Опыт Европы в Харькове: возобновляемые источники энергии

Сегодня весь мир стоит перед глобальным вопросом о необходимости перехода на возобновляемые источники энергии и постепенный отказ от ископаемых источников – углеводородного топлива.

В странах Европейского союза уже не первое десятилетие главной энергетической стратегией является замещение привычных энергоресурсов экологически безопасной альтернативой. С этой целью парламентом ЕС были изданы около полутора десятка документов относительно поддержки возобновляемых источников энергии. Их суть можно свести к одному тезису – обеспечение максимальной независимости европейских стран от угля, нефти и природного газа.

На некоторых харьковских предприятий благодаря кредитам со стороны европейских банков и фондов постепенно внедряются энергоэффективные технологии, призванные улучшить производство энергии. Так, например, «Мировой банк» собирается выделить 107,5 миллионов гривен кредитных средств на мероприятия по замене оборудования на ТЭЦ-3 КП «Харьковские тепловые сети», чтобы увеличить выработку примерно на 160 миллионов кВт/час в течение года, а также экономить 6 миллионов кубометров газа.

Тем не менее, такие мероприятия далеки от внедрения альтернативных источников энергии. На сегодняшний день все теплоэлектростанции, которые находятся на территории Харькова (ТЭЦ-3) и Харьковской области (ТЭЦ-2 «Эсхар», ТЭЦ-5, Змиевская ТЭЦ) работают на устаревшем оборудовании, которое требует замены. Полностью отказаться от традиционной энергетики не представляется возможным, но модернизация ее, преобразование в энергоэффективную уже первая ступенька на пути к альтернативным источникам.

Не стоит забывать, что все вышеперечисленные теплоэлектростанции являются крупнейшими загрязнителями атмосферного воздуха в регионе. Их выбросы содержат такие отравляющие и вредные для экологии вещества, как оксид железа, оксиды углерода, соединения марганца, аммиак, хлористый и фтористый водород, а также парниковые газы. Последние выбрасываются в атмосферу в огромном количестве и подобное загрязнение воздуха является одной из важнейших причин, по которым страны Европейского союза решили планомерно отходить от такого способа производства энергии в пользу возобновляемых источников.

Развитие возобновляемой энергетики в Европе
и камни преткновения

С каждым годом доля энергии, которая производится в странах Евросоюза из возобновляемых источников, указывает на устойчивую динамику роста сравнительно с энергией, получаемой из углеводородных источников. Так, в 2004 году доля возобновляемых источников энергии равнялась 12%, что соответствовало 111,3 миллионам тонн в нефтяном эквиваленте из общего количества произведенной энергии в 930,1 миллионов тонн. В 2012 году доля возобновляемой энергетики возросла до 22,3%, что составило 177,4 МТНЭ от общего количества в 794,6 МТНЭ.

Дальнейшее увеличение производства электричества из возобновляемых источников является одной из основных целей Евросоюза. В течение 2006 – 2012 годов данный показатель увеличился на 8,1%. Если в 2006 году европейские страны сгенерировали из ВИЭ 15,4% электроэнергии, то в 2012 году на долю альтернативных источников энергии приходилось уже 23,5% от общего произведенного количества.

Однако на пути к повышению доли возобновляемых источников энергии Европейский союз и страны-члены сталкивались с рядом проблем. Первой проблемой есть то, что сегодня возобновляемая энергетика практически не может конкурировать на рынке с традиционными источниками энергии. А вторая проблема, вытекает из первой – страны ЕС вынуждены проводить масштабную государственную поддержку альтернативной энергетике. Это, в свою очередь, пало тяжкой ношей на бюджеты и население стран Содружества во время экономического кризиса. Данный опыт приводит к пересмотру стратегии в сфере развития возобновляемых источников энергии и сокращению субсидирования со стороны государства.

Даже несмотря на сокращение темпов развития возобновляемых источников в ряде стран-членов, Европейский союз остается одним из передовых лидеров в развитии так называемой «зеленой» энергетики. На долю стран Содружества приходится около 42% мирового потребления возобновляемой энергии. Для сравнения, на долю США приходится 23%, Китая – 9%, а Япония потребляет 4% энергии, произведенной альтернативными источниками.

Лидирующие позиции Европы в развитии ВИЭ заключены в том, что на протяжении пятнадцати лет в странах ЕС осуществляется полноценная политика, направленная на стимулирование «зеленой» энергетики. За эти годы сформированы четкие цели, производится широкий комплекс мер по достижению этих целей, а также введена в действие модель разделения ответственности между двумя уровнями власти – коммунитарным и национальным.

