать свободная конкуренция с ценами выработки электричества на традиционных электростанциях, увеличение локализации оборудования для ВИЭ и признание российских технологий на внешних рынках.

По результатам предыдущего отбора мощностей сумма, выделяемая на поддержку возобновляемых источников энергии, была уменьшена с 400 до 360 млрд руб. Такой вывод можно сделать из информации, опубликованной на сайте Правительства РФ 2 июня 2021 года.

В процессе формирования новых параметров ДМП ВИЭ 2.0 было учтено снижение капитальных затрат для установки генерации электричества на базе энергии солнца и ветра.

В случае с поддержкой ВИЭ речь идет о перекрестном субсидировании, которое предполагает увеличение нагрузки на промышленных потребителей электроэнергии.

Участие в программе ДМП ВИЭ выгодно энергокомпаниям, поскольку позволяет минимизировать инвестиционные риски генерирующих предприятий. В рамках таких договоров мощность оплачивается по повышенному тарифу на протяжении предварительного согласованного периода времени.

Проекты отбираются по результатам конкурса. Участникам гарантируется окупаемость инвестиций в течение 15 лет с базовой доходностью 12% годовых с корректировкой на облигации федерального займа, которые выпускает Министерство финансов России.

Новые требования по локализации и экспортным поставкам изложены в параметрах программы. В отрасли как с ними, так и со снижением суммы поддержки развития ВИЭ, согласны не все.

Например, в Ассоциации развития возобновляемой энергетики уверены, что внесенные коррективы будут способствовать снижению объема ввода в эксплуатацию новых мощностей на базе ВИЭ. Эксперты полагают, что под влиянием нововведений ежегодно будет вводиться менее 500 МВт мощности, что не превысит 5 ГВт за весь период.

Кроме того, ужесточение требований к локализации потребует вливания дополнительных инвестиций в развитие промышленных производств, которые при снижении объемов внутреннего рынка могут не окупиться. Сокращение программы ниже минимально предусмотренных параметров грозит закрытием части созданных на территории РФ производств. В результате сектор может потерять как компетенции, так и узкопрофильных специалистов.

  • Энергия воды – источник энергии, который использует кинетическую и потенциальную энергию воды (реки, водопады, приливы и отливы) для преобразования её в механическую и, наконец, в электричество. Отсюда возникло понятие гидроэлектрической энергии. Потенциал экологически чистого ресурса пропорционален высоте потока воды и водопада.

Гидроэнергетика имеет ряд существенных преимуществ по сравнению как с традиционными методами выработки энергии, так и с другими альтернативными технологиями, а именно:

- производство электричества без использования ископаемого органического и ядерного топлива;

- низкая себестоимость генерации;

- возможность обеспечения электроэнергией удаленных и труднодоступных районов;

- значительный срок службы;

- высокая надежность оборудования;

- предотвращение паводков;

- возможность быстрой регулировки мощности.

По мнению экспертов, гидроэнергетика связана с рядом принципиальных проблем из-за ее влияния на окружающую среду. В список таких проблем входят:

- затопление больших площадей пахотных земель;

- негативное воздействие на экосистему рек (в частности, на пути миграции рыб);

- изменение природного ландшафта;

- осушение рек (в случае необходимости доставки воды по трубам).

Однако следует признать, что затопление обширных территорий требуется только при строительстве крупных гидроэлектростанций на реках с пологим руслом. Для большинства малых ГЭС существенно поднимать уровень воды не нужно.

Кроме того, описанные выше недостатки, как правило, проявляются из-за невыполненного (или выполненного некачественно) предпроектного анализа, неправильно выбранного места строительства МГЭС или из-за отсутствия необходимых мер по защите речной экосистемы.

Малые гидроэлектростанции не причиняют заметного ущерба окружающей среде даже в тех случаях, когда строятся искусственные водохранилища, предназначенные для регулирования уровня реки.

С помощью специального оборудования за плотиной речная вода насыщается кислородом, что способствует самоочищению водной среды и, соответственно, усилению ее устойчивости к загрязнению. Для подавляющего большинства водных обитателей кислород является важнейшим из растворенных в воде газов.

Кроме того, для регулирования перемещения рыбы используются экраны и барьеры. Например, акустические. При наличии мигрирующих видов рыб сооружаются рыбопроводы, позволяющие рыбинам двигаться вверх по течению.

В целом, влияние малой гидроэнергетики на популяцию рыбы и экосистемы водоемов незначительны. За исключением тех случаев, когда игнорируются специальные защитные меры.

Также следует отметить, что характерное для некоторых ГЭС негативное влияние на окружающую среду (нарушение теплового, гидравлического и климатического состояния местности) не свойственно малым ГЭС, которые в большинстве случаев используют природные водные напоры без необходимости строительства масштабных гидротехнических сооружений.

Развитие малой гидроэнергетики способствует решению ряда проблем в энергоснабжении отдаленных и труднодоступных районов, где поблизости нет других источников генерации, линий электропередачи и доставка мазута или дизельного топлива для генераторов связана со значительными затратами средств и времени.

  • Геотермальная энергия использует тепло земных глубин для получения тепловой или электрической энергии. Геотермальная энергетика экономически эффективна в районах, где горячие воды приближены к поверхности земной коры.

В отличие от глубинных термальных вод, которые расположены по территории нашей страны неравномерно, приповерхностные геотермальные ресурсы можно найти практически повсеместно (за исключением районов с вечной мерзлотой), в том числе в регионах, не располагающих местными источниками ископаемых видов топлива.

Геотермальная энергия извлекается из грунта с помощью мелких скважин. Технология не требует значительных инвестиций. Но при этом нетрадиционное недропользование способно обеспечить энергией широкий спектр объектов с малым и средним теплопотреблением. Например, частные домовладения, многоэтажные здания и даже крупные жилые комплексы.

Технология широко используется в США, Мексике и на Филиппинах. На долю геотермальной энергетики в энергобалансе Филиппин приходится около 19%, Мексики – 4%, США – 1%. Суммарная мощность всех ГеоТЭС, действующих на территории Соединенных Штатов, составляет немногим более 2 ГВт.

Для сравнения:

- в России в Елизовском районе Камчатского края расположена Верхне-Мутновская ГеоТЭС, ее мощность составляет 12 МВт. Введена в эксплуатацию в 1999 году. Основное генерирующее оборудование электростанции включает в себя три турбоагрегата мощностью по 4 МВт, каждый из которых состоит из паровой турбины Туман 4К и генератора ТК-4-2ЗУЗ.

