Возобновляемые источники энергии в Казахстане: проблемы и перспективы

Возобновляемая, или регенеративная, энергия - энергия из источников, которые по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми, в рамках продолжительности жизни Земли. Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде процессов и предоставлении для технического применения.

Все возобновляемые источники энергии - солнечная энергия, гидроэнергия, биомасса и энергия ветра существуют благодаря деятельности Солнца. Только геотермальная энергия, которая также считается возобновляемой, представляет собой тепло Земли. В отличие от сжигания ископаемых видов топлива производство энергии из возобновляемых источников не наносит существенного вреда окружающей среде. В 2006 году около 18% мирового потребления энергии было удовлетворено из возобновляемых источников энергии, причем 13% из традиционной биомассы, таких как сжигание древесины. Гидроэлектроэнергия является очередным крупнейшим источником возобновляемой энергии, обеспечивая 3% мирового потребления энергии и 15% мировой генерации электроэнергии.

Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год по всему миру с установленной мощностью 196 600 мегаВатт (МВт) в 2010 году и широко используется в странах Европы и США. Производство в фотоэлектрической промышленности достигло 6900 МВт в 2008 году. Солнечные электростанции популярны в Германии и Испании. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт. Крупнейшей в мире геотермальной установкой является установка на гейзерах в Калифорнии, с номинальной мощностью 750 МВт. Бразилия проводит одну из крупнейших программ использования возобновляемых источников энергии в мире, связанную с производством топливного этанола из сахарного тростника. Этиловый спирт в настоящее время покрывает 18% потребности страны в автомобильном топливе. Топливный этанол также широко распространен в США.

Казахстан имеет огромный потенциал возобновляемых источников энергии, в частности, гидроэнергетики и ветровой энергетики. Но, к сожалению, он еще не освоен. В настоящее время возобновляемые источники энергии представляют лишь около 1% в энергетическом балансе Казахстана.

Основной вид энергии, используемый человеком сегодня, получают из ископаемых видов топлива: уголь, нефть, природный газ, торф. Под воздействием высокой температуры и давления процесс образования ископаемых видов топлива продолжается и сегодня, однако скорость их использования намного выше скорости образования. Эти ресурсы могут исчерпаться, поэтому ископаемые виды топлива считаются невозобновляемыми. По оценкам специалистов, при современных темпах открытия новых месторождений и потребления запасов человечеству хватит нефти на 50-60 лет, газа - на 100-150 лет, угля - от 300 до 1000 лет.

Процесс сгорания ископаемых видов топлива оказывает отрицательное воздействие на окружающую среду и является причиной глобального изменения климата.

В последние десятилетия в мире растет беспокойство по поводу того, что увеличивающаяся концентрация парниковых газов в атмосфере изменяет климат, что в свою очередь, негативно отражается на социальных и экономических условиях жизни на Земле. Изменение климата или глобальное потепление ведет к постепенному увеличению средней температуры воздуха на поверхности Земли. Данные научных исследований подтверждают тот факт, что в течение последних 150 лет произошло глобальное потепление. Большинство ученых полагают, что каждые 10 лет температура воздуха поднимается примерно на 0,3 градуса по Цельсию и что это вызвано увеличением в атмосфере концентрации так называемых парниковых газов. Основным компонентом парниковых газов является диоксид углерода (СО₂). Главный источник выбросов СО₂ в атмосферу - тепловые электростанции, автомобили и промышленные предприятия. При сжигании ископаемых видов топлива образуется около 80% общего мирового объема выбросов СО₂ в атмосферу [1].

Другая причина роста количества парниковых газов - глобальная вырубка лесов. Как известно, деревья поглощают диоксид углерода в процессе фотосинтеза. В результате массовой вырубки лесов на земном шаре увеличивается количество СО₂ в атмосфере и уменьшается способность оставшихся лесов поглощать его.

Второй по значению парниковый газ - метан (СН₄). Он является продуктом процесса жизнедеятельности животных, выращивания некоторых сельхозкультур (например, риса), гниения бытовых отходов (свалки), а также попадает в атмосферу в процессе добычи природного газа, который представляет собой практически чистый метан, и попутно высвобождается из пластов при добыче угля.

В атмосфере Земли имеются некоторые газы, которые действуют как «парник», отражая назад тепловые лучи, отражающиеся от поверхности Земли. Как известно, без этого механизма на Земле было бы слишком холодно для поддержания жизни.

