18.12.2017
 Технологии энергосбережения в странах ЕС

Технологии на основе возобновляемых источников энергии в странах ЕС: вчера,  сегодня, завтра.

Чрезвычайно важным представляется расширение международного сотрудни­чества в области развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в частно­сти, между странами, достигшими наибольших успехов в их освоении и внедрении.

     Это сотрудничество может стать весьма выгодным для обеих сторон: одни получают ноу-хау, технологии и оборудование, позволяющие заменить традиционное органическое топливо, другие - новые рынки сбыта, стимулируя тем самым производителей оборудования и технологий, использующих ВИЭ. Результатом расши­рения масштабов внедрения ВИЭ станет улучшение глобальной экологической обстановки на планете. В статье дается обзор состояния и перспективы развития сектора ВИЭ в странах Европейского Союза, в которых предпринимаются серьез­ные усилия по их использованию.

     Доля возобновляемых источ­ников энергии в мировом энергопотреблении связана с общими тенденциями в потреблении и энергосбереже­нии. Прогресс в секторе ВИЭ нивелируется растущим потреб­лением энергии. Несмотря на ежегодные 3 % роста в этой обла­сти, доля ВИЭ в энергопотребле­нии ЕС по-прежнему остается на уровне 6 %. Таким образом, успе­хи в энергоснабжении во многом зависят от реализации политики рационализации энергопотреб­ления.В перспективе доля ВИЭ в абсолютном выражении, безус­ловно, будет расти. Однако про­порции различных ВИЭ (в про­центном соотношении) в энерго­балансе зависят в значительной степени от интеграции их в цен­трализованные энергосети и от их конкурентоспособности при децентрализованном энерго­снабжении.

     Согласно данным Евростат, с учетом текущего состояния рынка и мощной политической поддержки, ожидается, что совокупный вклад возобновляемой энергии в производство первич­ной энергии в Европе к 2020 году достигнет 21 % (таблица). Прог­нозы отрасли возобновляемой энергии основаны на консервативном сценарии ежегодного роста для различных технологий. Для достижения поставленных целей необходимы усиленные меры по энергосбережению, которые позволят стабилизиро­вать энергопотребление в 2010-2020 годы.При таком подходе, возобнов­ляемая энергия сможет удовлет­ворить энергетические потреб­ности Европейского Союза более чем на четверть к 2020 году, что существенно снизит зависимость от импорта, создаст более 2 млн. новых рабочих мест и уменьшит выбросы парниковых газов не менее чем на 15 % в сравнении с уровнем 1990 года.

Рассмотрим подробнее сло­жившуюся в Европе ситуацию и перспективы развития, намечен­ные к 2020 году, технологий ВИЭ по отдельно-взятым основным направлениям получения энергии:

- геотермальные источники;

- энергия биомассы;

- солнечное теплоснабжение;

- фотоэлектричество;

- малая гидроэнергетика;

- ветроэнергетика. 

Развитие технологий с использованием энергии геотермальных источников

     В некоторых регионах Европы геотермальные электростанции уже вносят значительный вклад в обеспечение экологически чистой и рациональной электроэнер­гией, используя существующие технологии с применением пара и водоемов с горячей водой. В основном так делают в Италии, на Азорских островах и других островах вулканического проис­хождения в Европе, включая Исландию. В Исландии геотер­мальная энергия должна стать одним из основных источников, на которых будет полностью основываться снабжение возоб­новляемой энергией. Огромные, еще неосвоенные резервуары существуют в Юго-восточной Европе, Турции, и они в дальнейшем, внесут свой вклад в виде экологически чистой энергии.

     Технологические разработки последних лет открыли новые виды к использованию тепла, содержащегося в недрах нашей планеты. Отличные результаты, показанные учеными, работающими над европейскими иссле­довательскими проектами, только усиливают ожидание того, что электроэнергия вскоре будет производиться из геотермальной энергии по всей Европе на экономически и экологически приемлемыx условиях, и не только в регионах, характеризирующихся высокой температурой почвы. Инновационные электростан­ции позволяют производить электричество, используя термальные воды низких температур. Большим преимуществом геотермальной энергии является ее доступность днем и ночью в любое время года. При использо­вании геотермального электри­чества может также вырабатываться водород, используемый в каче­стве вторичного энергоносителя для автомобильных двигателей или в топливных элементах. Теплоснабжение за счет гео­термальной энергии в Европе в основном осуществляется посредством использования горячей воды из глубоких водоносных слоев, например, для центрально­го отопления или большого коли­чества геотермальных заводов от маленького до среднего размера, использующих неглубокие слои геотермальных вод. Неглубокие геотермальные слои также позво­ляют использовать тепло солнеч­ной радиации для отопления: ­солнечная энергия, накопленная в летнее время, хранится под зем­лей до ее использования в зимний период, а также предоставляют многие другие возможности дол­госрочного хранения тепловой энергии.