Выработка ГеоТЭС составляет около 65 млн кВт*ч в год.

- Мутновская ГеоТЭС работает синхронно с Верхне-Мутновской ГеоТЭС. Мощность объекта генерации, введенного в действие в 2002 году, составляет 50 МВт. По сути, Мутновская ГеоТЭС является самой крупной геотермальной электростанцией России.

Основное генерирующее оборудование включает в себя два турбоагрегата мощностью по 25 МВт. Каждый из них состоит из паровой турбины К-25-0,6 Гео и генератора Т-25-2УЗ. 

Ежегодно ГеоТЭС вырабатывает около 350 млн кВт*ч. Этого количества электроэнергии достаточно для того, чтобы покрыть 20 % потребления в Центральном энергоузле Камчатского края.

Использование геотермальной энергии позволило значительно ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного мазута.

Развитию геотермальной энергетики на базе технологии использования глубинных термальных вод препятствует ограниченность количества районов, где строительство ГеоТЭС будет экономически выгодным. Помимо этого, угрозу для экологии таят в себе сильно засоленные воды, получающиеся после конденсации горячего пара.

В геотермальной энергетике есть еще одно направление. Альтернативная технология предусматривает извлечение энергии, заключенной в твердых горячих породах, залегающих на глубине 4-6 км. По оценкам экспертов, на их долю приходится около 99% от общего количества подземной тепловой энергии.

На такой глубине порода с температурой 300-400 °С находится только вблизи промежуточных очагов некоторых вулканов. В то время как массивы, нагретые до 180-200 °С, распространены на значительной части территории РФ, а породы с температурой 100-150 °С можно встретить практически повсеместно.

Эффективная работа циркуляционных систем в зоне отбора тепла обеспечивается за счет развитой теплообменной поверхности. Как правило, ее роль выполняют встречающиеся на глубине 4-6 км пористые пласты и зоны естественной трещиностойкости.

Проницаемость этих материалов позволяет организовать принудительную фильтрацию теплоносителя и обеспечивает эффективное извлечение энергии горных пород.

Кроме того, возможно искусственное создание обширной теплообменной поверхности в слабопроницаемых пористых массивах. Для этого используется метод гидравлического разрыва пласта.

Основным недостатком технологии является достаточно высокая стоимость строительства скважин (70-90% основных производственных фондов). Кроме того, запасы большинства геотермальных месторождений характеризуются низкими и средними температурами, что снижает их конкурентоспособность по сравнению с традиционными источниками энергии.

  • Биоэнергетика. Технология производства энергии из отходов, требующих утилизации, универсальна. В качестве возобновляемого сырья может быть использована биомасса животного и растительного происхождения, продукты жизнедеятельности живых организмов, органические промышленные отходы, жидкое биотопливо и биогаз, получаемый в результате водородного или метанового брожения биомассы под воздействием бактерий.

В России, с ее богатыми запасами ископаемого сырья, биоэнергетику долгое время не воспринимали всерьез. Несмотря на рентабельность производства энергии, технологию считали своего рода развлечением для ученых-энтузиастов. 

Отношение к ней начало меняться в начале ХХI века. Именно тогда в стране открылись первые предприятия, специализирующиеся на экспорте биотоплива в Евросоюз, где биоэнергетика давно стала составной частью большой энергетики. Предприниматели перерабатывали древесные отходы в топливные гранулы и брикеты, пользующиеся спросом на внешнем рынке.

В настоящее время технология переработки биологического сырья нашла широкое применение в решении проблемы экологически безопасной утилизации органических отходов. Она используется для уменьшения загрязнения окружающей среды, а также в качестве источника альтернативной «зеленой» энергии. 

Однако в вопросах получения тепла и электричества из возобновляемого сырья Россия остается далеко позади от своих зарубежных соседей. Одной из ведущих стран в этом вопросе является Швеция, где более 50% тепла вырабатывается из биотоплива.

Эта страна настолько продвинулась в сфере переработки отходов, что импортирует их из Великобритании, Италии, Норвегии и Ирландии, чтобы обеспечить сырьем электростанции, работающие за счет сжигания отходов.

Отставание России эксперты объясняли неэффективностью существующей системы управления отходами. Поэтому был принят ряд законодательных актов, направленных на изменение этой ситуации:

  • Приказом Минприроды России № 298 от 14 августа 2013 года утверждена комплексная стратегия обращения с твёрдыми коммунальными (бытовыми) отходами в Российской Федерации;
  • 29 декабря 2014 года подписан Федеральный закон № 458-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об отходах производства и потребления», отдельные законодательные акты Российской Федерации и признании утратившими силу отдельных законодательных актов (положений законодательных актов) Российской Федерации». Законодательный акт разработан с целью совершенствования правового регулирования в сфере обращения с отходами производства и потребления.

Закон наделил субъекты Российской Федерации и органы местного самоуправления полномочиями в области обращения с отходами, порядок лицензирования деятельности по сбору, транспортированию, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов I-IV классов опасности.

В соответствии с действующим законодательством в регионах России должны быть определены источники и нормативы образования отходов. Это необходимо для подготовки региональных программ в области обращения с отходами, разработки и внедрения территориальных схем их сбора, размещения и переработки.

В связи с принятием Федерального закона № 458-ФЗ были внесены поправки в целый ряд законодательных актов, признан утратившим силу Федеральный закон № 210-ФЗ от 30 декабря 2004 года «Об основах регулирования тарифов организаций коммунального комплекса», ряд положений федеральных законов, регулирующих отношения, в том числе в области разграничения полномочий между органами государственной власти, в сфере ЖКХ, в вопросах охраны окружающей среды.

  • Распоряжением Правительства РФ от 25 июля 2017 года № 1589-р «Об утверждении перечня видов отходов производства и потребления, в состав которых входят полезные компоненты, захоронение которых запрещается» был утвержден соответствующий список. Из отходов органического происхождения в него включены основные виды макулатуры.

По оценкам экспертов, общий энергопотенциал биомассы в России превышает отметку в 20 000 МВт. Для сравнения: суммарная установленная мощность атомных электростанций составляет 30 542,99 МВт (по состоянию на 01.07.2021 г.).

Ежегодно в стране образуется более 60 млн тонн отходов производства и потребления продукции агропромышленного сектора экономики. Данные приведены в перерасчете на сухое вещество. Объем бытовых и промышленных отходов, которые можно переработать, оценивается в 165-170 млн тонн.

