Распоряжением правительства РФ от 28.08.2003 № 1234-р утверждена «Энергетическая стратегия России до 2020 года», где одним из приоритетных направлений в энергетике является освоение ВИЭ. При этом необходимо отметить, что важность использования ВИЭ в РФ обусловлена как необходимостью диверсификации доступных источников топлива, так и стоящими перед Россией задачами в области охраны окружающей среды.
Интенсивное освоение ВИЭ в России сдерживается, как правило, финансовыми барьерами: нехваткой внутреннего и зарубежного инвестиционного капитала, отсутствием долговременных кредитов на разумных условиях и т.д. На разработку и использование ВИЭ возможно привлечение инвестиций, в частности Глобального экологического фонда (ГЭФ), «углеродных кредитов» на создание установок по использованию ВИЭ в соответствии с Киотским протоколом.
Оценка различных источников энергии
Оценить различные источники энергии можно по следующим критериям:
– экологическому. В основе его лежит изучение показателей воздействия данного источника энергии на окружающую среду (ОС) и человека при производстве топлива, его транспортировке, хранении и использовании. Следует оценить, какие выбросы и отходы у того или иного вида топлива и каково их влияние на человека и ОС, и главное – как обезопаситься от них. Наиболее часто критерием для этого используют наносимый биосфере суммарный ущерб. В качестве экологического критерия можно использовать количество нежелательных выбросов золы и углеводородов в % (массовая доля);
– экономическому. В основе его лежит финансовая информация: о средствах, затрачиваемых на производство, хранение и транспортировку получаемого топлива (удельные затраты);
– технологическому. Этот показатель связан с оценкой доступности по стоимости, простоты в обращении, безопасности технологии производства, хранения, транспортировки и использования того или иного вида топлива. В качестве технологических критериев можно использовать: плотность энергетических потоков; стабильность их во времени; затраты на оборудование, обеспечивающее сбор, аккумулирование и преобразование энергии;
– прогнозному. Это комплексный критерий, показывающий, есть ли у данного вида топлива перспективы развития и насколько это экономически выгодно. Прогнозы относительно традиционных источников энергии неутешительны. Главная проблема заключается в их исчерпаемости и в невозобновляемости большинства энергоресурсов. Большая часть месторождений заканчивается, приходится разрабатывать менее богатые месторождения, а для этого тратятся очень большие средства. В связи с этим в ближайшем будущем использование традиционных энергоресурсов станет более дорогим, а следовательно, экономически невыгодным, а достоинства ВИЭ при этом будут выглядеть все более заметными.
Уже сейчас многие страны начинают уделять все больше внимания альтернативным источникам энергии. Все большее значение в энергетическом балансе будет занимать биотопливо, его производство не так опасно по сравнению с традиционными видами топлива, не так сложно, как производство водорода, и не так сильно зависит от природных факторов (по сравнению с ветровой или приливно-отливной энергетикой). Хранение и транспортировка биотоплива не требует больших технологических изменений, его использование не связано с вмешательством в технологические системы автомобилей, а с развитием технологий оно станет еще более доступным и, следовательно, экономически более выгодным по сравнению с традиционными источниками энергии.
Согласно прогнозам к 2010 году производство биоэнергии в странах Европейского союза должно возрасти по сравнению с 1997 годом почти вдвое, а доля ее, получаемая на ветроустановках и солнечных электростанциях, увеличится почти в 6 раз (см. таблицу).
Рассмотрим возможности применения биомассы для получения, в частности, моторных топлив. Топлива, получаемые из растительного сырья, могут быть следующими: биоэтанол; биометанол; биодиметиловый эфир (ДМЭ); биогаз; биодизельное топливо; растительные масла; биоводород.
В большинстве промышленно развитых стран действуют государственные программы по внедрению биотоплив. В США в 2003 году принят закон об энергетике, стимулирующий использование биотоплив. В Европе принята Директива 2003/30 Евросоюза, согласно которой рекомендуется применять биотоплива: в чистом виде (биодизельное топливо, биоэтанол), в виде смесей или добавок с нефтяными топливами (этилтретбутиловый эфир – ЭТБЭ). К 2011 году должно быть заменено 5,75% нефтяных топлив биотопливами.
Ежегодное использование энергии биомассы в России технически возможно до следующих параметров: 800 млн. т при переработке древесной биомассы; 320 млн. т (по сухому веществу) при использовании органических отходов (в том числе от сельскохозяйственного производства – 250 млн. т, от лесной и деревообрабатывающей промышленности – 70 млн. т, 60 млн. т твердых бытовых отходов городов, 10 млн. т осадков от коммунальных стоков).
Для использования сухой биомассы наиболее эффективны термохимические технологии. Для влажной биомассы – биохимические технологии переработки с получением биогаза или жидких биотоплив.
Производство биотоплива
Производство синтетических жидких топлив возможно из газов, получаемых при газификации биомассы, из промышленных и бытовых отходов (при газификации отходов за счет применения химических методов очистки исключаются вредные выбросы, получается чистое топливо). В качестве дизельного топлива можно использовать рапсовое масло (в последние годы это топливо, называемое «биодизель», широко применяется в странах Европы, в Украине оно используется в общественном транспорте в некоторых городах).
Биодизельное топливо – продукт этерификации растительных масел и представляет собой смесь метиловых и этиловых эфиров жирных кислот. Оно может использоваться как топливо в чистом виде либо как смесь с обычным дизельным топливом в любых пропорциях. Сырьем для биодизельного топлива служат растительные масла, метанол или этанол.
Источником метанола, получаемого из биомассы, могут быть: отходы деревообрабатывающих предприятий (опилки, кора); побочные продукты сельскохозяйственного производства (рисовая шелуха, кукурузный силос и др.); городская биомасса (ветви деревьев, городские стоки); промышленные отходы (деревянные поддоны, списанные железнодорожные спальные вагоны).
Перспективным видом топлива для дизельных двигателей является диметиловый эфир, поскольку он: не содержит ароматических углеводородов и серы; характеризуется полнотой сгорания; имеет высокое цетановое число 55–60; не имеет сажи и оксидов азота в выхлопных газах; не требует изменений в конструкции дизельного двигателя (необходима лишь незначительная модернизация системы подачи топлива); обеспечивает хороший старт холодного двигателя; имеет более выгодные условия производства по сравнению с дизельным топливом; имеет пониженную по сравнению с дизтопливом теплотворную способность, что частично искупается большей экономичностью двигателя и отсутствием затрат на очистку выхлопа.
Достоинствами метанола по сравнению с бензином и другими видами топлив являются: высокое октановое число 108; более высокие скорости сгорания смесей; высокая теплота сгорания топливовоздушной смеси (выше на 3–5%) по сравнению с другими видами топлива.
Среди недостатков метанола следует отметить: меньшую теплоту сгорания (в 2,2 раза меньше); более высокую скрытую теплоту испарения; низкую упругость паров и температуру кипения; повышенную гигроскопичность и коррозионную активность к металлам и пластмассам; высокую токсичность выхлопных газов (пары в 2 раза токсичнее, что вызывает сильные отравления, слепоту, в некоторых случаях летальный исход).
Добавка спиртовых смесей к бензину может уменьшить выбросы токсичных компонентов в отработанных газах в пределах 10–15%, а в Москве, где сегодня уже 4,5 млн. автомобилей, такое мероприятие позволит сократить выбросы до 7–10%. Поскольку у этих смесей более низкая фотохимическая реактивность, то уменьшение выбросов составит 15–17%. Полученные результаты хорошо согласуются с данными испытательного центра Московского нефтеперерабатывающего завода, согласно которым добавление диметилэтиловых добавок в дизельное топливо в размере до 15% позволит получить топливо, отвечающее стандартам Евро-3. Экономия от снижения экологического ущерба при использовании топлива со сниженной агрессивностью (в расчете на тонну) составит 64 тыс. руб. для бензина, 120 тыс. руб. для летнего и 170 тыс. руб. для зимнего дизельного топлива (в ценах 2009 года).
Таким образом, оценка традиционных и альтернативных ресурсов для получения топлива позволяет сделать вывод о перспективности использования энергии биомассы. Использование метанола и диметилэтиловых добавок к топливу позволит снизить общие выбросы в атмосферу до 17%.
Фактические и прогнозируемые доли объема использования ВИЭ в странах ЕС |
||
Виды ВИЭ |
1997 г. (факт) |
2010 г. (прогноз) |
Энергия биомассы |
63,69% |
71% |
Гидроэнергия |
30,98% |
17% |
Геотермальная энергия |
3,42% |
3% |
Энергия ветра |
0,73% |
4% |
Солнечная энергия |
0,32% |
2% |
Другое |
0,86% |
3% |
Итого |
100% |
100% |
Источник: таблица предоставлена авторами |