     Для достижения этих целей, помимо экономических стиму­лов, геотермальному сектору необходимы исследования и тех­ническое развитие. Развитие тех­нологий ожидается как в области электроснабжения, так и теплос­набжения, и оно будет направле­но на увеличение используемого геотермального потенциала, на улучшение эффективности гео­термальных станций и уменьше­ние затрат на их строительство и эксплуатацию.В отрасли геотермальной электроэнергетики основные новые разработки направлены на:

-  улучшение производитель­ности геотермальных электро­станций по преобразованию энергии, адаптированной к тем­пературам локальных резервуа­ров, для стандартных турбин, а также на использование новей­ших технологий производства электроэнергии;

-   успешную демонстрацию технологии увеличения размеров существующего геотермального резервуара в ключевых местах, таких как Суль-су-Форе(Франция), и распространение данной технологии на других территориях и в других регионах;

-  повышение общей произво­дительности геотермальных теп­лоэлектростанций;

-  улучшение методов развед­ки резервуаров, монтажных тех­нологий и компонентов системы(насосов, труб, турбин и т. д.).

В будущем развитие отрасли геотермального теплоснабжения и охлаждения непременно приве­дет к:

-   повышению эффективности оценки потенциальных террито­рий (включая географические информационные системы(ГИС-системы), установке сис­тем, использующих неглубокие пласты, и распространению успешного опыта некоторых стран на весь Европейский Союз; 

-  дальнейшему увеличению производительности тепловых насосов на источниках, оптимизированному понятию систем, при­менению передовых систем управления, улучшенных компо­нентов и материалов (компрессо­ров, рефрижераторов, труб и т. д.);

-  сооружению отопительных сетей для новых районов и опти­мизации существующих отопи­тельных сетей и установок, осо­бенно в Восточной, Юго-Восточ­ной Европе и Турции;-  более активному примене­нию геотермальной энергии и инновационным концепциям гео­термальной энергии в сельском хозяйстве, аквакультуре, промыш­ленных процессах сушки и т. д.

-  демонстрации новых приме­нений энергии, таких как, напри­мер, предотвращение обледене­ния и растапливание снега на дорогах, взлетно-посадочных полосах в аэропортах и т. д., отчистка морской воды от соли и геотермальное абсорбционное охлаждение.Также первостепенным явля­ется нетехнологическое разви­тие, сочетающее административную и правовую определен­ность, создание соответствую­щей инфраструктуры в виде машин и квалифицированного труда, информирование населе­ния и т. д.  

Развитие технологий на основе биомассы

     Биотопливо - это постоянно возобновляемый источник энер­гии, который может обеспечить использование энергии для холо­до- и теплоснабжения, производ­ства электричества, а также в транспортном секторе. Топливо, созданное на основе биомассы, можно легко хранить и использо­вать для удовлетворения пиковой и базовой энергетической потреб­ности.

     Биологическое топливо, аналогично традиционному, быва­ет твердым, жидким или газооб­разным, поэтому может непосред­ственно заменить ископаемое топ­ливо полностью или частично, т. е. смешиваться с традиционным в различных процентных отношени­ях. В последнем случае чаще всего даже не требуется модернизация оборудования. Развитие технологий на осно­ве биомассы вносит вклад в наи­более важные составляющие государственной и региональной экономики, благодаря чему наблюдается рост трудовой заня­тости населения и величины заработной платы; замещение импорта традиционного топлива с прямым и косвенным эффектом на ВВП и изменение торгового баланса; обеспечение безопас­ности энергоснабжения. Сопут­ствующими аспектами такого развития становится поддержка традиционных отраслей промышленности, диверсификация сель­ских районов и экономическое развитие сельскохозяйственных обществ. Получение энергии из биомассы, помимо вышесказан­ного, позволяет обеспечивать надежность энергопоставок на местном или государственном уровне, что важно для развития новых отраслей промышлен­ности. Различными видами топлива на основе биомассы можно тор­говать на внутреннем, государ­ственном и международном рын­ках, и ожидается, что экспорт биотоплива сыграет важную роль в развитии экономики, основан­ной на биотехнологиях.