Чего стоят запасы древесины, не пригодной к хозяйственному использованию по разным причинам (поражение болезнями, пожарами, несоответствие нормативным требованиям), а отходы лесозаготовок и деревообрабатывающих производств? Около 60% этого сырья на сегодняшний день сжигается или закапывается в землю.

Аналитики подсчитали, что переработка вышеуказанных отходов методом анаэробного брожения позволит ежегодно получать более 70 млрд м³ биогаза. Его энергоемкость сопоставима с энергоемкостью 35 млн тонн дизельного топлива или бензина.

Одной из основных проблем, препятствующих развитию отечественной биоэнергетики, является возврат инвестиций, вложенных в производство электростанций и перерабатывающих производств. Отсутствие комплексной системы поддержки государства и законодательная база, пока еще все же слабо учитывающая этот род деятельности, выступают скорее в роли демотиваторов.

Эффективным стимулом для строительства объектов генерации электрической и тепловой энергии из биогаза может стать государственное субсидирование. Например, в виде льготного налогообложения этого вида деятельности или использование «зеленого» тарифа для выкупа электроэнергии, производимой биогазовыми станциями. Однако таких инструментов в РФ пока нет.

По оценкам аналитиков, в России существует два перспективных направления выработки биогаза:

         - строительство промышленных станций;

         - использование модульных установок заводского производства.

В свою очередь, технология производства биогазовых реакторов – специализированных устройств, обеспечивающих максимальное выделение газа – также развивается по двум направлениям:

  1. Биогазовая установка первого вида представляет собой модульный горизонтальный резервуар, выполненный в форме цилиндра, внутри которого установлены мешалки серийного производства. Такой биореактор доставляется к месту установки в собранном виде;
  2. Конструктивная особенность биогазовых установок второго типа заключается в том, что они поставляются в разобранном виде и монтируются в готовый к работе реактор непосредственно на месте будущей эксплуатации.

Резервуар биореактора может быть изготовлен из оцинкованной стали, композитных материалов или железобетона. Биомасса подается вручную либо с помощью механических загрузчиков. В резервуаре присутствуют анаэробные бактерии, которые питаются биомассой. В результате их жизнедеятельности выделяется биогаз.

Для создания условий, способствующих процессам брожения, необходимо, чтобы в биогазовом реакторе:

- поддерживался необходимый уровень влажности;

- соблюдалась периодичность подачи субстрата;

- соблюдался температурный режим;

- поддерживался уровень рН;

- была правильно подобрана концентрация питательных веществ;

- обеспечивался низкий уровень концентрации токсичных соединений.

Выделяющийся биогаз очищается и направляется потребителям. 1 м³ такого газа по теплоте сгорания соответствует:

- 0,75 м³ природного газа;

- 0,61 кг бензина;

- 0,72 кг мазута;

- 1,48 кг дров.

В зависимости от способа перемешивания субстрата установки делятся на три типа:

  1. Механические устройства оснащены неавтоматизированными мешалками. Основным недостатком таких агрегатов является неравномерное смешивание субстрата, что может стать причиной гибели бактерий;
  2. Аэрлифтные устройства работают по методу барботажного перемешивания, которое осуществляется путем пропускания газа или пара через слой жидкости. Барботаж приводит к циркуляции, обусловленной тем, что плотность жидкости превышает плотность газожидкостной смеси. Нередко процесс перемешивания сопровождается сильным пенообразованием;
  3. Устройства газо-вихревого типа обеспечивают смешивание биомассы с помощью аэрирующего газового вихря.

Метановое брожение может происходить в условиях как высоких, так и низких температур. При этом КПД преобразования энергии органических соединений в биогаз достигает 82– 90%.

В зависимости от рабочего температурного режима производство биогаза может быть организовано с применением реакторов двух типов:

  1. Мезофильный (предполагает установку температуры на уровне 25-40 °С).

К разряду мезофильных моделей относятся биогазовые станции с ручной загрузкой, где субстрат не подогревается и не перемешивается. В подобные реакторы, с объемом резервуара в 10 м³, ежедневно загружается не более 200 кг биомассы. Эти устройства рекомендуется использовать в небольших частных хозяйствах.

Конструкция биостанции состоит из загрузочного бункера, реактора, механизма выгрузки субстрата и устройства, которое обеспечивает вывод полученного газа.

Ректоры таких моделей предназначены для использования в широтах, где среднегодовая температура воздуха не опускается ниже +5 °С.

Кроме того, в число мезофильных входят устройства с функцией миксеризации субстрата. Их стоимость немного выше, но принцип действия таких станций практически исключает возможность расслоения биомассы, что обеспечивает более эффективную выработку биогаза.

  1. Термофильный (предполагает установку температуры на уровне 50-55 °С). При термофильном сбраживании происходит более глубокий процесс распада органических веществ. Поэтому устройства этого типа позволяют достичь максимальных показателей производительности.

В качестве примера термофильных моделей можно привести реакторы с подогревом и ручной загрузкой биомассы. Эти устройства позволяют получать биогаз в регионах с более холодным климатом.

Объем перерабатываемой в сутки биомассы также не превышает 200 кг, а объем резервуара – 10 м³.

Функцию подогрева субстрата выполняет водогрейный котел. Вода в котле нагревается за счет получаемого биогаза. На эти цели расходуется около 10%, оставшиеся 90% направляются для удовлетворения нужд потребителей.

Второй вариант термофильной биогазовой установки – реакторы-полуавтоматы, оборудованные газгольдерами. Топливо для таких станций подготавливается вручную, загрузка реактора осуществляется с помощью пневматических устройств. Наличие функции миксеризации исключает возможность расслаивания биомассы.

Установки оснащены системой трубопроводов, по которым полученный газ и удобрения выводятся из биогазовой станции. Биогаз хранится в специальных хранилищах-газгольдерах. Из них он в дальнейшем передается в общую сеть.

Объемы подачи биомассы в подобных реакторах составляют до 1,5 тонны в сутки, а объемы резервуаров – 25 м3.

Для промышленных предприятий и животноводческих комплексов на рынке представлены реакторы-автоматы с функцией предварительной подготовки сырья.

В установках этого типа субстрат подогревается с помощью водогрейного котла, генерирующего тепло из вырабатываемого биогаза. Сырье в реактор загружается с использованием автоматизированных устройств.

Станции оснащены емкостью для гомогенизации субстрата, где сырье измельчается с целью получения смеси равномерной консистенции, затем направляется в реактор гидролиза, а после этого ферментируется.

Полученный биогаз направляется в газгольдеры для хранения или на дальнейшую переработку, во процессе которой очищается от примесей.

