Оценка финансовой эффективности внедрения альтернативной электроэнергетики в республике Казахстан

Зарубежные оценки прямых социальных затрат, связанных с вредным воздействием тепловых электростанций на здоровье людей и окружающую среду, дают около 75% мировых цен на топливо и энергию. Это своего рода «экологический налог», который платит общество за несовершенство энергетических установок. Поэтому этот налог должен быть включен в стоимость энергии для формирования государственного фонда энергосбережения и создания новых экологически чистых технологий для энергетики. Именно такой «экологический» налог в размере от 10% до 30% стоимости нефти введен в Швеции, Финляндии, Нидерландах и других странах.

Еще одним аргументом в пользу ВИЭ является неэффективность централизации электроснабжения в условиях огромной территории (2,7 млн. кв. км) и низкой плотности населения Казахстана (5,5 чел/кв.км), поскольку это приводит к значительным потерям энергии при ее транспортировке удаленным потребителям [1].

Рисунок 1 - Примерная оценка динамики выбросов парниковых газов в Казахстане (не включая поглощение СО2 лесами)

В свою очередь, использование возобновляемой энергетики может снизить затраты на энергоснабжение удаленных населенных пунктов и строительство линий электропередачи. Преобразование энергии нетрадиционных возобновляемых источников в наиболее пригодные формы ее использования – электричество или тепло – на уровне современных знаний и технологий обходится довольно дорого. Однако во всех случаях их использование приводит к эквивалентному снижению расходов органического топлива и меньшему загрязнению окружающей среды [2].

Сегодня предприятия энергетического сектора Казахстана являются самым крупным источником загрязнения атмосферы. Ежегодно они выбрасывают в атмосферу более миллиона тонн вредных веществ и около 70 млн. тонн двуокиси углерода. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), Казахстан занимал третье место в мире по удельным выбросам парниковых газов по отношению к ВВП (6,11 кг на $1 ВВП). Приблизительная оценка экономического ущерба от загрязнения окружающей среды только угольной энергетикой составляет в Казахстане порядка $3,4 млрд. в год. 

Таблица 1- Сопоставительные эколого-экономические показатели энергетического производства

Таким образом, игнорирование использования альтернативной энергетики и централизация энергоснабжения приводят к нерациональному использованию энергетических ресурсов, снижению экономичности и надежности энергоснабжения, а также наносит ощутимый вред экологии и здоровью людей.

Наиболее перспективными направлениями развития альтернативной энергетики на территории Казахстана являются: гидроэнергетика, ветроэнергетика и солнечная энергетика. Возобновляемые источники энергии в виде воды ветра должны найти самое широкое применение для коммерческого производства электроэнергии. Солнечная энергия может широко использоваться для горячего водоснабжения и в ряде случаев для автономного электроснабжения. Согласно планам правительства Республики Казахстан предлагается установить уровень альтернативных источников энергии в 5 % от общего энергопотребления Казахстана к 2024 году, что создаст благоприятные перспективы решения энергетических, социальных и экологических проблем в будущем [4].

Ветроэнергетика. Казахстан богат ветроэнергетическими ресурсами, так скоростной напор ветра в среднем на высоте 15 м составляет 27-36 м/с. Имеется не менее 10 районов с большим ветропотенциалом со средней скоростью ветра 8-10 м/с.

Технически возможный к использованию ветроэнергетический потенциал Казахстана при использовании традиционных ветроэнергоустановок оценивается в 3 млрд. кВт/ч. Наиболее значительными являются ветроэнергетические ресурсы Джунгарских ворот (17000 кВтч/кв.м.). Из других перспективных районов можно отметить Ерментау (Акмолинская обл.), Форт-Шевченко (побережье Каспийского моря), Курдай (Жамбылская обл.) и некоторые другие. Также велик потенциал применения ветровых установок в местах, удаленных на значительное расстояние от топливных баз и электрических сетей централизованного электроснабжения, поскольку доставка топлива или прокладка линий электропередач достаточно капиталоемкие мероприятия. В настоящее время в РК суммарная мощность ветроэлектрических установок, интегрированных в сеть, составляет 1 МВт (немецкая ВЭУ типа Bonis мощностью 500 кВт на ж/д станции «Достык» в Джунгарских Воротах Алматинской области и две ВЭУ по 250 кВт индийского производства в районе Кентау, Южно-Казахстанская область). Также проектируются более мощные ветровые электростанции в Алматинской и Атырауской областях.

Выбрано пятнадцать из имеющихся 93 перспективных площадок для строительства крупных ветровых электростанций (ВЭС). На восьми из них начато проведение двухлетних измерений скоростей ветра для последующего построения ветрового атласа Казахстана. Он позволит определить ветровой потенциал каждой площадки. Плотность ветрового потенциала в ряде мест РК составляет

10 МВт на квадратный километр. По данным Казахстанского НИИ «Казсельэнергопроект», республика занимает первое место в мире по количеству ветроэнергетических ресурсов на душу населения. В целом анализ природно-климатических условий РК показывает, что только на 2 - 3% территории среднегодовая скорость ветра составляет более 5 м/с. Следовательно, на большей части Казахстана (90 - 95 % территории) невыгодно использование ВЭУ, для которых необходима рабочая скорость ветра 12 - 15 м/с. Для большей части нашей страны (80 - 85 % территории) целесообразно и эффективно использование ВЭУ, у которых производительная работа начиналась бы при скорости ветра 2,5 - 3,0 м/с, а рабочие скорости ветра не превышали 7 - 9 м/с

Высокую потребность в ВЭУ обуславливают следующие причины:

• острейший дефицит и дороговизна электроэнергии, особенно для сельской части общества, составляющей в Казахстане более 60 %;
• большая территория и низкая плотность населения вызывает необходимость создания локальных источников энергии, поскольку зачастую экономически неоправданно строительство линий электропередачи;
• небольшая стоимость, доступная даже мелким фермерским хозяйствам;
• низкая материалоемкость;
• простота и надежность монтажа и демонтажа, эксплуатации и ремонта;
• широкий диапазон используемых скоростей ветра независимо от направления, т.е. ВЭУ будут эксплуатироваться практически круглый год в подавляющем большинстве регионов Казахстана и сопредельных стран;
• универсальность применения энергии (механической и электрической);
• большой выбор недорогих материалов, имеющихся в Казахстане для изготовления.

Казахстан обеспечен инфраструктурой и необходимыми материалами для изготовления ветровых электростанций всего диапазона мощностей, применяемых на практике – от микротурбин, применяемых для систем обслуживания нефтегазопроводов, автомобильных дорог, питания пограничных застав и отдаленных населенных пунктов, до мощных ветроагрегатов, поставляющих электроэнергию в энергосистемы для покрытия существующего дефицита и замещения энергии, вырабатываемой тепловыми электростанциями.

В Казахстане имеются специалисты, обладающие опытом разработки всего комплекса оборудования, которое включают ветроэлектростанции, опытом создания установок и наладки ветроэлектростанций различной мощности.

Таблица 2- Ресурсы ветровой энергии по территории Казахстана 

В Алматинском институте энергетики и связи ведется подготовка инженеров и бакалавров энергетики со специализацией «ветроэнергетика». Энергетические агрегаты с вертикально осевыми ветровыми турбинами по патентам и технической документации РК мощностью от 1 до 20 кВт в разное время изготавливались на предприятиях Казахстана – ТОО «Карат» в г. Капчагае, ТОО «Ветроэнергоинвест» в кооперации с предприятием «Татед» и Алматинским заводом тяжелого машиностроения, Талгарским опытным литейно-механическим заводом. Участвующая в изготовлении ВЭС частная компания АО ПРП «Целинэнергоремонт» в г. Астане, изготовившая ВЭС мощностью 7 и 15 кВт имеет развитую производственную базу, подъездные пути, возможность значительного расширения деятельности.

Все имеющиеся наработки являются существенным фундаментом для создания в Казахстане собственного производства ветроагрегатов всего диапазона мощностей для внутреннего потребления и на экспорт и развития ветроэнергетики Казахстана.

К разработанным в Казахстане ветроэлектростанциям, с использованием вертикально осевых ветровых турбин и с автоматически изменяющейся площадью обметаемой поверхности, особых вентильных генераторов, систем автоматического управления нагрузкой генератора и турбины, проявляют интерес, как уже отмечалось выше, в России, Китае, США, Венгрии, Японии, Южной Кореи, Болгарии, Ирландии, Украине.

Несмотря на весьма значительный потенциал ветровой энергии, в настоящее время на территории Казахстана, отсутствует заметное присутствие ветровой электроэнергетики. Ветровые агрегаты в основном используются в качестве привода насосов для поднятия воды на поверхность для нужд сельского хозяйства.

Солнечная энергетика. Солнечные батареи с использованием солнечных голографических концентраторов отечественного производства существенно могут потеснить, а в перспективе вытеснить другие виды солнечных батарей в силу прорывных конкурентных преимуществ. При этом экспорт возможен в двух вариантах:

• продажа собственно солнечных батарей и продажа солнечных голографических концентраторов или их матриц для производителей солнечных батарей.
• продажа фотоэлементов, получаемых по технологиям, разработанных отечественными учеными. 

Таблица 3-Солнечная освещенность по регионам Казахстана

Гелиоустановки в силу низкой себестоимости могут также выйти на мировой рынок. Все установки, которые в силу своих конкурентных преимуществ, имеют перспективы выхода на мировой рынок, могут успешно применяться и для внутренних нужд.

Гидроэнергетика. Наличие большого потенциала гидроресурсов, позволяющих покрыть дефицит, возникающий на внутреннем рынке, а также имеющий экспортный потенциал, предполагает развитие научно-технических разработок казахстанских ученых в данном направлении. На сегодняшний день ведется работа по разработке новых альтернативных гидроэнергоустановок, которые в силу своих преимуществ смогут составить достойную конкуренцию известным установкам, как на мировом, так и на внутреннем рынке. 

Таблица 4-Распределение малых ГЭС по регионам РК

Наибольшие перспективы в развитии малых ГЭС существуют в Алматинской области, обладающей значительным потенциалом, но при этом импортирующей из других регионов большое количество электроэнергии. При этом Институт «АлматыГИДРОПРОЕКТ» выделил более 15 проектов новых МГЭС, наиболее перспективных к внедрению.

Биоэнергетика. Имеющийся опыт создания биогазовых установок и потенциал для получения биотоплива позволяет считать возможным экспорт установок и широкое применение их для внутренних нужд.

Одним из источников получения биогаза в условиях Казахстана является птицеводство. Для крупных птицеводческих предприятий перспективно получение биогаза с применением анаэробного сбраживания органических отходов в метантанках. С 1 т куриного помета можно получить моторное топливо, эквивалентное 800 литрам бензина. На крупных птицефабриках, при среднем поголовье птицы 600-650 тыс. шт., выход биогаза от сбраживания всего помета может составить до 120 тыс. куб. м в сутки, что вполне достаточно для питания газовой электростанции мощностью свыше 6 МВт или получения моторного топлива, эквивалентного 96 тыс. л бензина.

Наконец, не менее значимым источником получения биогаза является животноводство. Тот факт, что домашние животные (коровы, лошади, овцы, свиньи и другие) плохо усваивают энергию растительных кормов и более половины солнечной энергии, аккумулированной фотосинтезом в этих кормах, используется непроизводительно - уходит в навоз, позволяют рассматривать навоз не только как ценное сырье для производства органических удобрений, но и как мощный возобновляемый источник энергии.

Из 1 тонны сухого вещества навоза в результате анаэробного сбраживания при оптимальных условиях можно получить 350 куб. м биогаза, или в пересчете на одну голову крупного рогатого скота в сутки 2,5 куб. м, а в течение года - примерно 900 куб. м. Рассчитав эквивалент получаемого по данной технологии биогаза к традиционному моторному топливу, можно констатировать достаточно парадоксальный на первый взгляд факт, что одна корова в год, кроме молока, дает еще около 600-700 л бензина.

Подсчеты показывают, что в сельских местах производство биогаза может считаться рентабельным при наличии 20 коров, 200 свиней или 3500 кур.

Тепло Земли. Использование геотермальной энергии и тепловых насосов для внутренних нужд существенно, данные возобновляемые источники позволяют практически в 3 раза снижать затраты тепловой энергии, получаемой традиционным путем. Причем опыт использования, как тепловых насосов, так и попутной тепловой энергии уже имеется. Несомненно, наиболее важным устройством нетрадиционной энергетики и энергоресурсосбережения является тепловой насос, хотя более общим понятием является термотрансформатор, который может работать в различных режимах - теплового насоса, холодильной машины, машины для комбинированного производства тепла и холода.

Несомненно, наибольший интерес привлекают методы прямого преобразования энергии. К ним относятся электрохимические, фотоэлектрические, термоэлектрические, термоэмиссионные и магнитогидродинамические (МГД) преобразователи. Из электрохимических преобразователей сегодня наибольший интерес (и даже бум) вызывают топливные элементы. В топливных элементах происходит прямое преобразование химической энергии в электрическую. В отличие от гальванических элементов здесь имеются расходуемые материалы - топливо и окислитель. Наиболее популярная схема - это применение водорода в качестве топлива, а кислорода в качестве окислителя. При этом единственным продуктом электрохимической реакции является вода, то есть топливный элемент представляет собой совершенно чистый с экологической точки зрения источник энергии. С энергетической точки зрения привлекательность топливных элементов (ТЭ) состоит в максимальном на сегодня коэффициенте полезного действия (то есть коэффициенте преобразования химической энергии в электрическую) - до 50-70%. Однако для того, чтобы химическая реакция протекала с достаточной скоростью, необходимо использовать катализаторы - металлы платиновой группы. Хотя топливные элементы были предложены более полутора веков назад, пока они не получили промышленного применения в связи с дороговизной устройств и стоимости генерируемой электроэнергии, а также в связи с техническими проблемами, решение которых возможно лишь на новом уровне развития техники.

Литература: 

1. Алдияров Т.В. Энергетика Казахстана: ожидания и возможности // Энергетическая политика. Приложение. 2011. 76 с.
2. Берковский Б.М., Пинов А.Б. Всемирная программа по солнечной энергии на 1996-2005 гг. // Возобновляемая энергия. № 2. С. 4-7.
3. http:// energo.gov.kz. Официальный сайт Министерство Энергетики Республики Казахстан. Сопоставительные эколого-экономические показатели энергетического производства.
4. Омаров Н.А. Использование возобновляемых источников энергии в Казахстане // Возобновляемая энергия. № 1. С. 15-20.
5. http://economy.gov.kz/ru/ Официальный сайт МНЭ РК.