     За последнее десятилетие достигнут значительный прогресс в процессах получения и обработки биомассы, что приве­ло к увеличению числа конкурен­тоспособных, надежных и эффек­тивных технологий, например, сжигание городских твердых бытовых отходов, получение био­газа методом анаэробного сбра­живания и т. п. Тем не менее, в процессе разработки находятся новые возможности с примене­нием более сложных процессов и способов преобразования энер­гии (газификация, пиролиз). Топливные гранулы (пиллеты), стружка и другие побочные про­дукты сельского и лесного хозяйства являются сырьем для био­теплоснабжения. Установка мил­лионов новых печей на топливных гранулах в бытовом секторе, строительство новых заводов по производству пиллет и рекон­струкция существующего обору­дования(печей, бойлеров, топок) для их сжигания, а также новые логистические сети для обслужи­вания потребителей должны при­вести к значительному расшире­нию рынка топливных гранул. Печи и бойлеры в жилых поме­щениях, работающие на стружке, пиллетах и дровах, в последние годы оптимизированы в отноше­нии эффективности и тепловыде­ления, но, тем не менее, в данной области можно достичь еще большего. В частности, необхо­димы дальнейшие усовершен­ствования в области обработки топлива, автоматического кон­троля и требований к техническо­му обслуживанию. Значительный потенциал для развития рынка по применению данных систем имеют сельские районы.

     Растет интерес и среди предприятий центрального отопле­ния, которые в основном упра­вляются энергетическими компаниями и иногда фермерскими кооперативами для небольших систем. Эксплуатируемое на них оборудование переводится на использование отходов лесной и деревообрабатывающей про­мышленности, и в ближайшие годы станет важным применение отходов сельскохозяйственной промышленности.Значительное повышение эф­фективности может быть достиг­нуто путем установки систем, генерирующих как полезную электрическую мощность, так и тепло. Обычно годовой общий КПД таких установок достигает 80-90 %. Это один из самых выгодных способов произ­водства энергии с применением биомассы, если требуется производство теплоты (в виде горячей воды или технологического пара) или если ресурсы биомассы ограничены. Увеличение КПД установки снижает расход топлива и общий выброс парниковых газов по сравнению с раздельными тепло­- и электрическими системами, а также способствует реализации улучшенной экономики произ­водства электроэнергии с заме­ной дорогого природного газа и других видов топлива.Технология небольших систем мини-ТЭЦ еще не полностью ком­мерчески доступна. Прорыв в небольших системах будет достигнут в последующие годы при условии усиления исследований в данной области. 

Выработка электроэнергии на основе биомассы

     Использование биомассы для производства электроэнергии в последнее время увеличилось в основном благодаря внедрению благоприятных европейских и государственных политических условий. Выработка энер­гии из биомассы (твердая био­масса, биологический газ и часть городских твердых отходов, поддающихся биологическому разло­жению) выросла на 19 % в 2004 году и на 23 % в 2005 году. Тем не менее, большинство станций, работающих в настоящее время на биомассе, характеризуются низким КПД котельной и теплово­го энергоблока, и такие станции все еще являются затратными для строительства. Таким образом, основной трудностью является разработка более эффективных и менее расходных систем. Для передовых систем на основе использования биомассы для выработки электроэнергии требу­ется дополнительная подготовка топлива, усовершенствование процесса сжигания и улучшенная очистка дымовых газов. Техноло­гии будущего должны обеспечи­вать максимальную защиту окру­жающей среды с наименьшими затратами путем комплексного выполнения сложных процессов подготовки, обработки и сжига­ния биомассы с последующей очисткой от продуктов сгорания. 

Биологическое топливо для транспорта

     Существует несколько видов топлива, которые технически воз­можно произвести из биоресур­сов, таких как метанол, этанол, бутанол, сложные эфиры жирных кислот и т.д. В долгос­рочном плане может так произой­ти, что один из выше перечислен­ных ресурсов может послужить в качестве источника энергии для производства водорода и получе­ния биоводорода. Возможные способы производства варьи­руются от различных биологиче­ских брожений до термохимической газификации с производ­ством жидкого топлива посред­ством реакции с использованием синтетического газа. В настоящее время только этанол (и его производная эфир, обладаю­щий высокой растворимостью вводе), производимый из сельскохозяйственных культур(зерновые и сахарная свекла), и биодизель, производимый из рап­совых культур (в основном это рапсовый метиловый сложный эфир), применяются на коммер­ческой основе на европейском рынке. Они останутся доминирую­щей формой жидких видов биоло­гического топлива в предстоящем десятилетии, т. к. альтернативные технологии биологического топ­лива все еще на стадии развития.Тем не менее, в предстоящие годы ожидаются новые разработ­ки, что активизирует широкий спектр новых сырьевых ресурсов, таких как основные и побочные продук­ты сельскохозяйственной, лесной и деревообрабатывающей про­мышленности, а также целлюлоз­но-бумажной обработки) илипроизводство биодизеля путем гидрокрекинга растительного масла и животных жиров. 