Выгрузка отходов производства газа происходит в автоматическом режиме. Отходы фасуются, упаковываются и поступают на рынок в виде удобрений.

Реактор работает на собственной энергии. На эти нужды затрачивается около 15% от общих объемов выработки биогаза. Управление работой установок этого типа осуществляется в автоматическом режиме.

В настоящее время в России уже действует несколько биогазовых электростанций. Первый отечественный реактор был установлен в деревне Дошино (Калужская область) и введен в эксплуатацию в 2009 году.

В 2011-м пущена в работу станция «Байцуры», расположенная в Борисовском районе Белгородской области. Энергообъект находится в непосредственной близости от отходов свинофермы, которые используются в качестве биотоплива.

Конструкция станции состоит из смешивающего и бродильного резервуаров. Для выработки электрической и тепловой энергии используется газопоршневой агрегат Jenbacher. Его мощность составляет 526 кВт. Здесь можно переработать 38 тыс. м³ органических отходов и получить 1,9 млн м³ биогаза в год. 

«Байцуры» прошла все необходимые экспертизы и согласования. Биостанция является первой биогазовой промышленной установкой в России, выдающей производимую электрическую энергию непосредственно в сеть. С 2012 года работает на проектной мощности, в 2017-м прошла процедуру квалификации.

В 2012 году свой первый киловатт*час выпустила в сеть станция «Лучки». Объект альтернативной энергетики мощностью 2,4 МВт построен в Прохоровском районе Белгородской области. С его помощью можно перерабатывать около 75 тыс. тонн отходов животноводства.

В качестве сырья для выработки биогаза на станции используются свиноводческие стоки, поступающие по подземному трубопроводу непосредственно к биогазовой установке, отходы мясоперерабатывающих заводов и других пищевых комбинатов, а также растительная биомасса.

На станции сырье смешивается и перерабатывается методом анаэробного сбраживания. Выработанный биогаз используется для производства электрической и тепловой энергии, а из переработанной биомассы получаются качественные органические удобрения.

  • Энергия приливов и отливов. Морские приливы и волны – еще один способ получения экологически чистой возобновляемой энергии. По подсчетам экспертов, энергия приливов может обеспечивать до 3,5% мирового потребления электричества.

Природа приливов связана с приливообразующей силой, возникающей при гравитационном взаимодействии Земли с Луной и Солнцем. Для водной оболочки нашей планеты практическое значение имеет лишь горизонтальная составляющая приливообразующей силы. Из-за близости Луны к Земле величина прилива под воздействием Луны в 2,2 раза больше солнечного.

В зависимости от положения точки на земном шаре, формы береговой линии и рельефа морского дна уровень воды во время прилива поднимается на высоту от нескольких сантиметров во внутриматериковых морях (Черное, Балтийское, Средиземное и др.) до многих метров в вершинах воронкообразных эстуариев, открытых в сторону океана.

Именно в вершине такого воронкообразного залива Фанди, который находится на восточном побережье Канады, отмечен высочайший на земле прилив – 18 м. В России самые высокие приливы наблюдаются в Мезенском заливе Белого моря в эстуариях Мезени (9 м) и Кулоя (10 м), в Пенжинской губе Охотского моря (13,4 м).

Кинетическую энергию вращения Земли в электрическую преобразуют приливные электростанции (ПЭС). Принцип их работы прост:

         - в устье реки или в заливе возводится плотина с гидроагрегатами;

- за плотиной расположен бассейн, который во время прилива наполняется течением. Поток воды вращает турбины, а при отливе вода возвращается в море. При этом лопасти турбин вращаются в обратном направлении. Они приводят в движение генератор, отвечающий за выработку электрической энергии.

Существует еще один тип приливных станций – без плотин и бассейнов. Это подвешенные на балках подводные пропеллеры, вращаемые морским течением. Конструкция предельно простая, правда, и мощность таких установок сравнительно невелика.

Достоинства ПЭС очевидны. Такие электростанции:

  • используют возобновляемый, экологически чистый ресурс Мирового океана;
  • не загрязняют атмосферу выбросами парниковых газов;
  • не требуют затопления обширных территорий пахотных земель, как при возведении обычных гидростанций на реках;
  • используют естественный бассейн;
  • не таят в себе потенциальной радиационной опасности, как АЭС;
  • не нуждаются в ископаемых видах топлива;
  • не зависят от времени года;
  • отличаются высоким КПД.

Учитывая «пульсирующий» характер приливов, энергию ПЭС можно использовать при совместной работе с тепловыми электростанциями для покрытия пиковых нагрузок в электросетях, а в остальное время ее агрегаты могут аккумулировать электричество. По такому принципу работает приливная станция мощностью 240 МВт с турбинами поворотно-лопастного типа, построенная на севере Франции в устье реки Ранс. 

Самой крупной в мире приливной станцией является Сихвинская ПЭС, расположенная на территории Южной Кореи в искусственно созданном заливе. Ее мощность составляет 254 МВт. Станция, пущенная в августе 2011 года, ежегодно вырабатывает 550 млн кВт*ч.

Единственная в России приливная электростанция введена в эксплуатацию в 1968 году, но так и осталась экспериментальной. Кислогубская ПЭС мощностью 1,7 МВт расположена в губе Кислая Баренцева моря в Мурманской области.

В заливе Кислая Губа фиксируются мощные приливы, и их потенциал изучается именно на этой станции. Кроме того, на ней проводится отработка нового оборудования для ПЭС.

Несмотря на весьма почтенный возраст, электростанция эксплуатируется в системе Колэнерго и входит в состав каскада Туломских ГЭС. Прерывистость энергоотдачи ПЭС в суточном цикле и колебания во внутримесячном периоде сглаживаются выработкой гидроэлектростанций.

В состав основных гидротехнических сооружений гидроузла входит здание станции (тонкостенная железобетонная коробка докового типа), дамбы высотой до 15 м и длиной до 35 м, которые перекрывают горло губы. Естественный ковш перед входом в Кислую образует удобный подходный участок, где устроен причал.

В настоящее время на станции функционируют:

- ортогональный гидроагрегат мощностью 0,2 МВт с диаметром рабочего колеса 2,5 м;

- ортогональная турбина ОГА-5 мощностью 1,5 МВт с диаметром рабочего колеса 5 м.

Результаты многолетних исследований показали, что эксплуатация ПЭС обеспечивает ее гибкую работу в региональной энергосистеме как в часы пиковых, так и во время базовых нагрузок. На станции установлен уникальный генератор с переменной скоростью вращения отечественного производства, который позволяет увеличить КПД энергообъекта ещё на 5%.

