Малая энергетика

Важность малой энергетики

По мере развития мировой экономики на арену общепланетарного мирового энергетического рынка всё более весомо и убедительно выходит малая энергетика (МЭ). Объективные причины повсеместно происходящего процесса лежат:

• в желании хозяйствующих субъектов обрести всё большую экономическую самостоятельность и независимость от централизованных систем энергоснабжения;
• в стремлении общества решить проблему одного из главных вызовов современности – обеспечить в ближайшие десятилетия декарбонизацию мировой экономики.

Именно отсюда и вытекает парадигма нахождения путей решения указанных проблем средствами МЭ. Техническими агрегатами и устройствами весьма малых (даже миниатюрных) по сравнению с объектами традиционной энергетики размеров, обещающих к тому же уход от загрязнения атмосферы парниковыми газами и другие экологические блага. Перспектива весьма заманчивая и вполне даже осуществимая, несмотря на все сопровождающие её трудности и сложности.

Средства массовой информации уделяют немало внимания малой энергетике, как одному из средств малого бизнеса.

Определение малой энергетики и её роль в обеспечении энергетической устойчивости

Как такового, общепризнанного термина «малая энергетика» не существует. Опираясь на большой международный опыт, многие авторы подразумевают под этим понятием сегмент энергохозяйства, сформированный на основе генерирующих установок и генерирующих комплексов, часто функционирующий локально – без подключения к централизованным сетям – путём использования традиционных видов топлива или возобновляемых энергетических ресурсов (ВИЭ). Некоторые авторитетные специалисты даже предлагают отойти здесь от чисто количественных позиций.

Однако если всё-таки оперировать цифрами, то согласно установленных в РФ нормативных и законодательных актов, в числе объектов МЭ – электрических станций, делящихся на микроэлектростанции (мощностью до 100 кВт), миниэлектростанции (100 кВт ÷ 1 МВт) и малые электростанции (свыше 1 МВт) имеем:

• электрические станции установленной мощностью до 30 МВт (в некоторых официальных источниках фигурирует цифра до 25 МВт), оснащённые агрегатами мощностью до 10 МВт;
• теплогенерирующие установки (котлы и котельные) производительностью до 20 Гкал на одного человека;
• ГЭС и микро-ГЭС с агрегатами не более 100 кВт установленной мощности;
• АЭС с мощностью энергоблоков: электрической – не свыше 150 МВт, тепловой – не более 500 МВт;
• установки по производству энергии на основе потребления нетрадиционных видов топлива.

Особых противоречий здесь нет. Энергетики и все заинтересованные лица вполне преодолевают их, признавая весьма весомую роль МЭ в деле обеспечения энергетической устойчивости.

В 2011 году ООН была выдвинута инициатива, получившая название «Устойчивая энергетика для всех». Указанная инициатива в качестве средства достижения к 2030 году всеобщей доступности «к надёжным, недорогим, устойчивым и современным источникам энергии» подразумевает удвоение доли ВИЭ (возобновляемых источников энергии), а также удвоение энергетической эффективности в энергетическом балансе мировой экономики. Выполнять её предстоит в условиях постоянного сокращения выбросов парниковых газов с целью достижения к 2050 году углеродной нейтральности – концепции, принятой в 2015 году в рамках Парижских климатических соглашений.

В результате принятой инициативы, следующий 2012 год стал годом устойчивой энергетики для всех

Это и определяет исключительную важность дальнейшего развития малой энергетики, как оптимального средства по претворению указанных целей. Достаточно весомой альтернативы ей на горизонте близлежащих перспектив в области мировой энергетики сегодня не наблюдается. Так как говорить о реальном практическом освоении энергии термоядерного синтеза и энергии ближнего космоса пока ещё не приходится.

Экономические факторы

Для потребителя вплотную не занятого вопросами экономики собственного энергохозяйства не имеет никакого значения: откуда поступает к нему электроэнергия и тепло. Ему даже лучше иметь дело с централизованными системами энергоснабжения, гарантирующими надёжность и бесперебойность поставки всех видов потребляемой энергии. Что и привело к развитию большой районной, региональной энергетики с разветвлённой системой энергоснабжения. Особенно сильно это наблюдалось и наблюдается в местах залежей энергетических ресурсов (угля, торфа, нефти, газа), в местах наличия гидроресурсов (на реках и озёрах) а также там, где были сосредоточены производственные мощности и большое количество населения (в мегаполисах). Ведь чем больше мощностей можно сконцентрировать в одной точке, тем эффективнее будут капиталовложения.

