Предпочтение или выбор? Энерго-экологическая эффективность местных видов топлива и возобновляемых источников энергии

 Удорожание импортируемых в страну природного газа и нефти в программах развития отечественной энергетики невольно смещают внимание к вовлечению в энергобаланс страны местных видов топлива и возобновляемых источников энергии. Речь идет о торфе и древесине, а также буром угле и горючем сланце. Первые два вида топлива широко используются, прежде всего, для замещения в котельных газа и жидкого топлива. Однако говорить об использовании бурых углей в краткосрочной перспективе ещё рано, так как затраты на их освоение весьма велики. При этом не наблюдается реальных инвесторов, хотя существуют планы  освоения таких углей и использования их к концу нынешней пятилетки. В отношении сланца цели ещё менее определённы.

К возобновляемым источникам энергии относятся гидроресурсы, ветровая энергия, биомасса, солнечная энергия, геотермальная энергия и др.

Потенциал гидроресурсов в Беларуси невелик: экономический  – 250 МВт, технический – 520 МВт.

Энергетический потенциал ветроресурсов полностью не изучен, его оценки колеблются от нескольких до десятков миллиардов кВт.ч в год.

Потенциал биомассы, включающей в себя древесину, отходы животноводства, птицеводства, специально выращиваемые растения и др., оценивается в размере нескольких (до 3)  млн. тонн условного топлива в год.

Потенциал солнечной энергии велик, однако при нынешнем уровне развития технологий преобразования солнечной энергии в электрическую, широкомасштабное использование энергии солнца экономически нецелесообразно.

При замещении природного газа и мазута местными видами топлива не происходит повышения эффективности использования топлива и сокращения выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов. Напротив, экологическая обстановка только ухудшается, так как кроме выбросов СО₂ в атмосферу поступает метан, закись азота, диоксид серы, зола и другие химические соединения. Ценность древесного топлива состоит в том, что из-за отсутствия серы и малой зольности экологическая обстановка ухудшается незначительно. Содержание серы в торфе относительно невелико, но из-за более низкой теплоты сгорания и содержания водорода, при замещении природного газа торфом возрастают в расчёте на единицу получаемой энергии выбросы диоксида углерода и серы.

Использование бурого угля в энергетике приведёт к существенному возрастанию экологической нагрузки на окружающую среду. Негативные экологические последствия будут иметь место уже на стадии добычи бурых углей, однако более серьёзные последствия появятся в результате его сжигания.

При одностадийном процессе сжигания твёрдого топлива (бурый уголь, торф, древесина) выделяются экологически опасные соединения. Поэтому при дальнейшем увеличении доли местных топлив необходимо использовать современное оборудование, позволяющее осуществлять многостадийный процесс сжигания. Иначе замещение природного газа местными видами топлива приведёт к увеличению выбросов парниковых газов.

Возобновляемые источники энергии, такие как гидроэнергетика, биомасса, ветроэнергоустановки, солнечные электрогенерирующие установки, являются экологически чистыми источниками, однако здесь также имеют место определённые негативные экологические последствия. Для гидроэлектростанций  возникает проблема с затоплением земель, отводимых под водохранилище. Особенно велик будет экологический и экономический ущерб, если под затопление попадают лесные массивы и пахотные земли.

Использование отходов лесоводства для производства энергии оказывает положительное влияние на экологию, так как при сборе отходов улучшается санитарное состояние леса. При сжигании древесной массы снижаются выбросы окислов серы, азота, тяжелых металлов по сравнению с сжиганием угля и жидкого топлива. Переработка древесных отходов в газогенераторах с целью производства газа экологически менее опасна, чем непосредственное сжигание в топках котлов. Малая зольность и отсутствие серы позволяет обеспечить сгорание древесной массы при влажности до 40 – 50 %. Произведенным газом может быть заменено использование жидкого топлива и природного газа в котлах, сушилках и т.д. без дорогостоящей их реконструкции. Данный газ может быть использован также вместо непосредственно сжигаемого древесного топлива.

Весьма позитивные экологические последствия видятся в использовании биомассы животного происхождения (отходы крупного рогатого скота, свиноводства и птицеводства) для производства энергии. Известно, что отходы животноводческих ферм и птицефабрик хотя имеют ценность как удобрения, но содержат много патогенных, вредных для окружающей среды веществ, которые  приводят к снижению урожайности, к отравлению животных и людей через продукты питания. Поэтому проблема удаления и утилизации навозных стоков весьма актуальна с точки зрения экологии. С целью обеззараживания эти отходы подвергают аэробной обработке, однако такая обработка требует отчуждения больших площадей, а это приводит к большим потерям из-за сокращения площадей сельхозугодий.

Анаэробное сбраживание является самым эффективным способом переработки отходов, так как при этом обеспечивается быстрое и почти полное их обеззараживание. Помимо биогаза и экологически чистого удобрения, при этом получается жидкий сток, который может быть использован для удобрительного полива полей. От эффективности решения проблем утилизации отходов животноводства и птицеводства зависит благополучие окружающей среды в сельской местности.

На первый взгляд, эксплуатация ветроэнергоустановок  не приводит к выбросам загрязняющих веществ в атмосферу. Тем не менее, они оказывают негативное воздействие на окружающую среду в другом направлении. Прежде всего, следует отметить вред, наносимый птицам и животным.

Другое направление вредного воздействия – это шумовое воздействие.  Выделяют два источника шумового воздействия. Первый – это механическое и электрическое оборудование и, в частности, редуктор и генератор.  Второй – это аэродинамический, возникающий вследствие взаимодействия ветрового потока с лопастями ВЭУ. Однако, шумовое воздействие не больше, чем от других механизмов и машин. В целом, хотя и существуют некоторые экологические проблемы, связанные с сооружением ВЭУ, однако они ни в коей мере не могут оказывать сдерживающего влияния на развитие ветроэнергетики.

Самой экологически чистой является солнечная энергия, так как при её использовании нет выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ и парниковых газов. Экологические последствия выражаются в отчуждении земель под размещение солнечных установок.

1 млн кВт·ч, выработанный на солнечных, ветровых, геотермальных и гидравлических электростанциях, предотвращает выброс 1 тыс. т диоксида углерода, 6 т сернистого газа, 1,5 т оксидов азота и заменяет примерно 2 тыс. т у.т.

При оценке эффективности сооружения таких возобновляемых источников обычно учитывается одна составляющая эффекта – это экономия топлива. Между тем не учитывается другая составляющая эффекта – ущерб, наносимый окружающей среде. Для тепловых электростанций – это выбросы в окружающую среду, включающие в себя С0₂, СH₄, СО и N₂О. Для ТЭС величина эквивалентных выбросов получается на два порядка больше, чем для ВИЭ. Заметим, что эквивалентные выбросы рассчитываются через коэффициенты глобального потепления. Ясно, что отрицательное воздействие ТЭС на окружающую среду значительно больше.  Этот фактор не может не учитываться при оценке сравнительной эффективности ВИЭ.

Е.Милаш.

Материал подготовлен на основе доклада на международнойнаучно-технической конференции «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК»; ноябрь 2011 г., г. Минск.