Страны в разных уголках мира поставили перед собой амбициозные задачи по переходу на ВИЭ. Эти цели стали частью Парижского соглашения, регулирующего меры по снижению содержания углекислого газа в атмосфере.

Ожидается, что к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Реализовать это планируется за счет перехода на возобновляемые источники энергии.

  1. Использование вторичных энергоресурсов. Технология преобразования механической энергии в электрическую достаточно сложная. Помимо этого, в процессе генерации электричества попутно вырабатываются побочные продукты или отходы, не полностью утратившие потребительскую стоимость исходного сырья.

Такие ресурсы не используются в производстве и тратятся впустую. Однако они являются потенциально эффективными и пригодными для выработки энергии, которую можно использовать для покрытия собственных нужд электростанций или обеспечивать ею отдельно стоящие здания.

По мнению экспертов, использование вторичных энергоресурсов, которые не являлись целью производства энергии, может быть экономически выгодным. Оно позволяет снизить затраты времени, минимизировать капиталовложения в выработку электроэнергии с помощью тепловых, газовых, угольных и атомных станций.

Кроме того, рациональное природопользование позволяет сократить тепловое загрязнение в промышленно развитых районах и способствует улучшению экологической ситуации на планете.

Вторичные энергетические ресурсы условно делятся на три вида:

  • Горючие (топливные) отходы содержат химически связанную энергию вторичных продуктов производства, которые образуются в ходе основного технологического процесса, но не востребованные в нем самом.

Это могут быть отходы деревообрабатывающих производств (щепа, опилки, обрезки, стружки), горючие элементы конструкций зданий и сооружений, демонтированных из-за непригодности для даль­нейшего использования по назначению, щелок целлюлоз­но-бумажного производства и другие твердые и жидкие топ­ливные отходы

Для их утилизации, с целью полезного использования энергетического потенциала, используются котлы-утилизаторы, печи и газовые турбины;

  • Тепловые отходы представляют собой неиспользуемую часть тепловой энергии, которая выделяется золой и шлаками, отходящими газами агрегатов и горячей водой, использованной в технологических установках.

В районах с развитой промышленностью тепловые отходы приводят к существенному повышению среднегодовой температуры. Тепловые энергоресурсы утилизируются с помощью тепловых насосов и теплообменников;

  • Отходы с избыточным давлением – потенциальная энергия газов и пара, которая выделяется в результате работы технологического оборудования с повышенным давлением.

 Перед дальнейшим использованием (или выбросом в атмосферу, водоемы, емкости и другие приемники) уровень давления таких газов необходимо понижать.

В настоящее время в мире заканчиваются ископаемые виды топлива, которое используется для выработки энергии. В связи с этим увеличиваются затраты на их добычу и, следовательно, растет рыночная стоимость энергоресурсов.

Поэтому использование отходов и побочных продуктов производства рассматривается как один из наиболее эффективных методов, способных предотвратить энергетический и экономический кризис мирового масштаба.

Основные направления использования вторичных энергоресурсов:

  • Топливное направление предполагает использование побочных продуктов в качестве тепла или для выработки тепловой энергии в утилизационных установках;
  • Силовое. Технология переработки ВЭР предусматривает использование их в виде электрической или механической энергии, полученной в утилизационных установках;
  • Комбинированное. В результате комбинированной переработки вторичные ресурсы используются как источник электрической (механической) энергии и тепла, полученных одновременно в утилизационных установках.

Установка специального оборудования, которое будет перерабатывать ВЭР, не требует крупных финансовых вливаний. Модернизация производственных процессов окупается в кратчайшие сроки и при этом позволяет значительно снизить затраты электроэнергии, получаемой из централизованных сетей.

Проведенные расчеты подтверждают, что стоимость тепловой энергии, полученной в утилизационных установках, ниже затрат на выработку такого же количества тепла в ос­новных энергоустановках.

Помимо ощутимой экономической выгоды использование вторичных ресурсов поможет решить ряд экологических проблем. Не секрет, что бездумное и нерациональное потребление природных ресурсов не только негативно отражается на экономике стран и дорого обходится их жителям, но и наносит непоправимый ущерб планете.

Отходы производства электроэнергии превращаются в горы золошлаков, нуждающихся в утилизации и переработке, тысячи тонн парниковых газов ежедневно выбрасываются в атмосферу.

Содержащиеся в них вредные вещества, негативно влияют на состояние грунтовых и поверхностных вод, озонового слоя, который защищает Землю от губительного воздействия ультрафиолетового излучения и нарушают природный баланс в целом.

Использование вторичных энергоресурсов может значительно снизить негативное влияние отходов энергетики на окружающую среду.

Сегодня научные разработки, которые активно проводятся в этом секторе, финансируются за счет как частных инвесторов, так и государственных инвестиций, поскольку результаты этих исследований могут быть полезны всем энергетически зависимым странам.

  1. Внедрение энергоэффективных технологий и оборудования. Тренд, связанный с внедрением энергоэффективных технологий, был задан более 10 лет назад президентом России. 23 ноября 2009 года был подписан Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Если говорить об уровне энергоэффективности и использовании энергосберегающих технологий в целом по стране, то, с точки зрения научных сотрудников, пока речь скорее идет о локальных кейсах, а не о массовом явлении.

Однако эксперты составили список типовых технических мероприятий, способствующих энергосбережению. В частности, в него вошли:

  • Установка выключателей нагрузки перед вводами силовых трансформаторов;
  • Замена высоковольтных масляных выключателей вакуумными устройствами;
  • Снижение потерь электричества в кабельных сетях;
  • Увеличение коэффициента загрузки электроприемников и трансформаторных подстанций, снижение утрат мощностных показателей холостого года трансформирующих устройств;
  • Равномерное распределение нагрузок по фазам;
  • Применение частотного регулирования насосов систем водоснабжения;
  • Установка терморегуляторов на системы электрического отопления;
  • Устранение дефектов коммутационного и электросилового оборудования;
  • Замена старых трансформаторов современными аналогами;
  • Снижение потерь электроэнергии за счет улучшения коэффициента мощности;
  • Поддержание номинальных уровней напряжения в сетях;
  • Оснащение систем электроснабжения современными устройствами контроля потребления электрической энергии;
  • Установка за котлом водяного поверхностного экономайзера  – устройства, предназначенного для подогрева воды или воздуха в котельной установке с помощью тепла уходящих продуктов сгорания топлива, которые для лучшего теплообмена двигаются сверху вниз, а вода – снизу вверх. Экономайзер повышает КПД котельной установки. Применяется для нагрева воды паровых котлов и систем теплоснабжения;
  • Использование установок глубокой утилизации тепла;
  • Применение контактных теплообменников – установок использования скрытой теплоты парообразования уходящих дымовых газов;
  • Повышение температуры питательной воды у входа в барабан стационарного котла;
  • Очищение внутренних поверхностей котлоагрегатов от накипи методом ультразвуковой очистки. Ее принцип заключается в воздействии на теплообменник звуковыми волнами определенной частоты, при котором происходит разрушение накипи;
  • Подогрев питательной воды в водяном экономайзере;
  • Использование тепловыделений от поверхности котлоагрегатов путем забора теплого воздуха из верхней зоны котельного зала и подачи его во всасывающую линию дутьевого вентилятора;
  • Теплоизоляция внешних и внутренних поверхностей котлов и теплопроводов, уплотнение клапанов и тракта котлоагрегатов;
  • Использование систем учета расхода топлива, воды и отпуска тепловой энергии;
  • Автоматизация управления работой котельной;
  • Использование частотного привода для регулировки скорости вращения вала насосов, вентиляторов и дымососов – тягодутьевых машин, которые служат для удаления дымовых газов – продуктов сгорания топлива;
  • Перевод паровых котлов в водогрейный режим;
  • Замена паровых систем отопления на водяные;
  • Рациональное использование котлов, работающих одновременно;
  • Использование когенерационных установок (мини ТЭЦ) на базе газопоршневых двигателей средней и большой мощности, которые имеют максимальные на сегодняшний день значения электрического КПД и коэффициента полезного использования теплоты топлива (до 90%);
  • Установка систем сбора и возврата конденсата – комплекса оборудования для сбора горячего конденсата и возврата его в систему подпитки генерации (ТЭЦ, котельных и т. д.). Благодаря коротким срокам окупаемости технологическое решение активно применяется в перерабатывающих и генерирующих отраслях промышленности;
  • Установка расширителя непрерывной продувки и подогревателя сырой воды;
  • Внедрение автоматизированных информационно-измерительных систем;
  • Использование дронов/роботов для повышения качества контроля и наблюдения за эксплуатацией и созданием новых активов;
  • Внедрение цифровых решений, которые помогают повысить управляемость сетей, упростить процесс техприсоединения, выровнять спрос и предложение. В список основных компонентов «умной» сети входят: интеллектуальные приборы учета электроэнергии, накопители энергии, «умные» трансформаторы и другие элементы сети, необходимые для интеграции распределенных источников генерации и ВИЭ.

Ожидается, что уже в краткосрочной перспективе цифровизация позволит предприятиям электроэнергетического комплекса РФ увеличить доходы на 3-4% в год и создаст надежный задел для дальнейшего устойчивого роста.

  1. Оценка экономической целесообразности применения энергосберегающих технологий и решений. Важнейшим условием энергосбережения специалисты называют необходимость создания системы энергетического менеджмента – управления энергоресурсами на промышленном предприятии.

Результаты энергетического обследования так и останутся колонками сухих цифр в отчете, если на предприятии будет проигнорирована необходимость разработки системы организации, ответственности, отчетности и финансирования проектов по энергосбережению.

Разработку системы можно условно разделить на три этапа:

  • Принятие организационных мер;
  • Выделение финансовых ресурсов;
  • Контроль.

Построив и наладив работу качественной системы энергетического менеджмента, предприятие получает уникальную возможность для своевременного проведения эффективных мероприятий по энергосбережению.

Детальный анализ и точность расчетов гарантируют, что денежные средства будут вложены с пользой. Кроме того, создается четкая картина о фактической величине отдачи от этих капиталовложений.

Процесс создания системы энергоменеджента начинается с разработки соответствующего документа, который должен включать:

  • декларацию энергетической политики предприятия с описанием целей энергосбережения и задач, которые следует решить на каждом из этапов;
  • принципы распределения обязанностей и ответственности за качество выполнения возложенных функций. Обязанности и ответственность должны соответствовать возможностям. Как правило, на большинстве предприятий эти обязанности возложены на энергослужбу.

Однако следует признать, что это структурное подразделение только обеспечивает распределение (а в некоторых случаях и преобразование) энергии, в то время как фактическими потребителями электричества являются производственные цеха, которые стремятся изготовить продукцию, и зачастую любой ценой.

Универсальной структуры системы энергетического менеджмента не существует. На каждом предприятии создается уникальный вариант. Однако эксперты рекомендуют:

  • Ответственность за работу системы возложить на первого заместителя директора предприятия;
  • Функции координатора возложить на энергоменеджера;
  • Поставить в известность представителей от каждого структурного подразделения о том, что в вопросах энергосбережения они подчиняются энергоменеджеру;
  • Ответственность за реализацию программы возложить на руководителей подразделений;
  • Для проработки и согласования мероприятий сформировать рабочую группу, в состав которой должны входить специалисты ряда служб – энергетической, технологической, финансовой, охраны труда и техники безопасности.
  • Список мероприятий с указанием сроков реализации, объема денежных средств, которые будут направлены на внедрение инновации, а также список ответственных лиц и непосредственных исполнителей.

В программу также следует включить как энергосберегающие мероприятия, так и другие вопросы, связанные с созданием системы энергетического менеджмента. Например, это может быть внедрение системы контроля и поощрения достижений, обучение и мотивация персонала, сроки пересмотра и внесения корректив в программу.

  • Принципы финансирования энергосбережения.
  • Детальное описание системы контроля и оценки полученных результатов.

В процессе разработки положения об энергосбережении необходимо организовать обсуждение документа во всех структурных подразделениях. Это облегчит его внедрение, а само участие персонала в разработке положения может послужить ценным мотивирующим фактором.

Мусор – в дело

Ежегодно в Росси образуется около 70 млн тонн твердых коммунальных отходов. Практически всё это количество вывозится на полигоны, санкционированные и стихийные свалки.

В 2019 году в России стартовала масштабная мусорная реформа, в результате которой будет выполнен переход от накопительной модели обращения с отходами к перерабатывающей.

Программа «Комплексная система обращения с твердыми коммунальными отходами» национального проекта «Экология» ставит следующие цели: к 2024 году доля обрабатываемого мусора должна увеличиться с 12% до 60%, перерабатываемого – с 7% до 36%. Кроме того, запланирован ввод в эксплуатацию комплексов по обработке отходов (КПО) общей мощностью 37,1 млн тонн.

Строительство современных предприятий для обработки мусора, где из гор бытовых отходов извлекают максимально возможное количество полезных фракций, является одним из важнейших этапов системы утилизации.