Развитие ветроэнергетики

     Ветряная энергетика - это быстро развивающийся источник электроэнергии. В течение десяти лет, с 1995 по 2005 годы, общая производительность ветроэнер­гетики в ЕС росла в среднем на 32 % в год. В последние 5 лет 30 % всех новых установленных элек­трогенерирующих мощностей приходится на ветряную энергети­ку. Хотя на сегодняшний день на ветряную энергетику приходится всего 3 % от общей энергопотреб­ности ЕС, эта отрасль уже занима­ет второе место по своему вкладу в экономическую деятельность и трудоустройство в области произ­водства электроэнергии. Европа продолжает играть доминирующую роль в секторе ветряной энергетики. В 2005 году глобальный рынок ветряной энергетики вырос на 40 %, а европейские производители занимают 80 % этого рынка. 66 % от установленных в мире ветряных мощностей (более чем 50 ГВт) расположены в Европе. К концу 2006 года доля ветряной энергетики достигла существен­ных значений в национальном энергопотреблении Дании (20 %), Испании (8 %) и Германии (7 %). Европейская ассоциация ветроэнергетики (EWEA) прог­нозирует что установленная мощность, получаемая от энер­гии ветра, в ЕС достигнет 80 ГВтк 2010 году и 190 ГВт к 2020 году, и на нее будет приходить­ся более 12 % от общего электропотребления в Европе. Ожидается, что скоро изготови­тели больших ветряных турбин и исследователи смогут построить ветряные электростанции мощ­ностью, сопоставимой с тради­ционными электростанциями, до 1 000 МВт. Прототипы самых боль­ших отдельных ветряных турбин уже обладают установленной гене­рирующей мощностью от 5 до 6 МВт и диаметром 110-125м.  В начале 1980-х годов мощность типичных ветряных турбин соста­вляла всего 0,022 МВт. Дальнейшее развитие ветряной энергетики зависит от снижения себестоимо­сти и повышения производитель­ности, которые позволяют интегри­ровать ветряные электростанции в европейскую энергосистему. Годовые инвестиции ЕС в ветряную энергетику в 2005 году составили порядка 7 млрд. евро. Оборот на 2006-2010 годы оце­нивается в 40 млрд. евро, что со­ответствует увеличению установ­ленной мощности приблизитель­но на 40 ГВт, из которых 3,3 ГВт представляют морские установ­ки. Общий оборот на период 2011-2020 годов прогнозируется на уровне 145 млрд. евро, что со­ответствует увеличению установ­ленной мощности на 115 ГВт, из которых 55 ГВт будут составлять морские установки. Общий про­изводственный оборот на период 2006-2020 годов оценивается в185 млрд. евро.  

Технологические нововведения в отрасли ветряной энергетики

Несмотря на продвинутое состояние современных береговых ветряных технологий, все еще оста­ется множество нерешенных кри­тических исследовательских задач, не последняя из которых связана с ветряными электростанциями, устанавливаемыми в море. В своем плане стратегических исследова­ний европей­ская отрасль ветряной энергетики выделила приоритеты, необходимые для максимизации ценности ветряной энергетики для общества. Эти приоритеты отра­жают видение будущего направле­ния развития различных аспектов ветряной технологии на ближай­шие 10 лет и далее. Наиболее важ­ной целью НИОКР является непре­рывное снижение стоимости гене­рации при повышении надежности и диапазона применения, как на берегу, так и в море. План стратеги­ческих исследований будет реали­зован на основании недавно разра­ботанной Платформы технологий ветряной энергетики.Основные технологические достижения, ожидаемые к 2020 году:

   -   планируется обеспечить инвесторам доступ к данным о ветровых ресурсах по всем регио­нам Европы для обеспечения реа­лизации высококачественных проектов в области ветряной энер­гетики. Будут разработаны методы измерения рентабельности для оценки характеристик ветровых ресурсов, включая комплексные модели и методы дистанционного измерения, а также спут­никовые системы измерения;

  -    ключевым фактором успеха является разработка рентабельных и надежных ветряных турбин.Существующие современные кон­цепции ветряных турбин (горизон­тальная ось, три лопасти, перемен­ный шаг, переменная скорость, полноразмерный электронный преобразователь для максималь­ного контроля) подвергнутся, с большой долей вероятности, даль­нейшему преобразованию. В бли­жайшие годы будут сосущество­вать системы с трансмиссиями, с коробками передач и с прямым приводом. Просматриваемое на протяжении последних десяти лет увеличение размеров турбин про­должится. Для проектирования компонентов, испытывающих большие динамические нагрузки, таких как лопасти роторов, пово­ротные системы, элементы приво­дов и башни, будут использоваться материалы, обладающие высоким соотношением прочность - масса. Для эффективной конструкции и изготовления очень больших тур­бин будут при меняться новые инструменты проектирования, основанные на существенном улучшении ноу-хау в области аэро­динамики, аэроэластики, контро­ля, динамики приводных механиз­мов и т. д. В экстремальных местах, таких как открытое море, очень холодные регионы и горные обла­сти, будут использоваться специ­альные методы эксплуатации и технического обслуживания и системы транспортировки и уста­новки. Интегрированные системы мониторинга рабочих параметров для раннего обнаружения и оценки повреждений получат широкое применение с целью повышения доступности турбин и снижения сдержанности при проектирова­нии. Существенные улучшения тех­нического качества ожидаются в сегменте малых ветряных турбин(мощностью от одного до несколь­ких сот киловатт), что позволит расширить рынок, особенно в отдаленных районах, небольших изолированных поселениях и регионах, подключенных к слабым энергетическим сетям;

