Альтернативные источники энергии и их применение на территории России

Ухудшение экологии, загрязнение окружающей среды и истощение природных ресурсов заставило человечество задуматься о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников. На замену энергии, получаемой в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций, приходит энергия, вырабатываемая с помощью солнечного света, водных потоков, ветра, приливов, биотоплива и геотермальной теплоты, а также разрабатываются новые способы получения энергии [1].

Помимо экологической причины, побуждающей к переходу на использование альтернативной энергетики и поиск новых решений, существует еще ряд причин. Прежде всего – это социальная причина. В настоящее время в условиях роста численности населения, становится невозможным найти место под строительство станций, работающих на традиционных невозобновляемых источниках энергии, которое не представляло бы опасности для окружающих. Как показали результаты исследований, у людей, живущих рядом с данными станциями, подтверждён большой процент тяжелых заболеваний. Еще одна причина – экономическая. Стоимость возобновляемой энергии ниже по стоимости, чем получаемой из традиционных источ- ников, что позволит перераспределить топливные ресурсы для развития промышленности.

Экономически развитыми странами в декабре 2015 года была поставлена задача снизить вредные выбросы. Для того чтобы достичь поставленной цели, необходимо заменить теплоэлектростанции, работающие на традиционном топливе, на станции, которые применяют как топливо водород, такие установки не будут иметь опасных выбросов. Причиной этому служит то, что водород имеет высокие энергетические свойства и считается энергоносителем, не загрязняющим окружающую среду.

В настоящее время, к основным технологиям получения водорода относят переработку природного газа методом риформинга, пиролиза угля и электролиза. Международное энергетическое агентство приводит следующую структуру производства водорода: методом риформинга газа производится 76% водорода, пиролизом угля 23% и 1% реализовывается за счет электролиза воды на базе установок возобновляемой энергетики. Основным методом в будущем будет являться именно последний метод, так как риформинг и пиролиз угля отличается образованием углекислого газа в качестве переходного результата [2].

В Германии по национальной программе планируется к 2030 году построить во- дородные электростанции мощностью в 20 ГВт. Они будут предназначены для выработки экологичного водорода, получаемого при помощи гелиоэнергии. Такой водород будет в разы лучше водорода, который добывается из воды на базе невозобновляемых источников электроэнергии по ресурсозатратности и безопасности. Сейчас в правительстве России рассматривают возможности реализации промышленных проектов по созданию «зеленого» водорода, но уже в 2019 году был испытан первый трамвай, осуществляющий работу на водороде. Выработка энергии в нем реализуется электрохимическим генератором с использованием водорода [3].

Авторы научной разработки рассказали, что гибридные реакторные системы объединяют надежность обычного ядерного реактора и экологическую безопасность термоядерной энергетики. В состав такого устройства входит источник термоядерных нейтронов и активной зоны, бланкет, в котором происходит деление тяжелых ядер. В качестве питания используется смесь плутония и тория. Из тория формируется уран-233, его аккумуляция в активной зоне увеличивает время топливной серии, а объем радиоактивных отходов снижается за счет подмены урана-238 торием.

Основная энергия образуется благодаря объединению в ядра гелия столкнувшихся ионов трития и дейтерия в плазме, что сопровождается выделением нейтронов с высокой энергией. Главная разница между гибридной системой и традиционным реактором в том, что в первой системе ядер-ный материал находится не в строго критическом состоянии, как это представлено во второй системе, а в состоянии, близком к критическому, кроме того, это способствует невозможности развития неуправляемой цепной реакции.

Преимущество данной разработки заключается в возможности работать на протяжении восьми лет, не применяя повторную загрузку ресурсов, а также в возможности применения установки в отдаленных местностях и получении электроэнергии, тепла и «зеленого» водородного топлива [4].

На сегодняшний день Россия развивается в большей степени в гелиоэнергетике, ветровой, термальной и гидроэнергетике.

Наиболее применяемым и эффективным альтернативным источником энергии в России является гидроэнергетика. На долю этого источника приходится более 20 процентов от выработки энергии всеми энергосистемами в России. На сегодняшний день, в нашей стране расположено более 170 гидроэлектростанций.

Помимо классических ГЭС, в России применяются приливные электростанции для выработки электрической энергии за счет энергии движения воды. Можно привести в пример Кислогубскую приливную станцию, работающую со второй половины двадцатого века. После реконструкции в 2007 году ее мощность равна 1,7 МВт. На данный момент ведутся разработки по строительству аналогичных приливных электростанций. Общая мощность всех объектов генерации энергии за счет водных ресурсов составляет 53022,87 МВт.

Следующий по порядку источник развития альтернативной энергетики в России – солнечная энергетика, применяемая в различных масштабах [5].

К крупным солнечным электростанциям, применяемым в промышленных масштабах, относятся несколько СЭС в Крыму, Орская СЭС им. А.А. Влазнева в Оренбургской области; Бурибаевская СЭС в Республике Башкортостан и другие. Подсчитываемая мощность солнечных электростанций в России на 1 января 2020 года составила 1362,7 МВт.

Также стоит отметить ветровую энергетику, хотя ее процент от общей мощности энергетической системы в нашей стране значительно ниже. Так, на 2020 год, общая мощность ВЭС в стране составляла 905 МВт. На территории России установлены ветровые энергетические системы, осуществляющие работу с целью для получения электрической энергии в промышленных масштабах.

К самым масштабным по мощности ветряным станциям в России можно отнести: комплекс ВЭС Каменская, Сулинская, Гуковская и первая очередь Казачьей ВЭС в Ростовской области, общей мощностью 350 МВт; ВЭС в Республике Калмыкия суммарной мощностью 267 МВт; ветряную станцию в Республике Адыгея, ее мощность равна 150 МВт; ветряную станцию в Ульяновской области, мощностью 85 МВт.

Также по состоянию на 2020 год, в России используются четыре геотермальные электростанции суммарной мощностью 81,4 МВт, три из них расположены в Кам- чатском крае и одна в Сахалинской области.

Помимо перечисленных альтернативных источников энергии в России применяется и биоэнергетика, представленная использованием древесины, торфа и биогаза, но данный энергоресурс пока мало распространён.

Альтернативная энергетика является перспективной отраслью изучения, и её применение и развитие в современных условиях необходимо и обязательно. Альтернативная энергетика является решением проблем ухудшения экологии, загрязнения окружающей среды и истощения природных ресурсов, а её использование не связано с нанесением серьезного вреда экологии, а воздействие на окружающую среду является минимальным [6].