В течение более 100 лет поступление парниковых газов в атмосферу, вызванное развитием промышленности, транспорта и энергетического производства, происходило быстрее, чем их удаление из атмосферы с помощью естественных природных процессов.

Научные прогнозы о катастрофических последствиях изменения климата уже начинают сбываться. За прошедший век общая средняя температура на планете увеличилась примерно на 0,5 градуса по Цельсию, а уровень воды повысился примерно на 30 см, из которых 11 см приходится на объемное увеличение воды в океанах при повышении температуры. Подтверждение глобального изменения климата было сделано в 1995 году официально назначенной Межправительственной группой по изменению климата ООН (IРСС), состоящей из более чем 2500 ведущих научных экспертов всего мира. Было выдвинуто заключение о том, что температура на нашей планете в течение XX столетия устойчиво повышалась, концентрация диоксида углерода превысила теоретически предсказанную норму, в результате чего температура на Земле будет повышаться в течение еще 75 лет, даже если бы эмиссия СО₂ будет остановлена [2].

Описанные ниже события соответствуют предположениям ученых относительно последствий глобального потепления. Последние 20 лет стали рекордными по высокой температуре и количеству осадков. Во всем мире тают ледники. С 1900 года площадь ледников в Европейских Альпах уменьшилась почти в два раза. За последние 16 лет в штате Аляска ледник Колумбия отступил более чем на 12 километров из-за увеличения температуры в регионе. Откололась огромная часть шельфового льда Антарктики. Некоторые ученые полагают, что шельфовый лед, размеры которого соответствуют площади штата Коннектикут, может исчезнуть. Все более обычным явлением становятся серьезные наводнения. Инфекционные заболевания перемещаются в новые регионы. Из-за глобального потепления повысился уровень воды, началось подтопление территорий, изменяются климатические зоны. Так, в Японии города Токио и Осака оказались ниже среднемирового уровня океана - площадь затопления превышает 860 км². Все эти явления говорят о воздействии глобального изменения климата на окружающую среду.

Казахстан имеет один из самых высоких в мире показателей выбросов парниковых газов на единицу ВВП. В основе проблемы лежит уголь, доминирующий в энергобалансе страны: на угольные электростанции приходится 45% суммарного объема эмиссии парниковых газов в Казахстане. Предполагается, что к 2012г. объем выбросов парниковых газов в энергетическом секторе достигнет уровня 1990г. (100 миллионов тонн эквивалента СО₂).

Существуют способы сокращения эмиссии парниковых газов, уменьшения кислотных выпадений (дождей), улучшения качества воздуха и решения социальных проблем. Эти способы связаны с современными методами ведения производства и потребления энергии. Смещение инвестирования с ископаемых видов топлива (уголь и нефть) на возобновляемые источники энергии и энергоэффективность позволит более чистым, более устойчивым источникам энергии занять их законное место лидеров на рынке.

Возобновляемая энергия - это внутренний ресурс любой страны. Он имеет потенциал, достаточный для производства, полного или частичного обеспечения страны энергией. Над странами, которые зависят от импорта ископаемого топлива, постоянно висит угроза резкого повышения его стоимости (главным образом, цены на нефть и газ). Это особенно актуально для развивающихся стран, в которых оплата импорта нефти ежегодно увеличивается и уже достигла огромных размеров.

Возобновляемые источники энергии - практически неисчерпаемы и всегда доступны благодаря быстрому распространению и совершенствованию современных технологий. Возобновляемые ресурсы являются общепризнанным способом защиты экономики от ценовых колебаний и уменьшения расходов на защиту окружающей среды. Более того, технологии, основанные на использовании возобновляемых источников энергии, являются экологически чистыми из-за отсутствия выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Их применение практически не вызывает образование парникового эффекта и связанных с ним климатических изменений. Кроме того, использование возобновляемых источников энергии не приводит к образованию радиоактивных отходов. Таким образом, возобновляемые источники энергии соответствуют политике защиты окружающей среды, их использование формирует лучшую окружающую среду и обеспечивает устойчивое развитие.

