ВВЕДЕНИЕ

Вопросы использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) актуальны для всех стран мира в силу различных обстоятельств. Для промышленно развитых стран мира, зависящих от импорта топливно-энергетических ресурсов это, прежде всего, энергетическая безопасность. Для промышленно развитых стран, богатых энергоресурсами, - это экологическая безопасность. Для развивающихся стран — это наиболее быстрый путь к улучшению социально-бытовых условий жизни населения, возможность развития промышленности по экологически приемлемому пути. А для всего мира в целом - это возможность уменьшения выбросов парниковых газов.

Однако роль ВИЭ не исчерпывается энергетикой. Они положительным образом влияют на решение трех глобальных проблем человечества: энергетики, экологии, продовольствия.

Как известно, при населении, составляющем 2,4 % населения мира, Россия обладает 12 % мировых запасов нефти, 35 % мировых запасов газа, 16 % - угля и 14 % - урана. Это создает иллюзию, что по условию наличия топливно-энергетических ресурсов энергетический кризис нам не грозит. Однако ежегодно повторяющиеся острейшие энергетические ситуации в ряде регионов России показывают, что это не так.

Актуальность развития ВИЭ в России обусловлена следующими обстоятельствами.

1. Необходимость обеспечения устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения, в первую очередь в районах Крайнего Севера и приравненных к ним территорий.
   На топливо и его завоз в районы Крайнего Севера ежегодно затрачиваются огромные финансовые ресурсы, и тем не менее это не гарантирует надежности энергоснабжения. Между тем во всех этих регионах имеются возобновляемые источники энергии, которые могут обеспечить их энергетические потребности на 70-90 %.
2. Важность обеспечения гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства (особенно сельскохозяйственного) в зонах неустойчивого централизованного энергоснабжения (в дефицитных энергосистемах).
3. Необходимость резкого снижения вредных выбросов от энергетических установок в городах и местах массового отдыха населения в связи со сложной экологической обстановкой.

К ВИЭ относятся: энергия солнца, ветра, рек и водотоков, мирских приливов и волн, тепловая энергия земли (геотермальная) и гидросферы (тепло воздуха и вод океанов, морей и крупных водоемов), а также энергия биомассы.

Нас из этого перечня интересует, в первую очередь, гидроэнергетика. Виды гидроэнергии и способы ее освоения различны. Это прежде всего потенциал энергии рек и водотоков, который в мире оценивается величиной в 8100 млрд. кВт-ч. Степень освоения гидроресурсов в мире составляет примерно 30 %, в том числе в России -20 %, во Франции, Канаде и Норвегии - 70-90 %, США и Бразилии - 50 %.

Установленная мощность всех действующих ГЭС в мире составляет 670 ГВт, вырабатываемая электроэнергия - около 2700 млрд. кВт-ч. В России эти показатели составляют соответственно: потенциал - 600 млрд. кВт-ч, установленная мощность ГЭС - около 46 млн. кВт и выработка электроэнергии - 160 млрд. кВт-ч. При этом потенциал малых и микроГЭС использован приблизительно на 0,5 %, а число малых ГЭС с 5 тыс. в 50-х гг. прошлого века сократилось до 300 к началу XXI столетия. В настоящее время разработана программа восстановления и дальнейшего развития малой гидроэнергетики.

Итоги последнего десятилетия свидетельствуют о нарастающей опасности утраты гидроэнергетикой ее стратегического значения на национальном уровне. По производству гидроэлектроэнергии Россия переместилась с третьего на пятое место в мире, уступая Кана-де, Китаю, Бразилии и США.

Поэтому в настоящее время разработана (и частично уже реализуется) программа развития гидроэнергетических мощностей на период до 2020 г., предусматривающая ввод генерирующих мощностей на вновь строящихся ГЭС суммарно 24 495 МВт, в том числе:

• в ОЭС Северо-Запада - 182 МВт;
• Юга-2324МВт;
• Сибири - 15 090 МВт;
• Востока - 6899 МВт.

Крупным возобновляемым энергоресурсом является приливная энергия. Возобновляемая, экологически безопасная и экономически оправданная энергия морских приливов является важным источником энергии наряду с традиционными источниками гидроэнергии — потенциальной энергией рек.