Переход к комплексному подходу в вопросе развития возобновляемых источников энергии начался к середине первого девятилетия XXI века. Данный переход основывался на целом пакете мер по снижению парниковых выбросов и модернизации энергетической отрасли. Тогда же была поставлена новая практическая цель – довести производство «зеленой» энергетики до 20% от первичного потребления к 2020 году. А для реализации данной цели была принята Директива 2009/28 по развитию возобновляемой энергетики, которая фактически перевела политические намерения в юридические обязательства для стран ЕС.

В период с 2002 по 2011 год суммарное производство возобновляемых источников энергии в странах Евросоюза выросло на 67%. Среднегодовой темп роста составил 7,4%.

Уже сегодня ряд европейских стран перешагнули барьер в 20% и ставят перед собой цель не только 50% производства энергии из возобновляемых источников, но и полный 100% переход на «зеленую» энергетику.

Так, в Дании 100% электроэнергии и тепла планируется производить из альтернативных источников энергии с 2035 года и 100% во всех секторах с 2050 года. По данным «Eurostat news release», по состоянию на 2013 год Дания достигла уровня в 27,2% доли ВИЭ в валовом конечном потреблении энергии, при этом к 2020 году этот показатель датчане собираются поднять до 30%.

В Исландии (не является членом ЕС, но наиболее активно развивает «зеленую» энергетику среди европейских стран) уже достигнуто 99% электроэнергии и 70% конечного потребления всей энергии из возобновляемых источников. Рейкьявик с 2003 года является первым городом в мире, где была построена водородная станция. По всей Исландии активно используется энергия, производимая геотермальными источниками и водными ресурсами. В планах у руководства этого небольшого северного государства полный переход на водородную экономику к 2050 году.

Правительство Шотландии планирует производить 100% электричества из «зеленого» сектора до 2020 году и 30% общей потребности в электроэнергии. Также цель 100% производство энергии из ВИЭ до 2020 года поставили для себя Мальдивы.

На сегодняшний день ряд европейских городов семимильными шагами внедряют возобновляемые источники энергии, ставя перед собой цель – 100%-ное вытеснение углеводородного топлива его альтернативными аналогами.

Так, шведский город Мальмо планирует перейти на 100% потребление возобновляемой электроэнергии до 2020 года. Уже сегодня этот портовый город называют «солнечным» в связи с тем, что в нем находится наибольшее количество установленных солнечных батарей во всей Швеции. Мальмо является прекрасным примером того, как жилые дома, муниципальные и офисные здания работают исключительно от возобновляемых источников (прекрасный тому пример эко-район Västra Hamnen).

В Мюнхене, третьем по величине городе Германии, с населением более 1,5 миллиона человек, планируют полностью обеспечивать потребности города в электроэнергии за счет возобновляемых источников к 2025 году. А в немецком Франкфурте до 2050 года планируют реализовать проект декарбонизации города за счет «зеленой» энергетики и альтернативного автомобильного топлива.

Тем не менее, в ходе принятия мер по поддержанию возобновляемых источников энергии на национальном уровне у некоторых стран систематически возникали трудности. Они возникают и сегодня, что, соответственно, ведет к отстаиванию от намеченной цели. Так, по состоянию на 2013 год только шесть стран (Швеция, Эстония, Румыния, Латвия, Болгария и Италия) уже достигли уровня, запланированного на 2020 год. Все остальные страны ЕС либо планомерно воплощают в жизнь намеченную энергетическую стратегию, либо далеки от поставленных целей, как например, Ирландия, Великобритания, Нидерланды и т.д.

Какие возобновляемые источники энергии
могут быть востребованы в Харькове?

Энергия ветра

Географическое расположение Харьковской области – в степной зоне – делает регион потенциальным местом создания ветропарков, которые бы позволяли преобразовывать кинетическую энергию ветра в электроэнергию.

Традиционное преобразование энергии ветра в электричество происходит при помощи ветрогенератора с вертикальной осью вращения (роторные). Мощность такого генератора напрямую зависит от размеров лопастей. Так, турбины мощностью в 3 МВт (V90), которые производит компания «Vestas» (Дания), имеют диаметр лопастей в 90 метров. Высота самой башни составляет 70 метров, а общая высота такого ветрогенератора – 115 метров.

В ходе своей работы ветрогенераторы практически не потребляют углеводородного топлива. В связи с этим, за 20 лет эксплуатации один ветрогенератор мощностью всего 1 МВт способен сэкономить около 29 тысяч тонн угля или 92 тысячи баррелей нефти. Стоит отметить, что в течение 20 лет работы ветрогенераторы не требуют никакого обслуживания.

Более того, компаниями ведется постоянная работа по увеличению мощностей ветряных генераторов. Так, «Vestas» в начале 2014 года начала тестировать турбину V-164, мощность которой составляет 8 МВт. В конце того же года был заключен первый контракт на поставку данных турбин. На сегодня это максимальная мощность ветрогенератора. Однако разработчики не сидят сложа руки и работают над созданием генератора мощностью свыше 10 МВт.