  -   ветропарки все чаще будут управляться как традиционные электростанции. Их выходная мощность будет контролировать­ся с использованием прогнозов погоды, электронных устройств и усовершенствованных накопи­тельных систем, расположенных в самом ветропарке. Концепции ветропарков будут содержать продвинутые системы управле­ния и защиты окружающей среды для предотвращения раздраже­ния (шум и тень) и столкновения с птицами;

  -   постепенно будут внедрены такие усовершенствованные параметры интеграции в энерго­систему, как контроль мощности и напряжения, обход ошибок и продвинутое прогнозирование вырабатываемой мощности. Система планирования и использования оставшейся энергии, включая балансировку и поддер­жание адекватности системы, будет основана на углубленном понимании взаимодействия ветряных электростанций и энер­госистемы. Необходимое планирование и проектирование трансъевропейской энергосисте­мы последует за расширением энергетического сектора;

  -    процесс технологического совершенствования будет под­держиваться непрерывным раз­витием процессов сертификации и стандартизации. Вдобавок к существующим стандартам безо­пасности и испытаний ветряных турбин, будут разработаны новые стандарты для расчета выработки электроэнергии, процессов под­ключения к энергосистеме, методов оценки рисков, требований к сертификации компонентов и стандартизации методов экс­плуатации и технического обслу­живания;

   -   исследовательские центры общего пользования планируется предоставить для испытания очень больших ветряных турбин в береговых и внебереговых усло­виях, а также для испытания малых турбин и гибридных систем. Экспериментальные уста­новки будут предоставлены для полномасштабных испытаний вра­щательной динамики приводного механизма от ротора до точки подключения к энергосистеме, для испытания на усталостную прочность лопастей очень боль­ших турбин и деталей из компози­ционных материалов. Выделен­ные лаборатории продолжат раз­работку новых материалов и испы­тания материалов для новых ветряных турбин с повышеннымотношением прочности к массе. 

Развитие технологий для получения тепловой энергии от солнечной радиации

     Технологии, использующие энергию солнечной радиации, в данный момент весьма эффектив­ны и высоко надежны. Большинство предлагае­мых систем предназначены для снабжения горячей водой коммунально-бытового сектора, и растет число комбинированных систем солнечного теплос­набжения, которые обеспечивают и горячей водой, и теплом для отопления помещений.В основном системы, продаваемые в Европе, произ­водятся на территории ЕС или его средиземноморских соседей. Импорт из Азии ограничен и состоит практиче­ски только из компонентов солнечных систем теплосна­бжения, таких как вакуумированные стеклянные трубки.В настоящее время данная отрасль промышлен­ности переживает этап динамичного роста. Производственные линии постоянно расширяются. Трудо­вая занятость в европейском секторе солнечной теп­ловой энергии превышает 20 тыс. рабочих мест на полную ставку. С учетом ожидаемого роста развития данной отрасли, более полумиллиона людей будут заняты в секторе солнечной тепловой энергии всего лишь через несколько десятков лет. Данные работы носят неизбежно местный характер и создают рабо­чие места в основном на предприятиях небольшого и среднего размера, непосредственно в областях раз­вития рынка солнечной тепловой энергии. 

    Технологические новинки, ожидаемые в сек­торе к 2020 годуПотребление энергии зданиями и сооружениями составляет примерно 40 % от общего потребления энергии в Европе, большая часть которого расходу­ется на производство горячей воды и отопление жилых помещений. В настоящее время солнечные коллекторы бытового назначения, предназначенные только для производства горячей воды, и комбиниро­ванные системы солнечного теплоснабжения стали обычным явлением в некоторых центральных и северных европейских странах. Другие способы применения энергии солнечной радиации, которые, как ожидается, сыграют важную роль в завтрашнем энергоснабжении, например, солнечное холодоснабжение, солнечная система для получения технологического тепла, солнечное опрес­нение, успешно демонстрируются и постепенно занимают свое место на рынке. Увеличившееся финансирование научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок  позволит солнечным теплоснабжающим системам покрыть еще большую долю низко- и сред­нетемпературной тепловой нагрузки. Грамотная интеграция в другие бытовые и обогревательные технологии, а также снижение издержек гарантирует широкое применение решений для отопления и охлаждения, основанных на солнечной энергии. Мировой рынок технологий охлаждения и кондицио­нирования воздуха быстро растет. В основном спрос удовлетворяется традиционными электрическими машинами, а их энергопо­требление создает посто­янно растущую нагрузку в электрической системе. Нарушение энергосна­бжения летом становится привычным. Аппараты для охлаж­дения, использующие тепло, известны давно. В них обычно используется сбросная теплота от промышленных процессов или ТЭЦ, производительность таких холодильных агрега­тов составляет 100 кВт. В последние годы на рынке появились машины с меньшей производительностью(20-50 кВт), использующие энергию солнечной радиа­ции, и уже проходят испытания машины производительностью 2-5 кВт. Как правило, период, в течение которого требуется дополнительное охлаждение воз­духа, совпадает с периодом солнечной активности, поэтому солнечное холодоснабжение - это удобный способ снижения потребления электроэнергии летом на кондиционирование и охлаждение воздуха. Исследования концентрируются на использовании новых материалов, снижении затрат и развитии практи­ческого руководства и плановых средств для установок солнечного охлаждения. Ожидается, что системы, которые обеспечивают снабжение горячей водой в быту, отопление помещений зимой и охлаждение летом, составят основную долю рынка систем сол­нечного теплоснабжения к 2020-2030 годам. 

Солнечное теплоснабжение промышленных процессов

     Большинство промышленного и коммерческого спроса на тепло колеблется в температурном диапа­зоне до 250 ºС, что можно обеспечить энергией сол­нечной радиации. Для этого разрабатываются новые типы коллекторов, специально спроектированных для средних температур. Пока же солнечная тепловая энергия используется в основном для менее критич­ных процессов (например, промывание). По мере накопления опыта, солне­чные теплоснабжающие системы распространятся на все виды промышлен­ного энергоснабжения.  

Солнечное опреснение

     Наличие питьевой воды является растущей проблемой для многих стран по всему миру. Созданы устройства для опреснения воды (методом тер­модистилляции) с использованием энергии солне­чной радиации. Применяется в местностях, где дефи­цит пресной воды сочетается с достаточными запа­сами соленой. Солнечное опреснение может уже сегодня быть весьма выгодным. С растущими НИОКР в данном многообещающем подходе все больше эко­номически выгодных солнечных систем опреснения будут становиться доступными. 

Улучшенные тепловые аккумуляторы

    Большинство используемых в настоящее время солнечных теплоснабжающих систем используют воду для хранения тепла в течение нескольких часов или дней. Увеличение аккумулирующей способно­сти обычно достигается за счет увеличения разме­ров емкости. Обширные подземные водохранилища ­природный водоносный пласт или искусственный бетонный резервуар - уже используются для сезон­ного хранения. Но только улучшенные тепловые аккумуляторы, позволяющие эффективно хранить большие запасы тепловой энергии в небольших объе­мах, позволят, к примеру, отапливать существующие здания и сооружения на 100 % за счет энергии солне­чной радиации. Для данных целей исследуются мате­риалы с фазовым переходом или термохимические процессы. Увеличение плотности энергии тепловых аккумуляторов в 8 раз позволит перевести весь жилищ­ный сектор на 100 % отопление помещений солнечной тепловой энергией. Хотя в ближайшее время прорыва не предвидится, растущие НИОКР в данной области уже к 2030 году могут обеспечить появление данных новых технологий сохранения энергии. 

Развитие технологий для производства элек­троэнергии от солнечной радиации

    Солнечное фотоэлектричество обладает очень высоким потенциалом, поскольку солнечная радиа­ция - это практически неограниченный ресурс, доступный повсеместно. Оно идеально подходит для автономного производства электричества вблизи потребителей. 

Фотоэлектрическая промышленность

    За последние годы европейская фотоэлектриче­ская промышленность значительно возросла. Техно­логические разработки и исследования находятся на высоком уровне, и этот сектор промышленности готов справиться с будущими задачами. Средние годовые темпы роста фотоэлектриче­ской энергетики с 2000 по 2005 годы в Европе пре­высили 40 %, что делает фотоэлектрическую энерге­тику самой быстрорастущей отраслью. В 2005 году достигнут глобальный объем производства в 1,7 ГВт фотоэлектрических модулей. Оборот отрасли пре­вышает 8 млрд. евро, в ней работает более70 тыс. чел. Глобальный фотоэлектрический рынок продолжит расти ускоренными темпами и достигнет 19 % к 2020 году, что создаст потенциал в 1,9 млн.постоянных рабочих мест.

    Глобальная установленная мощность солнечных электрических систем может достичь 259 ГВт к 2020 году, вырабатывая около 325 КBт-ч, что составит около 1,8 % от всего объема энергопотребления в 2020 году. Соответствующие годовые продажи фотоэлектрических установок выйдут на уровень 200 млрд. евро, что приблизительно равно сегодняш­ним объемам продаж в полупроводниковой промыш­ленности. К 2040 году солнечная энергетика получит еще большее распространение и ее доля в мировом производстве электроэнергии достигнет 16 %. Это сделает солнечную энергетику стабильным источни­ком энергии по всему миру. 

