2.1.Методология исследований и критерии выбора технологий АЛЬТЕРНАТИВНОЙ энергетики

Все существующие критерии оценки пригодности тех или иных не­традиционных преобразователей энергии (НПЭ) в качестве основы для альтернативных энерготехнологий можно подразделить на три группы: 1) качественные; 2) количественные; 3) технологические.

Количественные критерии: стоимость электроэнергии и установ­ленной мощности; эффективность (в качестве этого показателя могут быть использованы коэффициент полезного действия (КПД), коэффици­ент преобразования, количество вырабатываемой мощности на единицу площади или массы и т.п.); период окупаемости затрат на создание объ-

екта; рентабельность; срок службы (рассчитанный срок эксплуатации) и ДР-

Технологические критерии: материалоёмкость; энергоёмкость; кон­структивная и технологическая сложность (возможность серийной про­мышленной осуществимости); унифицированность производства; эко­логическая безвредность производства и др.

В связи со значительным количеством критериев задача выбора из •' всего многообразия НПЭ преобразователей, действительно пригодных в

качестве альтернативных для широкомасштабного использования, су­щественно усложняется из-за отсутствия интегральных критериев, а также неопределённости, связанной с использованием «качественного» сравнения. Следует подчеркнуть, что в отечественной нетрадиционной энергетике, к сожалению, такие критерии не определены в силу того, что основной её стратегией является развитие так называемой малой энергетики (локальное использование установок с НВИЭ, ограниченных по используемой мощности величиной в 30 МВт) [16]. В 1980-е - начале 1990-х гг.

* решение острейших проблем энергетики. Отсюда и полная путаница в

определении приоритетов развития НПЭ, и колоссальное отставание (в десятки раз) в области освоения НПЭ от развитых стран. Правда, здесь есть и своя позитивная сторона: развитие нетрадиционной энергетики за рубежом, хотя и более бурными темпами, чем у нас, пошло по пути соз­дания множества проектов, которые впоследствии были признаны оши­бочными, нерентабельными и даже тупиковыми. Так было с солнечны-

ft'

ми электростанциями (СЭС) башенного типа: с центральными приемни­ками - парогенераторами и множеством зеркал.

Следует сказать, что вопреки расхожему мнению, далеко не все ши­роко используемые в мире НПЭ экологичны и безопасны. Так, например, ставшие традиционными в ветроэнергетике горизонтально-осевые ветро­установки - один из экологически опасных НПЭ: главным фактором, вредным для биологических объектов, является акустическое поле широ­кого диапазона частот, в том числе биологически активных (диапазон до 50 Гц), длительное воздействие которых угнетает все живые организмы¹. При длительном воздействии ветроустановок проявляется аккумули­рующий негативный эффект, пропорциональный мощности и обратно пропорциональный удалению ветроустановки. Поэтому согласно законо­дательству, принятому в большинстве стран Европы, определены нормы: допустимый уровень шума от ветроустановки (ВУ) и минимальное рас­стояние ВУ от жилья (300 м), дорог (75 м), других объектов [17]. Оче­видно, что аналогичное законодательство должно быть введено и в Рос­сии, так как число изготовленных традиционных ВУ составляет уже де­сятки тысяч. В то же время, поскольку ВУ нельзя устанавливать ближе 300 м от жилья, то целесообразность применения широко рекламируемых лопастных ВУ малой мощности (до 10 кВт) вообще под сомнением, ибо требует отчуждения (или аренды) значительной территории, размещения

Ф линии передачи электроэнергии, что связано не только со значительными

финансовыми, но и с электрическими потерями.

В связи с этим требуется существенное изменение отраслевой стра­тегии производства ветроустановок, разработка практически бесшум­ных ВУ нового типа (см. подробнее в следующих разделах).

' Епохович А.С. Справочник по физике и технике. М.: Просвещение, 1989. 225 с.

Другим примером может служить использование геотермальной энергии: извлечённая из скважин неочищенная термальная вода слива­ется в реки и другие водоёмы. Если учесть, что эта вода может содер­жать вещества и первой, и второй групп опасности (ртуть, мышьяк, уран и др.), то ясно, какой урон окружающей среде она наносит. Кроме того, при таком использовании месторождение геотермальной воды (в сква­жине) быстро исчерпывается (источник становится невозобновляемым),

•' а все трубы, радиаторы и прочая арматура забиваются осадками и по­

степенно приходят в негодность. Это — одна из причин неразвитости в России геотермальной энергетики. В то же время совершенно очевидно, что для преобразования энергии нет необходимости извлечения тер­мальной воды: достаточно использовать теплообменник, через который пропустить дополнительный теплоноситель (см. подробнее в следую­щих разделах). Главное, в этом случае геотермальная вода становится

* возобновляемым источником энергии, причём экологически безопасным,

а скважина может работать веками [15].

Возможен и другой вариант: извлекаемую и использованную тер­мальную воду закачивают обратно в пласт, соблюдая повышенные тре­бования к защите от коррозии и засорения всего используемого обору­дования.

Примером создания экологически опасного и высокозатратного энергетического источника может служить производство фотоэлектри­ческих преобразователей (солнечных батарей). То же относится к про­изводству большинства химических источников тока: аккумуляторов, химических генераторов, батарей.

Из приведённых примеров можно сделать простые выводы: 1) критерию экологичности может отвечать только тот вид НПЭ, кото­рый не наносит вреда человеку и другим живым организмам — как в

процессе его эксплуатации, так и в процессе его производства; 2) некоторые из наиболее распространенных сегодня НПЭ не удовле­творяют требованию критерия экологичности.

Эффективность НПЭ обусловлена стабильностью и непрерывно­стью режима их работы, которые определяются количеством часов ра­боты преобразователя в году, что напрямую связано с зависимостью времени работы НПЭ от постоянства преобразуемого источника энер-

& гии. Так, солнечные батареи могут работать без аккумуляторных бата­

рей (АБ) 2 500-4 000 ч, а традиционные ветроустановки - 3 000-5 000 ч, что составляет всего 30-60% времени в году. Необходимость аккумуля­торной системы многократно повышает стоимостные показатели НПЭ, делая его нерентабельным. Наличие аккумуляторов существенно сказы­вается на надежности всей системы и приводит к сокращению срока ее службы. Все количественные критерии тем или иным образом отража­ются на основных экономических показателях НПЭ: стоимости единицы электрической энергии (киловатт-часа - кВт ч) и стоимости единицы ус­тановленной мощности (ватта или киловатта — Вт, кВт). Причем первый показатель является главным, определяющим, так как показывает себе­стоимость производимого товара - электроэнергии. В силу известных причин в качестве денежного эквивалента при анализе и сравнении раз­личных энерготехнологий удобнее использовать доллар (США). При tr сравнении НПЭ с традиционными преобразователями энергии надо

помнить, что удельная стоимость установленной мощности не имеет столь решающего значения (в определённых пределах), так как срок окупаемости затрат на освоение НПЭ существенно меньше (при равных других величинах), благодаря отсутствию затрат на топливо и транс­порт. Себестоимость установленной мощности (и энергии) снижается

экспоненциально с увеличением установленной мощности электростан­ции (рис. 3) [64].

Рис. 3. Усреднённая зависимость стоимости 1 кВт установленной мощности от величины последней для ветроустановки

Следовательно, выгоднее строить альтернативные электростанции большой мощности (десятки и сотни мегаватт), тогда они реально будут конкурировать с традиционными ЭС. Это - один из очевидных доводов в пользу «большой», полномасштабной альтернативной энергетики.

НПЭ сравнивают по производимой ими экономии (замещению) ус­ловного топлива; тонна условного топлива - это 8140 кВт-ч (тепловой) энергии [30], однако в электроэнергетике часто используют другое зна­чение т у.т. - 3 260 кВт-ч (для средних значений эффективности ЭС). Эта величина особенно важна при расчете срока окупаемости. Необхо­димо также подчеркнуть (во избежание встречающегося заблуждения), что при сравнении разных НПЭ часто к.п.д. преобразователя имеет вто­ростепенное значение (главное, как уже говорилось, - экономичность), однако в рамках одной технологии величина к.п.д. существенна, так как

определяет материалоемкость, размеры занимаемой территории, габари­ты и т.д., что в конечном счете может оказаться решающим.

Следует отметить, что проводимые технико-экономические обос­нования проектов НПЭ, как правило, не содержат экономической оцен­ки всего экологического вреда, наносимого отдельной традиционной электростанцией, эквивалентной по мощности. В то же время такая оценка могла бы внести существенные коррективы в размеры себестои­мости энергии традиционной ЭС, что решающим образом отразилось бы на конкурентоспособности НПЭ. Как уже говорилось в гл. 1, одна рабо­тающая на угле ЭС мощностью 1 000 Вт создает убыток в 12 млн дол. из-за коррозии различных материалов. Если сюда добавить еще эколо­гический налог, который сегодня в Европе составляет в среднем 10 дол. за 1 т выброшенного в атмосферу углекислого газа, то себестоимость энергии традиционных ЭС возрастёт на 20-30%. Если такой налог вве­сти в России, то это приведёт к банкротству большинства топливных ЭС или к существенному повышению тарифа на энергию.

К сожалению, сегодня не существует методик расчета стоимости энергии, учитывающих потери от заболеваемости, смертности, сниже­ния урожайности агрокультур, появления мутантов среди различных ор­ганизмов на Земле вследствие эксплуатации традиционной энергетики (расчёт этот пока невозможен из-за отсутствия полных достоверных статистических данных). Тем не менее все названные факторы говорят о том, что любой из традиционных видов энергопреобразователей не вы­держит конкуренции ни с одним из альтернативных (АПЭ). Таким обра­зом, экологические факторы начинают существенно влиять на экономи­ческие параметры анализируемых ЭС. Для того чтобы в нашей стране начались позитивные изменения в этом вопросе, необходимо принятие

специального экологического законодательства (аналогичного законо­дательствам зарубежных стран) на федеральном уровне.

Можно сформулировать требования к качественным характеристи­кам модели «идеального» альтернативного преобразователя энергии (ИАПЭ): максимальная экологичность, безопасность, экономичность, стабильность, долговечность, эффективность, технологичность, эколо­гически безвредное производство, независимость (или минимальная за­

*' висимость) от погодных условий, времени суток и года. Можно еще до­

бавить: с качеством электроэнергии, соответствующим стандартам. Ко­личественные критерии ИАПЭ: в общем случае, стоимость 1 Вт уста­новленной мощности и стоимость 1 кВт-ч электроэнергии не выше, чем для традиционных ЭС в конкретном регионе (с учётом экологических факторов допускается превышение стоимости указанных показателей для ТЭС на 30-60%). Для автономных установок стоимостные критерии базируются на таковых для дизельных энергоустановок в конкретном регионе; срок службы - не менее 30 лет (как в среднем для ТЭС и АЭС); срок окупаемости - не более 7 лет (как по нормативам для ЭС); эконо­мия топлива — не менее 0,8-1 т у.т/год на 1 кВт установленной мощно­сти; максимальная длительность работы в году (без аккумуляторных ба­тарей): число часов работы без электроаккумуляторов - не менее 80%, т.е. более 7 000 ч/год.

< Как качественные, так и количественные критерии выбора АПЭ

должны учитывать всё многообразие «эталонных» экономических, эко­логических и технических параметров энерготехнологий. Для повыше­ния объективности выбора необходимо и качественные критерии опре­делить в количественном выражении. К сожалению, до сего времени не были определены интегральные критерии, обеспечивающие такой вы­бор. Следующий раздел посвящён определению интегральных критери-

ев, позволяющих построить модель оптимального альтернативного пре­образователя по совокупности эколого-экономических и технологиче­ских факторов, что обеспечит возможность объективного выбора при­оритетных будущих альтернативных энерготехнологий. Важность пра­вильности такого выбора определена тем, что при прогнозировании дол­госрочного развития энергетической отрасли любые ошибки в форми­ровании структуры стратегических программ могут привести к огром­ным материальным потерям в будущем, что неизбежно негативно отра­зится на всех сферах экономики.