Будущее человечества в значительной степени зависит от применения технологических инноваций. Возобновляемые источники энергии смогут в течение будущих десятилетий влиять на изменение общества в целом. Согласно прогнозам, в течение следующих десятилетий значение и доля возобновляемых источников энергии в общем процессе производства энергии будет увеличиваться. Эти технологии не только сокращают глобальную эмиссию СО₂, но и придают необходимую гибкость процессу производства энергии, делая его менее зависимым от ограниченных запасов ископаемого топлива и мест их расположения.

По единому мнению экспертов, в течение прошедшего периода времени в качестве возобновляемых источников энергии доминировали гидроэнергетика и биомасса. Однако в XXI веке первенство на энергетическом рынке будет принадлежать ветроэнергетике и фотоэлектрическому преобразованию энергии солнца.

На современном этапе ветроэнергетика является самой быстрорастущей и динамичной отраслью производства электроэнергии. В некоторых регионах уже сегодня ветроэнергетика конкурирует с традиционной энергетикой, основанной на использовании ископаемых видов топлива. Сейчас во всем мире очевиден явный рост интереса к фотоэлектрическим преобразователям, хотя сегодняшняя себестоимость такой энергии в 3-4 раза выше себестоимости традиционной энергетики. Фотоэлектричество особенно привлекательно для удаленных областей, не имеющих связи с электрическими сетями общей энергосистемы. Передовая тонкопленочная технология, применяемая для производства фотоэлектрических элементов, гораздо дешевле кристаллической кремниевой технологии и активно внедряется в крупномасштабное коммерческое производство, хотя и имеет меньший кпд (всего 12-14 % против 18-20 %) [1].

Одним из наиболее перспективных рынков применения возобновляемых источников энергии в ближайшие 20 лет станут развивающиеся страны, испытывающие сегодня нехватку энергии. Для многих стран привлекательным является мобильный характер этих технологий. Установки, работающие на возобновляемые источники энергии, можно разместить близко к пользователям. Кроме того, их монтаж осуществляется быстрее и дешевле по сравнению со строительством больших тепловых электростанций, требующих протяженных линий электропередачи для выдачи мощности в электрические сети.

Возобновляемые источники энергии также пользуются спросом и в промышленно развитых странах. Опрос общественного мнения, проведенный в США, показывает, что большая часть потребителей энергии страны согласна платить больше за экологически чистую энергию, и многие энергетические компании могут им ее предложить. В Европе благодаря сильной общественной поддержке тоже быстро растет рынок возобновляемых источников энергии.

Различные сценарии развития показывают, что доля использования возобновляемых источников энергии к 2015 году будет составлять от 12,5% до 25%. Поставленная цель - 25% - должна быть достигнута за счет установки 1 млн. «солнечных крыш», установленной мощности ветростанций, равной 150000 МВт, и 1000 МВт установленной мощности.

Современная доля возобновляемых источников энергии в производстве энергии, составляющая 10%, включает в себя и большую гидроэнергетику, развитие которой в дальнейшем не планируется из-за негативного воздействия на окружающую среду. Увеличение доли возобновляемых источников энергии должно быть обеспечено также за счет развития энергетического использования биомассы, ветроэнергетики (установленная мощность ветроэлектростанций должна достигнуть 600 ГВт) [3]. Планируется установка 100000000 м² солнечных коллекторов. Общая сумма капиталовложений достигнет 165 миллиардов евро (1997-2015 гг.), будет создано до 900 000 новых рабочих мест, выбросы СО₂ уменьшатся на 402 млн. тонн.

Казахстан обладает благоприятными условиями для использования ресурсов возобновляемой энергии, в особенности ветровой, гидравлической, солнечной и биогазовой [4]. Сегодня ветровые установки применяются для производства электроэнергии. Они не загрязняют окружающую среду. Поскольку ветровая энергия доступна повсюду, ее не надо добывать и транспортировать. На территории Казахстана имеется около 10 районов с большим ветропотенциалом. Сильные и продолжительные бури наблюдаются в холодные периоды года. Наиболее значительны ресурсы Джунгарских ворот. Там могут быть размещены 11000 ветровых энергетических установок. Из других перспективных районов можно отметить Ерментау (Акмолинская обл.), форт-Шевченко (побережье Каспийского моря), Курдай (Жамбылская обл.).

Реки питаются дождями, которые возникают из-за испарения океанов и озер под действием солнечного тепла. Гидропотенциал Казахстана довольно велик, но на сегодня вырабатывается лишь 30%. Существуют, по крайней мере, 480 потенциальных проектов малых гидроэлектростанций. Основные гидроэнергетические ресурсы - река Иртыш с многоводными правобережными притоками: Бухтармой, Убой и Ульбой. На базе этих рек построены основные гидроэлектростанции республики: Бухтарминская, Шульбинская, Семипалатинская. На реке Или построена крупная Капчагайская ГЭС. В настоящее время в Казахстане действует 15 гидроэлектростанций и каскадов. Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов - их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой энергии и отсутствие загрязняющих атмосферу выбросов. Однако опыт эксплуатации ГЭС выявил и отрицательные стороны. Водохранилища влияют на водообмен и самоочищаемость рек. Плотины нарушают условия жизни обитателей вод. Изменение режима стока вод приводит к исчезновению пойменных лугов, задерживание воды плотиной вызывает затопление близлежащих территорий.

Биоэнергия была самой распространенной формой энергии до тех пор, пока человечество не начало использовать гидроэнергию и энергию невозобновляемых источников. Выбросы углекислого газа от сжигания биотоплива не изменяют содержания углекислого газа в атмосфере до тех пор, пока сжигаемое количество не превышает ежегодный прирост биомассы. Это происходит потому, что деревья и растения потребляют углекислый газ для своего роста. Биомасса состоит из растительного вещества, которое накопило свою энергию от солнечной путем фотосинтеза. Биомасса - отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности, отходы целлюлозно-бумажной промышленности, биологические отходы в сельском хозяйстве, сельскохозяйственные технические культуры (рапс), органические бытовые и промышленные отходы, сточные воды. Стабильным источником биомассы в Казахстане являются отходы продуктов животноводства и ботва растений. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Биогазовые технологии - это экологически чистый, безотходный способ переработки, утилизации и обезвреживания разнообразных органических отходов.

Геотермальная энергия - это энергия подземного тепла. Люди издавна знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Мощность извержения даже небольшого вулкана колоссальна. Она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится - нет пока у людей возможностей. Ресурсы, пригодные для промышленного использования, представляют собой отдельные месторождения геотермальной энергии, сконцентрированной на доступной для разработки глубине, имеющие определенные объемы и температуру. Казахстан имеет многочисленные низкотемпературные геотермальные источники. Самым высоким температурным потенциалом обладают два трехкилометровых геотермальных колодца вблизи Жаркента, температура которых составляет примерно 96 градусов Цельсия. Остаточные источники обычно имеют температуру воды ниже 55 градусов Цельсия и сконцентрированы в регионах рек Арысь и Иртыш.

Хотя Казахстан располагает богатым потенциалом возобновляемых источников энергии, он остается практически нереализованным: доля возобновляемой энергии в общем энергетическом балансе страны составляет менее 1%. Поэтому при обсуждении путей снижения энергоемкости экономики и сохранения окружающей среды важное место отводится возобновляемым источникам энергии.

Правительство Республики Казахстан намеревается значительно увеличить долю электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии. В реализуемой сегодня национальной программе по переходу к устойчивому развитию страны (на период 2008-2015 гг.) намечено к 2024 г. увеличить долю возобновляемых источников энергии в топливно-энергетическом балансе страны до 5%.

Особо важная роль отводится ветроэнергетике, поскольку на территории многих регионов Казахстана среднегодовая скорость ветра превышает 5 м/с (достаточно высокий показатель по международным стандартам). По экспертным оценкам, ветроэнергетический потенциал Казахстана составляет 1,8 триллиона киловатт-часов (кВт-час) в год. Однако отсутствие опыта в использовании ветроэнергетики, а также соответствующей нормативно-правовой базы регулирования тарифов на электроэнергию по-прежнему сдерживает развитие этой отрасли.

Закон о возобновляемых источниках энергии был подписан Президентом Республики Казахстан Нурсултаном Назарбаевым 4 июля 2009 года.

Казахстан взял на себя обязательства сократить свои выбросы на 15% по отношению к уровню 1992 года. Эту цель будет трудно достичь только за счет снижения энергоемкости экономики. Таким образом, роль возобновляемых источников энергии в сокращении выбросов парниковых газов будет иметь существенное значение для Казахстана.

При этом, несомненно, что жителям Казахстана необходимо формирование культуры энергопотребления и энергосбережения, а также понимание важности и возможностей использования возобновляемых источников энергии.

С целью развития и пропаганды производства электрической энергии с использованием возобновляемых источников энергии по аналогии с МАГАТЭ ряд стран - учредили в 2009 году Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA). В интересах своих членов Агентство IRENA строит свою деятельность, которая заключается в даче рекомендации правительствам стран-участниц, касающихся:

- составления национальных программ по внедрению технологий использования возобновляемых источников энергии;

- поддержки образования, обучения и распространения информации о возобновляемых источниках энергии;

- организации обучения администраторов, техников и специалистов для малых и средних предприятий;

- совместного создания региональных центров исследования, развития и обмена опытом;

- оценки и переработки информации об используемых технологиях и выработки лучшей практики;

- планирования финансового обеспечения программ по использованию возобновляемых источников энергии;

- сбора данных и составления статистики [5].

В настоящее время членами Агентства IRENA являются 92 страны. Кроме того, подали заявки на членство в этой организации еще 65 стран, в том числе и Казахстан.

Многие страны используют различные механизмы законодательной поддержки возобновляемых источников энергии на рынке энергии. В ряде стран действует система специальных «зеленых» тарифов на покупку электроэнергии распределительными сетями (feed-in tariff). Компании-поставщики, занимающиеся продажей электроэнергии потребителям, по закону обязаны покупать ее у производителей возобновляемой энергии по фиксированным ценам (как правило, более высоким), которые обеспечивают экономическую рентабельность проектов по использованию альтернативных источников энергии. В числе достоинств этого вида регулирования следует отметить простоту, прозрачность и наличие гарантий для инвесторов. В настоящее время такая система поддержки возобновляемых источников энергии применяется в Германии, Испании, Дании и еще примерно в 40 странах. Там, где вводятся «зеленые» сертификаты (или сертификаты возобновляемой энергии), производители и поставщики электроэнергии обязаны подтвердить тот факт, что определенная часть произведенной/приобретенной ими электроэнергии получена с использованием возобновляемых источников энергии. Те, кто выполняют это требование, получают соответствующее количество «зеленых» сертификатов, а компании, не способные выполнить обязательства, покупают их у организаций - производителей возобновляемой энергии. Сертификаты подтверждают источник происхождения электроэнергии и позволяют наладить систему учета производства и потребления «экологически чистой» энергии. Рыночная стоимость сертификатов изменяется в зависимости от объемов спроса и предложения на рынке возобновляемой электроэнергии. Спрос во многом зависит от проводимой государством политики в области поддержки возобновляемых источников энергии, а предложение - преимущественно от рентабельности используемых альтернативных технологий. Система сертификации сложнее в управлении, чем тарифная, а производители и поставщики «зеленой» энергии зависят от колебаний цен на сертификаты. Однако подобные системы применяются в Польше, Швеции, Великобритании и США.

Введение системы повышенных «зеленых» тарифов в Казахстане привело бы к резкому удорожанию электроэнергии для потребителей в тех регионах, где относительно большой объем энергии производится с помощью ветрогенераторов (или иных возобновляемых технологий). Учитывая большую территорию и низкую плотность населения, передача «зеленой» электроэнергии в другие регионы экономически нецелесообразна, а это значит, что повышенные издержки ветроэнергетики лягут на плечи лишь одной группы потребителей. Кроме того, потребовалось бы изменить действующий механизм рыночного регулирования стоимости электроэнергии. Поэтому предпочтительнее представляется система сертификатов возобновляемой энергии, которая позволила бы распределить дополнительные затраты на поддержку альтернативной энергетики среди всех потребителей и, тем самым, избежать значительного повышения цен на электричество.

Если этот механизм заработает в Казахстане, то его можно будет распространять и в других местах, особенно в соседних странах СНГ, которые имеют схожие климатические условия.

возобновляемый энергия альтернативный затраты

Список литературы

1. Искаков Н. Возобновляемые источники энергии и энергосбережение. Астана, 2008. 354 с.

2. Дукенбаев К. Энергетика Казахстана. Технический аспект. Алматы, 2001. 312 с.

3. Тодорова Н. «Энергия... из мусорной кучи?» // Газета «Казахстанская правда». № 192 от 16 августа 2001 г.

Размещено на Allbest.ru