Технологические нововведения

    Производство фотоэлектрических элементов постоянно улучшается за счет новых технологиче­ских разработок и совершенствования производст­венных процессов. Для более широкого охвата энергетического рынка необходимо снижать себес­тоимость продукции. Следовательно, основная задача исследований и развития производственных технологий заключается в снижении себестоимо­сти.  Европейская ассоциация фотоэлектрической промышленности (EPIA) прогнозирует, что стоимость систем снизится с 6 до 3-4 евро/Вт к 2010 году и станет конкурентоспособной. EPIA также предска­зывает, что к 2020 году фотоэлектрические системы, объединенные в сети, смогут конкурировать с цена­ми на электричество, полученное из традиционных источников. Стоимость выработки электричества уже снизилась с 55 (110) евро центов /кВт- ч (1990 год) до 20 (40) евро центов/кВт-ч (2007 год) и уменьшится далее до 10 (20) евро центов/кВт- ч к 2020 году и до 5 (10) евро центов/кВт-ч к 2030 году.

    Вышеуказанная стоимость производства электроэнергии не выходит за пределы стоимости производства крупными атом­ными и теплоэлектростанциями. Кристаллические кремниевые фотоэле­менты различных форм - монокристаллические, мультикристаллические, пластинчатые - занимают более 90 % рынка и скорее всего сохранят свое лидерство в течение следующих 10-15 лет. Остальные 10 % рынка занимают тонкопленочные технологии, преиму­щественно на основе аморфно­го кремния. Растет значимость процессов, осно­ванных на технологии тонких пленок на других материа­лах. Стоимость сырья и, следовательно, пластинок составляет значительную часть цены фотоэлементов. Поэтому основная задача, стоящая перед отраслью - снижение стоимости произ­водства кремневых пластинок. Увеличение срока службы солнечных батарей является еще одним шагом на пути к снижению стоимости солнечной электроэнергии. Целью EPIA явля­ется увеличение срока службы элементов с 25 до35 лет при помощи, например, использования более долговечного герметизирующего материала или новой архитектуры установок. Для баланса системы существенного снижения стоимости можно добиться через укрупнение производства. Срок службы этих компонентов должен быть увеличен, чтобы он соответствовал сроку службы солнечных панелей. Для развития массового произ­водства немалую важность представляет стандарти­зация компонентов и систем. 

Развитие малой гидроэнергетики

Малые гидроэлектростанции (МГЭС, установлен­ная мощность до 10 МВт) могут оказаться одним из самых экономичных методов производства электроэ­нергии. Они характеризуются довольно длительным сроком службы и низкой стоимостью эксплуатации и технического обслуживания. После списания боль­ших изначальных затрат, станция может производить электроэнергию с низкой себестоимостью, и такие системы обычно служат 50 лет и более. Малые гидро­электростанции могут обеспечивать базовую электрическую нагрузку, и их потенциал в Европе еще не реализован до конца. Гидроэлектростанции (малые и большие) все еще являются крупнейшим источником возобновляемой энергии в электроэнергетическом секторе. В 2005 году они обеспечили 10 % от общего объема энергопотребления и 67 % от общего объема электроэнергии, произведенной возобновляемыми источниками. Малая гидроэнергетика не развивается с той ско­ростью, с которой могла бы из-за административных и экологических барьеров. Несмотря на это, эта отрасль обладает огромным потенциалом. Оборот европейского сектора малой гидроэнергети­ки составляет около 120-180 млн. евро. На сегодняшний день в Европе в этой отрасли работают около 20 тыс. чел. и их число может достичь 28 тыс. чел. к 2020 году.Оборот европейских изготовителей турбин для ГЭС (малых и больших) составляет порядка 3,5 млрд. евро. К 2020 году эта цифра может вырасти до 5,5 млрд. евро. 

Технологические нововведения, ожидаемые в отрасли до 2020 года

Сегодня инженеры, работающие в области малой гидроэнергетики, непрерывно совершенствуют технологии, чтобы добиться следующих целей:

-   соответствие экологическим требованиям;

-   снижение стоимости технологии;

-   максимизация производства электроэнергии.Малые ГЭС должны быть максимально систематизированы, что позволит добиться их оптимальной конструкции с точки зрения технологии, защиты окру­жающей среды и экономики. Преимущество процес­са систематизации заключается в том, что он гаран­тирует производительность оборудования в точных условиях работы установки благодаря лабораторным испытаниям, проведенным при его проектировании. Поэтому НИОКР в области турбин для ГЭС сконцен­трированы на турбинах с малым и очень малым напо­ром, т. к. места с такими рабочими условиями обла­дают наибольшим потенциалом в Европе.НИОКР в области турбин должны привести к сле­дующим результатам к 2020 году:

-   дать производителям возможность предлагать простые, надежные и эффективные турбины с гарантированной производительностью;

-   реализовать остающийся потенциал, связанный с использованием преимущественно турбин с малым и очень малым напором;

-   покрыть высокую стоимость лабораторных исследований, особенно для МСП (малые и средние предприятия);

-   улучшенная интеграция МГЭС с окружающей сре­дой через рациональное использование водных ресур­сов и строительство погружных турбогенераторов;

-   по вышение рентабельности электростанций методом упрощения конструкции турбин с одновре­менной оптимизацией годовой выработки электро­энергии, а также использование новых материалов.Такие НИОКР позволяют малым и средним пред­приятиям развиваться на рынке малых ГЭС и увели­чивать годовую производительность их турбин. Эти разработки также создают новые рабочие места в отдельно взятых регионах.Сегодня большая часть инженерно-строитель­ных НИОКР нацелена на стандартизацию конструк­ции и технологий для оптимальной интеграции малых ГЭС с окружающей средой при минималь­ных затратах.

     Для достижения этих целей разраба­тываются руководящие принципы проектирования, основанные на последних конструкторских техно­логиях, новых материалах и при мерах лучшей отраслевой практики.Инженерно-строительные разработки постоянно развиваются и крайне важны для интеграции новых разработок на протяжении всего проекта, от проекти­рования до строительства. Действительно, глобаль­ная цель заключается в нахождении оптимального решения и хорошей интеграции с окружающей средой для каждой отдельной гидроэлектростанции, как при строительстве новых проектов, так и при модер­низации существующих. Результаты НИОКР в электротехнической области обеспечивают сектор малых ГЭС готовыми решения­ми, от генераторов до подключения в сеть электропри­водов и контроля и управления всей электростанцией. На рынке малых ГЭС уже представлены новые конструкции генераторов, такие как высокополюс­ные синхронные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов, предназначенные для прямого подключения к электросети или в комбинации с пре­образователем частоты для работы с переменной скоростью. Такие генераторы позволяют избегать завышения оборотов и делают возможным создание очень компактных погружных турбин. Существующие цифровые системы управления позволяют адаптировать средства управления под любые гидрологические и иные условия.

    Новые кон­цепции, такие как запланированное производство, прогнозирование выработки электроэнергии и отсле­живание рабочих условий для малых ГЭС, сейчас нахо­дятся на стадии разработки и, в конечном итоге, позволят улучшить интеграцию в энергетическую систему, повысить надежность и снизить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Существенный прогресс в исследованиях речных биомеханизмов положил начало экологической инженерии, целью которой является минимизация местного негативного воздействия на речную экосистему и устранение последствий такого воздействия. Хорошо известными примерами являются обводные рыбоходные каналы, экологические потоки или реструктуризация рек. Тесное взаимодействие с эко­логами позволяет находить оптимальные компро­миссы между экологическими условиями и экономическими и техническими ограничениями.

     Экологическая инженерия находится в процессе постоянной эволюции, особенно в области проектирования обводных рыбоходных систем и турбин с минимальной опасностью для рыб. Проводимые НИОКР направлены на создание эффективных систем защиты для рыб как вверх, так и вниз по тече­нию от гидростанции, а также на разработку новых, усовершенствованных обводных рыбоходных систем, обеспечивающих максимальный проход рыб при минимальном рабочем потоке внутри рыбохода. Итак, возобновляемые источники энергии обладают существенным потенциалом для разрешения пробле­мы надежности и стабильности энергообеспечения в Европе. Развитие использования таких ресурсов, одна­ко, будет зависеть от реализации соответствующих политических и экономических решений. Необходимым условием успешности таких решений является требова­ние сочетания их с политикой рационального использо­вания электроэнергии. Помимо технологических про­рывов, позиции ВИЭ на рынке могут быть улучшены при более высоких ценах на нефть и включением в инвести­ционную стоимость проектов с традиционными энерго­ресурсами «цены на сертификат на выбросы». В сред­несрочной перспективе ВИЭ являются гибким сред­ством удовлетворения растущих потребностей Европы в энергии, которым не следует пренебрегать и Украине, поскольку решение первоочередной общенациональ­ной задачи - удвоение за десятилетие валового внут­реннего продукта (ВВП) - во многом зависит от обеспе­чения украинской экономики энергоресурсами, в том числе полученных от нетрадиционных возобновляемых источников. 

По материалам брошюры «Возобновляемые источники энер­гии» / / План внедрения и продвижения технологий на период до2020 года Европейского совета по возобновляемым источникам энергии

 

СТАТЬИ