По оценкам специалистов, инновационный КПО обеспечивает эффективную переработку около 50% от общего объема отходов. После прохождения через гигантское сито, которое разделяет отходы на фракции разного размера, и сортировки вторсырья на выходе остается только то, что не подлежит дальнейшему использованию. Специалисты называют такой мусор «хвостами».

Пришло время, когда и таким «хвостам» нашлось полезное применение: их будут направлять на заводы для термической переработки. Речь идёт не о классических мусоросжигательных заводах старого типа, а о современных предприятиях, где используется кардинально новый подход к переработке бытовых отходов.

Один из основных принципов, заложенных в основу мусоросжигательного завода нового поколения, – экологичность и безопасность. Внедрение передовых технологий дает возможность не только утилизировать мусор без ущерба для экосистемы, но и использовать его в качестве возобновляемого источника энергии, получая при этом ощутимый экономический эффект.

Один такой завод сможет обеспечивать электроэнергией собственные нужды и кроме этого ежегодно выдавать в сеть миллионы «зеленых» киловатт. По оценкам аналитиков, из 1 тонны отходов можно получить около 690 кВт*ч.

Сегодня существует даже специальный термин Waste-to-Energy (WtE) – энергия из отходов. Именно такие современные предприятия по утилизации мусора строятся в рамках одноименного проекта. Переработка отходов в энергию поможет России сэкономить 500 га земли, не допустив создания «грязного» полигонного захоронения.

Как это работает? Весь поступающий на территорию завода мусор после радиационного контроля, взвешивания и учета выгружается в специальный бункер-накопитель. В дальнейшем отходы поступают в котел, который представляет собой семиэтажную конструкцию, рассчитанную на 7 тыс. тонн сырья.

На заводе таких конструкций три. Каждая из них состоит из двух зон. Первая предназначена для обработки мусора при температуре 1260 °С. Под действием экстремально высоких температур сгорает абсолютно всё, включая все токсичные вещества.

Вторая зона представляет собой камеру дожига дымовых газов, которые образуются в процессе сжигания. Даже если предположить, что каким-то вредным элементам удалось «выжить» в первой зоне, то при вторичном дожиге они точно погибнут.

В камеру дожига впрыскивается раствор карбамида, полностью уничтожающий любые органические соединения и обезвреживающий дымовые газы. На следующем этапе очистки газы и образовавшийся в процессе сжигания шлак обрабатываются активированным углем, аммиаком и химическими веществами для дополнительного обеззараживания.

Очищенные таким способом дымовые газы поступают в рукавные фильтры, где с помощью тонких трубок извлекается любая фракция, включая микрочастицы, которые просто витают в воздухе. По оценкам специалистов, после доочистки в таком фильтре воздух становится чище, чем в городе.

Процесс превращения 1 тонны мусора в пар длится 15 минут. Пар поступает в турбогенератор для выработки электричества. При этом на собственные нужды завод будет расходовать не более 10% производимой электроэнергии, оставшиеся 90% будут передаваться в сеть.

После сжигания бытовых отходов остается шлак. Он относится к пятому классу опасности и практически не оказывает негативного воздействия на окружающую среду. Его можно сразу использовать для рекультивации полигонов и отсыпки дорог.

На сегодняшний день в Московской области в рамках проекта «Энергия из отходов» строится четыре мусоросжигательных завода нового поколения. Ежегодно они будут перерабатывать в экологически чистую энергию 2,8 млн тонн отсортированных отходов, раньше не подлежавших обработке. Запуск заводов в эксплуатацию запланирован на 2022-2023 гг.

Аналогичное предприятие будет построено в Республике Татарстан. Несмотря на карантинные ограничения, в целом все работы ведутся по плану.

Ожидается, что с запуском нескольких пилотов проект «Энергия из отходов» не завершится. В России планируют построить еще не менее 25 таких заводов. По предварительным оценкам ввод в эксплуатации серии предприятий по переработке мусора в энергию позволит предотвратить возникновение 80 новых мусорных полигонов, закрыть 25 действующих и уберечь от засорения около 60 тыс. га земель.

Водородные перспективы

Одним из ключевых трендов в гонке экологически приемлемых энергетических технологий стало дальнейшее снижение выбросов парниковых газов в атмосферу. С целью декарбонизации атмосферного воздуха в мире постепенно сокращается потребление мазута, нефти и угля. Продолжается замена ископаемых энергоресурсов экологически приемлемым газом.

Наряду с укреплением позиций атомной энергетики и активным наращиванием объемов использования ВИЭ, борьба за эффективные источники энергии и прогрессивную декарбонизацию неизбежно продолжится в процессе активного развития водородных технологий. Для этого потребуется значительно снизить себестоимость производства «зеленого» газа и внедрить приемлемые решения по его хранению и транспортировке.

Водород – идеальный источник экологически чистой энергии. При использовании в топливном элементе производит только воду. Теплота его сгорания почти в три раза превышает аналогичный показатель нефти. Она в четыре раза выше, чем у каменного угля или природного газа.

В настоящее время в разных сферах проводятся эксперименты с применением водородных технологий: электроснабжение, отопление и охлаждение зданий и домохозяйств, промышленность, транспорт, ЖКХ и др.

Эксперты ожидают, что к 2030 году годовой спрос на водород возрастет до 100-114 млн тонн. Прирост составит 35-55% к показателю 2018 года. При этом себестоимость производства составит около 2 долларов за 1 кг.

Водородная энергетика предполагает использование водорода или водородсодержащих соединений для генерации энергии, которая будет использована с высокой энергоэффективностью, колоссальными экологическими и социальными преимуществами.

Энергоэффективность – это тот важный фактор, который будет способствовать переходу от нынешней карбонизированной экономики к экономике замкнутого цикла, основанной на высокоэффективных инженерных решениях и передовых энергетических технологиях.

Водород можно получать из различных источников. Например, из природного газа, ядерного топлива, биомассы и ВИЭ. Его можно использовать для хранения, транспортировки и доставки энергии, произведенной из других источников.