Другое дело, когда хозяйствующий субъект начинает принимать на себя функции предпринимателя (юридического лица) и становится потребителем всё больших объёмов энергии. Или в случаях значительного отдаления от систем централизованного снабжения (локальные населённые пункты, места добычи полезных ископаемых). Вот здесь на помощь ему и приходит МЭ, дающая возможность малыми техническими средствами получить доступ к дешёвой электроэнергии и теплу.

Важность вопросов экономики малой энергетики заставляет специалистов неуклонно повышать свою квалификацию в этой области

Зарождение и развитие малой энергетики

Зарождение и развитие малой энергетики на протяжении веков шло в рамках возникновения и становления энергетики. Практически с самого начала возникновения человеческой цивилизации наши далёкие предки приступили к использованию внутренней тепловой энергии горючих материалов, изыскивая самые оптимальные виды топлива как биологического, так позднее и углеводородного. Они сумели поставить себе на службу силу ветра и энергию движущейся воды. Осваивая земные недра, смогли оценить горючие свойства торфа, угля, горючих сланцев, нефти и природного газа.

Тогда ещё никто не подразделял энергетику на малую и большую. Произошло это значительно позднее – после открытия и освоения электрической энергии, позволившей вырабатывать и передавать на значительные расстояния большие мощности. Основу их генерации составляли и продолжают составлять каменный уголь, нефть, газ, гидроэнергия, чуть позже – атомная энергия. Что и позволило строить крупные электростанции.

Лет 50-60 назад о МЭ рассуждали лишь в теоретическом плане. Но время идёт. Происходящие на планете политические, экономические, научно-технические, глобально-экологические процессы заставили по новому взглянуть на малую энергетику. Начиная со второй половины XX-го века, она начала проявлять себя в новом аспекте. На рынке появились первые солнечные батареи, о создании которых 25 апреля 1954 года публично заявили представители компании «Bell Laboratories».

Первенец солнечной энергетики

В дальнейшем мир потряс нефтяной кризис 1973 года, позднее он испытал чернобыльскую катастрофу, трагедию в Фукусиме. События, что заставили самым серьёзным образом обратить внимание общественности на ветроэнергетику, малую гидроэнергетику, небольшие по мощности локальные генерирующие установки. Этому способствовали достижения научно-технического прогресса, стремление освоить малодоступные территории, а также достижение объектами малой энергетики высокого уровня конкурентоспособности. В силу угрозы глобальной экологической катастрофы планетарного масштаба и ряда других причин мир энергетики вынужден был переключиться на возобновляемые источники энергии.

Революционные изменения в сфере малой энергетики за последние десятилетия

С течением времени процесс всё больше и больше набирает силу. Начиная с 2018 года вводимые новые мощности распределённой генерации, стали превосходить ежегодно вводимые в строй мощности генерации централизованной. Помимо возобновляемых источников энергии (ВИЭ) средства малой энергетики стали включать в себя:

• технологии, что основаны на природном газе (ГПД, ГТУ, ПГУ и ТЭ),
• маломощные атомные станции (АСММ),
• микротурбины,
• газопоршневые установки,
• двигатели Стирлинга,
• роторнопластные двигатели,
• гравитационные, инерционные, химические накопители энергии,
• агрегаты по использованию биотоплива и водорода,
• когенерационные и тригенерационные установки.

Технологии распределённой генерации и малой энергетики

Согласно данным компании SCC Research к 2015 году рынок распределённой генерации (основу которого составляет малая энергетика) достиг 65,8 млрд $. Вполне ожидаемого, что тенденция его постоянного прироста продолжиться и ближайшем будущем. При ежегодном увеличении на 11,9% к 2026 году рынок распределённой генерации вполне может достичь 130,26 млрд $.

ВИЭ: по истечении двух десятилетий XXI века суммарная установленная мощность всех ветрогенераторов достигла 743 ГВт, а солнечных панелей – 760 ГВт.

Отрадно отметить факт поддержки внедрения средств МЭ на государственном и общественном уровне. Так, в нашей стране помимо чисто законодательных основ к 2010 году в городе Челябинске была основана Российская ассоциация малой энергетики (РАМЕ). Структура, объединяющая в сейчас свыше трёх тысяч специалистов и развернувшая сотрудничество с ведущими мировыми организациями энергетической отрасли.

Логотип РАМЕ

Важные моменты, преимущества малой энергетики

Что даёт малая энергетика пользователю?

Экологичность, определяемую потреблением ВИЭ, вторичных ресурсов: бытовых и производственных отходов, биотоплива, водорода.

Эффективность на основе одновременной выработки электроэнергии и тепла (при тригенерации ещё и холода), совмещаемых с эффективной загрузкой генерирующих мощностей, ростом коэффициента использования мощности и сокращением потерь на транспортировку энергии.

Экономичность за счёт отсутствия сетевой составляющей и сбытовых надбавок на отпуск электрической и тепловой энергии, а также за счёт снижения стоимости топливной составляющей.

Автономность, то есть независимость от централизованного энергоснабжения.

О преимуществах малой энергетики уже говорят даже на школьных уроках

Технологии малой энергетики

Наиболее актуальные технологии МЭ основаны:

• на применении сгораемого топлива – бензина, керосина, дизельного топлива, горючих газов, биологического топлива;
• на использовании возобновляемой энергии: энергии ветра, водных потоков, солнечных лучей, внутренней тепловой энергии Земли, ядерной энергии;
• на одновременном совмещении процессов выработки электроэнергии, тепла и холода;
• на выработке электрической энергии посредством проведения химических процессов;
• на аккумулировании с последующей отдачей различных видов и типов энергии – химической, тепловой, электрической, гидравлической, гравитационной, инерционной, биологической.

Помимо этого можно часто наблюдать совместное сочетание разнообразных процессов и технологий, получивших название «гибридных систем».

Перспективы развития новых технологий генерации

Примеры, применение

Наибольшее распространение малая энергетика получает там, где нет доступа к централизованному снабжению тепловой и электрической энергией. Сюда относятся географические места, не обладающие значительными запасами углеводородов, удалённые и труднодоступные территории, локализованные объекты, куда по тем или иным причинам не проведено электричество и тепло. Это – с одной стороны. С другой стороны – сюда можно приплюсовать достаточно перспективные в плане освоения невозобновляемых и возобновляемых природных энергоресурсов места, не обладающие пока высоким уровнем энергопотребления.

Иногда играют роль сложившаяся политическая и экономическая ситуация, заставляющая страны и местности активно прибегать к средствам и возможностям МЭ. Наглядным примером чего может служить Западная Европа, оставшаяся без достаточного количества поступающих из России углеводородов по ряду причин политического характера.

Хотя гораздо больший интерес представляют Исландия и Дания. Первая из них до 1970-х годов производила 75% энергии, сжигая нефть и уголь. Произошедший в те годы арабо-израильский конфликт, что привёл к повышению цен на нефть на 70%, заставил страну активно развивать гидроэнергетику и осваивать геотермальные источники. Последовательно проводимая линия привела к тому, что Исландия обеспечивает свои нужды на 80% за счёт ВИЭ, а доля традиционных углеводородов в энергобалансе страны составляет только 0,5%. При этом она занимает первое место в мире по производству электроэнергии на душу населения.

Исландия – страна чистой и надёжной энергии

Такие же процессы можно наблюдать в Дании, где почти 40% вырабатываемой электроэнергии приходится на долю ветряных турбин. Важным дополнением им на энергетическом поле деятельности служат биогазовые реакторы и перерабатывающие отходы установки, что обеспечивает ещё 4% генерации для 6 млн жителей страны.

Есть другие примеры:

• Португалия. Здесь уже в 2010 году 10 млн человек смогли обеспечить свои электроэнергетические нужды за счёт местных ВИЭ.
• Испания умудряется на одну треть обеспечивать себя энергией за счёт работы тех же возобновляемых источников энергии.

Нечто подобное можно наблюдать и во всех остальных экономически развитых странах мира. США, Канада, страны Европы давно включились в гонку за освоение средств малой энергетики. Постепенно к ним присоединились государства Южной Америки, Африки, арабские страны и страны Юго-Восточной Азии.

Развитие МЭ в России пока что не приняло таких впечатляющих масштабов (сказываются значительные запасы углеводородных ресурсов и глобальная централизация энергетики), хотя процесс – весьма активно поддерживаемый на государственном и общественном уровне – набирает силу. В области малой энергетики перед нашей страной открываются заманчивые перспективы, объясняемые наличием значительного количества возобновляемых энергетических ресурсов и необходимостью дальнейшего освоения Европейского Севера России, Сибири, Дальнего Востока, Заполярья, российской территории Арктики.

Российский сегмент ВИЭ-генерации

Влияние на окружающую среду, уменьшение выбросов парниковых газов

Одним из основных положительных факторов, позволяющих малой энергетике завоёвывать всё более и более уверенные позиции в мировом хозяйстве, является экологичность.

Рассматривая традиционные средства большой энергетики, легко убедиться, что:

• ТЭЦ постоянно сжигают уголь, нефтепродукты (мазут), природный газ, расходуя тем самым невозобновляемые топливные природные ресурсы, сопровождая всё это выбросом парниковых газов в атмосферу.
• ГЭС для собственного сооружения требуют затопления значительных территорий, негативным образом воздействуя на водную среду рек и озёр.
• АЭС представляют значительную угрозу в случае аварий, что очень убедительно продемонстрировали Чернобыль и Фукусима. Кроме того, они создают проблему переработки и утилизации ядерных отходов.
• ЛЭП занимают миллионы гектаров земель, подчас выводя из экономического оборота большие и весьма нужные в хозяйственном отношении площади.
• Процесс перемещения огромных объёмов топлива вызывает отчуждение под автомобильные, железные дороги и трубопроводы значительных территорий и загрязняет близлежащую местность.

Структура вредного влияния топливно-энергетического комплекса на окружающую среду

В то время как средства МЭ, используя возобновляемые ресурсы и нередко, будучи максимально приближены источникам топлива и потребителям энергии, почти полностью лишены всех указанных недостатков.

Роль малой энергетики в развитии социума

Роль малой энергетики в существовании и дальнейшем развитии социума будет только возрастать. Уже сейчас она играет ключевую роль в энергетике ряда стран. А в дальнейшем потребность в ней будет только увеличиваться.

Аргументы здесь очевидны:

1. Глобальный энергетический кризис имеет тенденцию к дальнейшему нарастанию и углублению.
2. Потребление всех видов энергии непрерывно растёт.
3. Ископаемое топливо неуклонно и беспрерывно дорожает.
4. Связанная с глобальным изменением климата ситуация требует принятия срочных и чрезвычайных мер.
5. По мере продвижения научно-технического прогресса открываются всё возможности по созданию наиболее прогрессивных технологий в области МЭ.

Перспективы развития малой энергетики

Дальнейшие перспективы МЭ ясно просматриваются.

К 2019 году энергобаланс более чем 30 стран мира был на 1/5 представлен возобновляемой энергией. В самые ближайшие годы количество таких государств, включая обязательный Европейский союз, должно возрасти до 120. Ещё в 1998 году Исландия была первенцем на путях перехода к 100% возобновляемой энергии (в абсолютном большинстве своём представленной средствами и технологиями МЭ). В 2003 году её инициатива была подхвачена Японией, а в 2011 году – Австралией.

Инвестиции в ВИЭ по странам мира в 2015 году

Практически вся электроэнергия, что потребляют Албания, Исландия и Парагвай – из возобновляемых источников. Примерно такая же ситуация в Норвегии, где 97% электричества поступает за счёт гидроэнергии. Подобных результатов к 2030 году хочет добиться и Великобритания. Французские города Париж и Страсбург планируют полностью удовлетворять свои потребности в энергии за счёт малой энергетики и возобновляемых ресурсов к 2050 году.

На протяжении 2020-2045 годов мировой экономике предстоит израсходовать примерно 8 трлн $ на то, чтобы продлить процесс использования невозобновляемых энергоресурсов. Однако вполне ожидаемо, что проблема в значительной степени будет решена за счёт перехода на ВИЭ. Проводимые и опубликованные на страницах авторитетных изданий исследования свидетельствуют, что при должной государственной поддержке глобальный общемировой переход целиком на возобновляемые источники энергии вполне возможен и осуществим.

А что же в России? В нашей стране малая энергетика не приобрела пока что таких масштабов развития, как во многих других странах мира. Хотя Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. рассматривает вопросы развития МЭ в качестве одного из основных приоритетов. Но на деле, скорее всего, следует ожидать достижения некоего компромисса – «золотой середины», предусматривающей применение малой и большой энергетики с целью покрытия недостатков одной системы за счёт другой.