Взаимодействие космических сил системы Земля-Луна-Солнце приводит в действие огромные массы воды в Мировом океане. В результате, в одних местах Земли через каждые 12 ч 25 мин, а в других через 24 ч 50 мин волна приливов наступает на берег и плавно повышает прибрежный уровень воды. Высота этого подъема в зависимости от взаиморасположения указанных космических тел, формы береговой линии и некоторых других топографических факторов колеблется от нескольких сантиметров до многих метров.

Мировые ресурсы приливной энергии оцениваются в 1000 млрд. кВт-ч. Однако использование этой энергии затрудняется ее пульсирующим, прерывистым характером.

В настоящее время в мире действуют десять приливных электростанций (ПЭС), в том числе промышленная ПЭС Ранс во Франции (240 МВт), опытная ПЭС Аннаполис в Канаде (20 МВт).

В России на Кольском полуострове действует одна из первых в мире экспериментальная Кислогубская ПЭС мощностью 450 (630) кВт. На этой ПЭС проводятся исследования по отработке режимов работы, изучению энергетических характеристик турбин но-вого типа — ортогональных, изучению воздействия ПЭС на окружающую среду, материаловедческие исследования.

В последнее десятилетие за рубежом разработаны проекты круп-ных ПЭС: в Великобритании (Северн - 0,62 млн. кВт и Мерсей -0,7 млн. кВт), в Канаде (Кемберленд - 1,15 млн. кВт и Кобекуид -4,0 млн. кВт); ведутся проектные работы в Австралии, в Индии (Калпасар - 6,0 млн. кВт и Кутч - 10,0 млн. кВт) и в Аргентине; начато строительство ПЭС Гаролин в Корее (0,48 млн. кВт) и т. д.

Ведутся проектные работы и в России, где многолетний опыт эксплуатации и научные исследования на Кислогубской ПЭС позволили обосновать проекты мощных ПЭС глобального значения, осуществление которых достаточно вероятно уже в первые десятилетия наступившего XXI века. Наиболее проработанными в этом отношении являются ПЭС, по которым уже выполнены технико-экономические обоснования (ТЭО) или предварительные проектные проработки: Мезенская в Белом море установленной мощностью 8 млн. кВт, Тугурская мощностью 8 млн. кВт на Дальнем Востоке и Пенжинская в бассейне Охотского моря мощностью 87 млн. кВт. Начато рабочее проектирование Кольской опытно-промышленной ПЭС мощностью 32 МВт, на которой предполагается применить ортогональные турбины диаметром 5 м.

Российская «наплавная» технология строительства ПЭС, апробированная на Кислогубской ПЭС и на строительстве защитной дамбы от наводнений в Санкт-Петербурге, позволяет значительно снизить капитальные затраты по сравнению с классическим способом строительства гидротехнических сооружений за перемычками.

Комплекс проектных и научно-исследовательских работ по созданию морских энергетических и гидротехнических сооружений на побережье и шельфе, проводимых в условиях Крайнего Севера, позволяет в полной мере реализовать все преимущества приливной гидроэнергетики.

Особое место в числе различных видов гидроэнергетики занимают ГАЭС. Благодаря специфической технологии ГАЭС дают уникальную возможность двойного регулирования мощности - в генераторном и нагрузочном режимах. Это позволяет использовать ГАЭС при решении широкого диапазона режимных задач, связанных с потребностями в регулировании:

• работа в интересах Системного оператора Единой энергетической системы (ЕЭС) России по регулированию суточного графика нагрузки, перетоков по транзитным связям, напряжения и частоты;
• регулирование режимов «тепловых» изолированных энергосистем;
• оптимизация работы тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электростанций, улучшение их технико-экономических показателей, снижение вредных выбросов в атмосферу;
• совместная работа с ПЭС;
• осуществление функций быстро вводимого аварийного резерва генерирующей мощности.

Гидроаккумулирующие электростанции получили широкое распространение в мире: по состоянию на 2005 г. их общее количество достигло 460; в настоящее время строится около 40 новых ГАЭС во многих странах мира.

Актуальность развития генерирующих мощностей гидроаккумулирующего типа в России обусловлена дефицитом маневренных регулирующих мощностей, особенно в Европейской части страны.

В соответствии с долгосрочной программой развития гидроэнергетики в Европейской части России в период до 2020 г. планируется построить не менее 8 ГАЭС общей установленной мощностью около 6,5 млн. кВт. Ввод этих ГАЭС позволит в значительной мере оптимизировать режимы работы энергообъединений, повысить качество и надежность электроснабжения.