Скорость ветра в Харьковской области колеблется от 3,3 м/с (в летние месяцы) до 4,7 м/с (в феврале). Такой ветрорежим делает из региона перспективное поле для развития ветряной энергетики, как на уровне частного использования, так и на коммерческих основах.

Энергия солнца

Харьковская область имеет также оптимальное расположение для преобразования солнечного излучения в электроэнергию. Регион расположен в умеренной зоне солнечного излучения, среднегодовая норма которого составляет примерно 1200 кВт/ч на квадратный метр. Для сравнения, упоминаемый выше город Мальмо расположен в менее солнечной северной части света, где среднегодовая норма солнечного излучения колеблется от 900 до 1000 кВт/ч на квадратный метр.

Тем не менее, это не стало помехой для шведов, чтобы начать повсеместно устанавливать солнечные коллекторы (для нагрева воды и обогрева помещения) и фотогальванические батареи (для генерации электричества) сначала на объектах муниципальной собственности города Мальмо (школы, больницы, музеи, бассейны и т.д.), а позже и на жилых домах, а также офисах. В общей сложности крыши шведского «солнечного города» покрывает около 3,4 тысяч квадратных метров солнечных батарей, которые производят 500 кВт электричества.

Безусловно, что на сегодняшний день электричество, произведенное таким образом, является дороже того, что производится традиционными электростанциями. Однако в скором времени эта ситуация может измениться в пользу солнечной энергетики. Еще одним минусом для местного бюджета может быть сама установка таких батарей, которая является очень затратной.

Однако есть и преимущества солнечной энергетики. Во-первых, установка фотогальванических батарей, скажем, на крышах «хрущевок», а также учреждений коммунальной формы собственности, позволит частично сделать их автономными в вопросе энергоснабжения. Во-вторых, гарантия производителей на одну солнечную батарею – около 25 лет, а заявленный срок службы фотогальванических систем примерно 50 лет. Таким образом, на несколько десятилетий бюджетное финансирование общественных зданий в сфере энергопотребления и отопления (если мы говорим также и об установке солнечных коллекторов) сводится к минимуму.

Но сегодня перспектива развития в Харькове солнечной энергетики больше зависит от энтузиастов, которые стремятся к минимизации потребления электричества по нынешним ценам. По данным Государственного агентства по энергоэффективности и энергосбережения Украины, в прошлом году количество частных хозяйств, которые оборудовали на крышах домов солнечные электростанции и получили «зеленый» тариф возросло до 244. За прошлый год эти домашние солнечные электростанции произвели 410,268 кВт/час.

По данным главы Госэнергоэффективности Сергея Савчука, частный сектор стимулирует на обеспечение собственной энергонезависимости так называемый «зеленый» тариф.

«В случае продажи в общую сеть излишков электроэнергии, произведенной от энергии солнца, стоимость 1 кВт/часа составляет 19,01 евроцента», – поясняет Савчук.

Биоэнергетика

Сегодня биоэнергетика постепенно вводится в Харьковской области в виде твердых видов биотоплива – пеллетов (топливных гранулах, полученных из древесных и сельскохозяйственных отходов), – которыми отапливаются несколько сотен школьных котелен по области, в частности в Дергачевском и Купянском районах. В общей сложности по региону уже работают 435 котельных на альтернативном топливе, что составляет 23% всех котелен области.

Однако помимо твердых видов биотоплива существует биогаз, а также жидкое биотопливо различного происхождения. Биогаз представляется наиболее перспективным для Харькова и области, поскольку его можно получать из практически всех органических отходов жизнедеятельности человека, начиная бытовыми отходами (производящими свалочный газ) и канализационным илом и заканчивая органическими отходами промышленного производства (молокозаводов, всевозможный жом, отходы рыбного и забойного производств и т.д.).

Сырье или биомасса подвергается процессу брожения под воздействием бактерий класса метаногенов, в результате которого происходит метановое разложение биомассы с последующим производством биогаза. Также одной из разновидностей биогаза является биоводород.

В результате деятельности метанреактора можно получить биогаз в объеме от 150 до 1000 кубометров, в зависимости от сырья. Чем меньше в биомассе процент содержания метана, тем больше сырья необходимо.

На наш взгляд, именно производство биогаза может иметь широкие перспективы в Харьковской области, что позволит также утилизировать без вреда для экологии отходы растительного и животного производства, а также канализационный ил, который массово складируется на полях фильтрации, отравляя почву и атмосферу.

Сегодня Харьков и область представляет собой перспективный регион для развития возобновляемых источников, в первую очередь, за счет биоэнергетики, кинетической энергии воздушных потоков и солнечного излучения. Превращение региона в производителя «зеленой» энергии поможет частично снизить зависимость от ископаемого топлива, а также сделает Харьков по-настоящему европейским городом, с цивилизованным и ответственным отношением к экологии и здоровью жителей.

Роман Шемигон