В настоящее время многие страны мира начинают все более активно переходить к ресурсосберегающему пути развития. В последние годы структура производства энергии в мире меняется в сторону снижения доли невозобновляемой энергетики и увеличения доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Наиболее динамично развивающимися отраслями ВИЭ являются солнечная и ветровая энергетика.
Традиционно выделяют следующие причины, способствующие развитию ВИЭ:
- более равномерное распределение по территории планеты и как следствие их большая доступность;
- практически полное отсутствие выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду в процессе эксплуатации (не для всех видов ВИЭ);
- исчерпаемость ископаемых ресурсов и неограниченность ресурсов для некоторых видов ВИЭ (ветер и солнце);
- существенное усовершенствование технологий производства энергии (в особенности для солнечной и ветровой энергетики).
Развитию ВИЭ также способствует то, что в настоящее время более чем в 50-ти странах мира приняты (в России частично) и действуют законы и меры государственного регулирования для поддержки возобновляемой энергетики. Кроме того, немаловажным фактором развития ВИЭ является снижение капитальных вложений в строительство энергообъектов на их основе.
Наиболее значительное снижение удельных капитальных вложений в строительство приходится на такие энергообъекты, как ветровые электростанции (ВЭС) и солнечные фотоэлектрические электростанции (СФЭС). Для таких энергообъектов на основе ВИЭ, как гидроэлектростанции (ГЭС), малые гидроэлектростанции (МГЭС), геотермальные электростанции (ГеоЭС) и биоэлектростанции (БиоТЭС), значения капитальных вложений снизились, но незначительно. Наряду с этим в последние годы также наблюдается тенденция снижения эксплуатационных (текущих) затрат и приведённой стоимости электроэнергии (Levelized Cost of Energy – LCOE).
В настоящее время энергообъекты на основе ВИЭ при определённых условиях являются экономически вполне конкурентоспособными.
Причины такого интенсивного развития ВИЭ, в особенности ветровой и солнечной энергетики, заключаются ещё и в том, что в мире изменился подход к оценке эффективности энергетических объектов в сторону многокритериальности, наметилась тенденция на децентрализацию систем энергоснабжения и на развитие региональной энергетики, в особенности на основе ВИЭ.
В зарубежной практике наряду с экономическими показателями для оценки эффективности энергообъектов используют энергетические и экологические показатели.
В качестве энергетических показателей принимаются: срок энергетической окупаемости (Energy payback time (EPBT)) и коэффициент энергетической эффективности (Energy return on investment (EROI)).
Срок энергетической окупаемости показывает время, в течение которого рассматриваемый энергообъект произведённой энергией компенсирует затраты энергии на его создание, эксплуатацию и снятие с эксплуатации.
Коэффициент энергетической эффективности представляет собой отношение произведённой энергии на этапе эксплуатации к затраченной энергии в течение жизненного цикла энергообъекта, который состоит из трёх основных этапов: строительство, эксплуатация и снятие с эксплуатации.
В качестве основных экологических показателей принимаются:
- потенциал глобального потепления (Global warming potential (GWP));
- потенциал окисления (Acidification potential (AP));
- потенциал эвтрофикации (Eutrophication potential (EP)).
Потенциал глобального потепления – показатель, определяющий степень воздействия различных парниковых газов на глобальное потепление.
Потенциал окисления – показатель, характеризующий воздействие на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ, способных образовывать кислоты.
Потенциал эвтрофикации – показатель, характеризующий ухудшение качества воды в результате накопления в воде биогенных элементов.
Значения данных показателей определяются на основе следующих загрязняющих веществ: потенциал глобального потепления рассчитывается на основе СО, СO2 и СH4 и измеряется в кгСO2экв, потенциал окисления – SO2, NOx и HCl и измеряется в кгSO2экв, потенциал эвтрофикации – PO4, NH3 и NOх и измеряется в кгPO4экв. Каждый из типов загрязняющих веществ имеет свой удельный вес.
Результаты многочисленных исследований показывают: энергообъекты на основе возобновляемых источников энергии, в особенности СФЭС и ВЭС, как правило, энергетически и экологически эффективнее, чем объекты невозобновляемой энергетики.
Энергетическая эффективность энергообъектов на основе ВИЭ (особенно ветровой и солнечной энергетики) за последние 5–10 лет значительно повысилась.
В таблице приведены оценки сроков энергетической окупаемости, полученные разными авторами для наземных ВЭС и СФЭС различного типа и ГЭС разной мощности. Из них следует, что срок энергетической окупаемости наземных ВЭС составляет от 6,6 до 8,5 месяцев, СФЭС 2,5–3,8 года и МГЭС 1,28–2,71 года, соответственно.
Снижение сроков энергетической окупаемости энергообъектов на основе ВИЭ связано с тем, что в мире за последние 15–20 лет произошло существенное развитие и усовершенствование технологий производства энергетического оборудования и элементов энергообъектов.
Наиболее наглядно данная тенденция прослеживается для ВЭС и СФЭС, для которых основная доля затрат энергии в течение жизненного цикла приходится на изготовление основного энергетического оборудования (ветротурбин и фотоэлектропреобразователей).
Так, например, доля энергозатрат на основное энергетическое оборудование ВЭС составляет порядка 70–85%, а для СФЭС 80–90%. Если рассмотреть ВЭС и СФЭС в составе ветровых и солнечных парков, то удельный вес составляющих затрат энергии в этом случае будет немного отличаться от приведённых значений, поскольку нужно будет учесть затраты энергии на изготовление кабелей.
Увеличение экономической конкурентоспособности энергообъектов на основе ВИЭ, а также их более высокая энергетическая и экологическая эффективность по сравнению с невозобновляемыми источниками способствуют всё более интенсивному развитию энергообъектов на основе ВИЭ в мире.
Согласно прогнозам, установленная мощность энергообъектов на основе ВИЭ, в особенности ветровой и солнечной энергетики в мире, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе будет продолжать возрастать. Также согласно прогнозам, в мире будет увеличиваться и доля ВИЭ в общем производстве энергии.
оценки энергетической и экологической эффективности жизненных циклов энергообъектов. Эти оценки показывают, что энергообъекты на основе ВИЭ (особенно ВЭС и СФЭС) в подавляющем большинстве случаев энергетически и экологически эффективнее, чем невозобновляемые источники энергии.
Выбор наиболее эффективных вариантов энергообъектов в России в настоящее время осуществляется только на основе показателей экономической эффективности. Определение энергетической и экологической эффективности жизненных циклов энергообъектов, в том числе на основе ВИЭ, не производится, что не позволяет произвести комплексную оценку их эффективности.
В России существует большое количество децентрализованных и энергодефицитных регионов и районов со слабой сетевой инфраструктурой, изношенными энергетическими фондами, но с большим потенциалом ветровой, солнечной и других видов возобновляемой энергии, использование которой при всесторонней комплексной оценке может оказаться не только экономически, но и энергетически, и экологически значительно эффективнее, чем использование невозобновляемых источников энергии.
По материалам статьи доктора технических наук, профессор Г.И. Сидоренко "К вопросу эффективности энергообъектов на основе ВИЭ" в журнале "Энергия: экономика, техника, экология"