Активный переход к водородным технологиям потребует масштабного освоения следующих способов получения этого химического элемента:

  • Сепарация водорода из добываемых природных газов;
  • Выработка водорода с использованием метана методом пиролиза – альтернативной технологии, способствующей разделению метана на газообразный водород и твердый углерод, который является ценным сырьем для различных отраслей промышленности и может безопасно храниться. Для производства 1 м³ водорода методом пиролиза потребуется около 0,7-3,3 кВт*ч электроэнергии;
  • Производство водорода из воды методом электролиза из возобновляемых или традиционных источников энергии. Это наиболее энергоемкий способ, но именно его в Евросоюзе считают самым перспективным. По оценкам экспертов, для получения 1 м³ водорода требуется около 2,5-8 кВт*ч;
  • Получение водорода в процессе парового риформинга метана со сбором и захоронением выбросов углекислого газа. В процессе производства углеводородное сырье подогревается, смешивается с паром и опционально подвергается конверсии перед подачей на катализаторы в установке парового риформинга с верхним пламенем;
  • Создание специальной инфраструктуры для транспортировки и хранения водорода.

Летом 2021 года компания «Н2 Чистая энергия», которая по данным ЕГРЮЛ специализируется на производстве промышленных газов, подписала соглашение с Корпорацией развития Камчатского края о разработке проекта Пенжинской ПЭС.

Приливную станцию планируют построить в северо-восточной части залива Шелихова Охотского моря. Два раза в сутки здесь перемещается поток воды, объем которого сопоставим со стоком Волги за два года. Высота приливов достигает 13 м, что создает благоприятные предпосылки для строительства приливных станций различной мощности.

Территориально Пенжинская ПЭС будет расположена в Магаданской области и на Камчатке. После ввода в эксплуатацию объект ВИЭ станет одним из крупнейших источников для производства водорода в мире.

Реализация этого проекта еще во времена СССР оценивалась в 60-200 млрд долларов США. Такой разброс в оценке капиталовложений зависел от створа:

  • ПЭС-1 (Северный створ) – 60 млрд долларов США:
    • длина – 32 км,
    • глубина – до 26 м,
    • мощность – 21 ГВт,
    • выработка электроэнергии – 72 млрд кВт*ч в год;
  • ПЭС-2 (южный створ) – 200 млрд долларов США:
    • длина – 72 км,
    • глубина – до 67 м,
    • мощность – 87,4 ГВт,
    • выработка электроэнергии – около 200 млрд кВт*ч в год.

В 70-е годы ХХ века для строительства этой станции предполагали создать международный консорциум, включающий энергопотребителей из других стран. Однако Япония, Китай и Южная Корея от участия в реализации масштабного проекта отказались, у СССР потребностей в таких объемах электроэнергии не было, поэтому проект отправился под сукно.

Возврат к проекту строительства Пенжинской ПЭС объясняется развитием «зеленых» технологий. Планируется, что электростанция станет источником экологически чистой энергии для производства водорода.

Энергия будет вырабатываться методом электролиза. По оценкам экспертов, на базе возобновляемого источника энергии в регионе поэтапно сформируется восточный кластер с потенциальным объемом до 5 млн тонн водорода в год.

Вхождение РФ «в число мировых лидеров по производству и экспорту» водорода определено в качестве цели, принятого плана мероприятий по развитию водородной энергетики в России до 2024 года. Об этом говорится в распоряжении Правительства Российской Федерации от 12 октября 2020 г. № 2634-р.

Эксперты объясняют внимание властей к водородным технологиям тем, что основные страны-контрагенты России в последнее время стали активно развивать это направление и пересматривают будущую структуру своего энергобаланса в пользу альтернативных источников энергии и водорода.

Развитие водородной энергетики позволит уменьшить риски потери рынков энергоносителей. Кроме того, это обеспечит существенный экономический рост за счет формирования новых производств и создания высокотехнологичных рабочих мест, экспорта продукции и технологий.

Еще один пилотный проект по производству и экспорту в страны ЕС «зеленого» водорода реализуется Группой РОСНАНО совместно с компанией Enel на территории Мурманской области.

Это первый в России проект, в рамках которого «зеленый» водород будет вырабатываться на основе ВИЭ. По предварительным оценкам, ежегодный объем производства составит порядка 12 тыс. тонн экологически чистого газа. Проект будет завершён к 2024 году.

Энергию для получения водорода будет поставлять ветропарк ПАО «Энел Россия», строительство которого началось в 2019 году. В конце сентября 2021 года на стройплощадке будущей ВЭС была смонтирована 20-я ветротурбина.

Кольская ВЭС будет оснащена 57 ветроэнергетическими установками. Мощность каждой из них составит 3,5 МВт. Под ветропарк выделена территория площадью 257 га. Установленная мощность ветряной электростанции – 201 МВт.

По оценкам экспертов, новый энергообъект на базе ВИЭ сможет вырабатывать порядка 750 ГВт*ч в год, предотвращая при этом выброс в атмосферу около 600 тыс. тонн углекислого газа.

Трансформация углекислого газа в топливо

Группа исследователей, связанная с институтами Саудовской Аравии и Великобритании, разработала способ получения реактивного топлива из вещества, где основным ингредиентом выступает углекислый газ.

Изначально ученые хотели сократить количество СО₂ в транспортной отрасли, которая с показателем 12% занимает лидирующие позиции по объему выбросов углекислого газа.

Задача оказалась сложнее, чем ожидалось. Трудности возникли на этапе установки тяжелых батарей внутри самолетов. Поэтому был разработан химический процесс, который можно использовать для производства углеродно-нейтрального реактивного топлива.

Исследователи применили органический метод сжигания, в результате которого углекислый газ в воздухе преобразуется в реактивное топливо и другие продукты. Они использовали металлический катализатор с добавлением калия и марганца вместе с водородом, лимонной кислотой и углекислым газом, нагретыми до 350 °С.

В результате химической реакции в молекулах углекислого газа атомы углерода отделились от атомов кислорода, а затем соединись с атомами водорода, образуя молекулы углеводорода, которые входят в состав жидкого реактивного топлива. Кроме этого, образовались и другие продукты.

В ходе испытаний удалось выяснить, что за 20 часов 38% СО₂, который находился в камере под давлением, превратились в реактивное топливо и другие вещества. Доля реактивного топлива составила 48%.

Эксперты утверждают, что использование такого топлива в самолётах будет углеродно-нейтральным, поскольку при его сжигании выделяется такое же количество углекислого газа, как и при производстве.

В перспективе такие системы можно будет устанавливать на предприятиях, где в ходе производственных процессов выделяется огромное количество СО₂.

В последние годы энергосбережение и энергоэффективность стали всеобщим трендом. Решение крупнейших стран мира, поддержанное развитием новых технологий, применением современных материалов, увеличением доли ВИЭ и использованием других чистых источников энергии доказало свою эффективность и открыло широкие перспективы для дальнейшего продвижения в этом направлении.

Рубрика библиотеки: