ИНВЕСТИЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ РАЗВИТИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

   В условиях постоянного истощения запасов традиционных источников энергии все большее значение приобретает поиск альтернативных способов получения энергии.

   Белгородская область находится в центре Европейской территории России. Территория области занимает южные и юго-восточные склоны Среднерусской возвышенности  в бассейне рек Северского Донца,  Дона и Днепра. Поверхность территории представляет собой несколько приподнятую равнину, по которой проходят юго- западные отроги Орловско-Курского плато Среднерусской возвышенности, расчлененного многочисленными речными долинами и густой овражно-балочной сетью. Климат области умеренно континентальный: с жарким летом и сравнительно холодной зимой [6]. Белгородчина щедро одарена природными ресурсами. На территории области сосредоточено более 40% общероссийских запасов железной руды. Регион славится своими плодородными черноземами, которые составляют более 70% всех сельхозугодий. Белгородская область обладает значительным потенциалом экономического роста. В регионе сложились благоприятные предпосылки для развития зон опережающего развития и кластеров.

   Определим потенциал альтернативных источников энергии на территории Белгородской области.

  Потенциал водородной энергетики. Перспективы водородной энергетики заключаются в возможной экономии традиционного энергоносителя за счет добавления водорода в топливо двигателей внутреннего сгорания (автотранспорт) и газотурбинных двигателей (электроэнергетика, авиатранспорт).

   Водород обладает очень  высокой теплотой сгорания: при сжигании 1 г водорода получают 28,6 кал тепловой энергии (при сжигании 1 г бензина - 11,2 кал). Значительный эффект возникает уже при 5-10% добавлении водорода к бензину. Такая смесь позволяет повысить топливную экономичность двигателя на 20- 25%, снизить эксплуатационный расход бензина на 35-40% и токсичность отработавших газов по СО в 15-20 раз, по углеводородам в 1,5-2,0 раза и окислам азота в 10-15 раз [4].

   В настоящее время переход на бензоводородные смеси для автомобильного транспорта целесообразен только в регионах, которые имеют на своей территории либо химические и нефтехимические производства, где водород является побочным продуктом, либо достаточные ресурсы технологических газов, из которых может быть получен дешевый водород. Кроме того, в программе развития водородной энергетики в России на перспективу предусмотрено, что основным сырьевым источником получения водорода станет вода, для разложения которой должно быть использовано тепло высокотемпературного ядерного реактора. Подобных производств, ресурсов газа, равно как и ядерной установки на территории Белгородской области нет, а строительство нового реактора силами одного региона осуществить невозможно. Таким образом, водородная энергетика выходит за рамки инвестиционного потенциала Белгородской области.

   Потенциал энергии ветра. Среднегодовая мощность ветров на планете составляет 25-40 ТВт, что значительно больше суммарной мощности искусственных энергетических установок. В настоящее время может быть использовано не более 10 % этой энергии, так как наиболее мощные воздушные течения находятся на высоте, равной несколько сотен метров. Ветроресурсы России, доступные для технического освоения, равны около 1,1 ТВт [1].

   Тем не менее, ветроэнергетика имеет ряд отличительных особенностей. К экологическим недостаткам ветроэнергетических установок следует отнести шум, инфразвук и вибрацию. В непосредственной близости уровень шума достаточно крупной ветроэнергетической установки может превышать 100 дБ. Также помимо шума, воспринимаемого человеческим ухом, вокруг ветроэнергетической установки возникает опасный инфразвук частотой 6,7 Гц, вызывающий резонанс некоторых органов человека. При этом нарушается координация движения, повышается утомляемость, возникает чувство тошноты, снижается внимание. Инфразвук практически не поглощается в атмосфере. Ветряные установки также могут оказывать вибрационное воздействие на близлежащие поселения людей. Поэтому в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании приняты законы, ограничивающие уровень шума от работающих подобных установок до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Кроме того, определено минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300 м.

    Крупномасштабное применение ветроэнергетических установок в каком-то одном районе может вызвать там климатические изменения, так как скорость движения воздуха после комплекса таких установок существенно снижается.

   Кроме того, мощность ветроэнергетической установки зависит от скорости ветра возведенной в куб. На этот факт следует обратить особое внимание. Ветровой режим Белгородской области характеризуется преобладанием юго-западных, южных ветров в холодный период года, западных и северо-восточных – в теплое время года. Средняя годовая скорость ветра по области составляет 3,8-4,8 м/сек[6]. По результатам некоторых исследований применение современных ветроэнергетических установок экономически целесообразно при среднегодовой скорости ветра от 5 м/с [2]. На территории Российской Федерации к регионам с подобными климатическими условиями относится прибрежная зона.

     Следует так же учесть, что на территории Белгородской области ветра отличаются большим непостоянством и малой скоростью, подача электроэнергии с подобной установки в энергосистему будет неравномерной как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем режимах. Следовательно, введение сколь-либо значимой доли ветроэнергетики в энергосистему региона увеличит ее дестабилизацию и потребует резерва мощности в энергосистеме.

    Данная особенность делает бесперспективным это направление для Белгородской области. Полагаем, что энергия ветра может быть востребованной только при отсутствии других возможных источников, а при их наличии и одновременной ограниченности инвестиционных ресурсов делать упор на повсеместное распространение ветряных генераторов не стоит.

    Потенциал энергия волн, малой гидроэнергетики. Данное направление альтернативной энергетики перспективно только для регионов, находящихся в непосредственной близости к морским (океаническим) водам или имеющих на своей территории достаточное количество быстротекущих и полноводных рек.

   Несмотря на то, что Белгородская область расчленена многочисленными речными долинами, быстротекущие реки, способные создать мощный скоростной поток на ее территории отсутствуют.

   Потенциал солнечной энергии. Достаточно известным фактом является то, что за один час на Землю поступает больше солнечной энергии, чем потребляется человечеством в течение года. В связи с этим, солнечное излучение как ресурс представляет собой приоритетный источник по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии [5]. Использованию солнечной энергии на территории Белгородской области будет уделено особое внимание в нашем исследовании.

    Потенциал биоэнергетики. Технологии биоэнергетики позволяют производить как газообразное, так и жидкое топливо. И в газообразном и в жидком состоянии, биотопливо может использоваться в качестве замены или добавки к бензиновому топливу двигателей внутреннего сгорания. На электростанциях масштабного производства энергии предпочтителен газ.

    При определении технического востребованного потенциала биоэнергетики на территории Белгородской области мы будем ориентироваться на возможности региона по производству биогаза. Производство спиртового топлива мы исключаем из перспективных направлений развития альтернативной энергетики в регионе по следующим причинам.

    Опыт стран, использующих бензоспиртовое топливо, а также целый ряд экспериментальных проверок [3] свидетельствуют о том, что мощностные характеристики двигателя при работе на бензоэтаноле либо не отличаются от базовых, либо превосходят их. Удельный эффективный расход бензоэтанола по сравнению с бензином снижается до 5%. Концентрация токсичных элементов в отработавших газах снижается, особенно на холостом ходу и малых нагрузках. При существующей стоимости бензина и этанола использование бензоэтанола может значительно снизить эксплуатационные расходы на топливо и уменьшить потребление нефтяных топлив.

    В то же время, низшая теплота сгорания бензоэтанола несколько ниже базового бензина, поэтому использование бензоэтанола всегда связано с необходимостью внесения конструктивных изменений в топливную систему автомобиля. Например, для адаптации двигателя к бензоэтанолу необходимо установить дополнительное оборудование автоматического управления зажиганием, а также датчик, контролирующий состав топлива, которые обеспечат оптимизированный рабочий цикл двигателя  при любом соотношении спирта и бензина.

   Применение смеси бензина и этанола в неадаптированном двигателе может привести к разрушению резинотехнических изделий, коррозии элементов топливной системы из сплавов цветных металлов, снижению мощности и ухудшению пусковых качеств двигателя.

   Использование газообразного биотоплива в двигателе внутреннего сгорания связано с еще большими конструктивными доработками.

   В настоящее время на российском рынке легкового и коммерческого автотранспорта, а так же спецтехники, предложение  автомобилей, технически адаптированных к использованию бензоэтанола  крайне ограничено. На линиях общественного транспорта города Белгорода запущено несколько машин принадлежащих муниципалитету и работающих на биогазе, но радикальное решение данной проблемы силами одного региона невозможно.

     Единственным решением могло бы стать стимулирование развития мастерских по доработке топливных систем автомобилей, но кто из любителей или профессионалов отдаст дорогостоящее авто слесарю-самоучке? Полагаем, что в период до 2020 года, при отсутствии соответствующей государственной политики и серьезных долгосрочных программ бензоэтанол не будет востребован на отечественном рынке топлива для двигателей внутреннего сгорания.

    Потенциал производства энергии на основе биогаза был в достаточной степени в период до 2014 года исследован группой разработки региональной долгосрочной целевой программы «Развитие возобновляемых источников энергии на 2013 - 2015 годы и на период до 2020 года».

   Обилие сырьевого ресурса для биоэнергетических установок на территории Белгородской области связано с развитием свиноводства, птицеводства и молочного животноводства. Белгородская область занимает ведущие позиции по поставкам животноводческой продукции на отечественный рынок. По данным Белгородстата всеми сельхозтоваропроизводителями произведено за 2014 год 1531,1 тыс. тонн скота и птицы на убой в живом весе.

   Перевод производства продуктов животноводства и птицеводства на промышленную основу вызвал необходимость организации в каждом хозяйстве сложной системы переработки больших объемов отходов, альтернативой которой и является биоэнергетика.

   В Табл.1 представлены прогнозируемые объемы отходов различных видов сельскохозяйственных мясо- молочных производств, которые станут возобновляемым сырьем естественного происхождения для биоэнергетических станций.

Таблица 1 Прогнозируемые объемы отходов животноводства, птицеводства и других видов производств на территории Белгородской области в период 2013-2020 годы

   Прогноз объемов отходов осуществлялся на основе данных о введенных производственных мощностях животноводства и птицеводства, а также планируемых к вводу в указанный период в рамках реализации других региональных и федеральных программ по развитию агропромышленного комплекса.

    В марте 2012 года введена в эксплуатацию пока еще единственная на Белгородчине биогазовая станция «Лучки» по производству электроэнергии из отходов бойни, свиноводческих стоков  и кукурузного силоса. Тепловая энергия на заводе вырабатывается в результате утилизации кишечной группы путем брожения. Полученный газ поступает на специальные генераторы, которые в дальнейшем переработают её в полноценную электрическую энергию. Эта биогазовая станция является крупнейшей в стране, аналогов ей по объемам производства электрической и тепловой энергии по применяемой здесь технологии ни в одном регионе нет. В настоящее время мощность установки увеличено до 3,6 МВт, увеличена и объем переработки отходов сельхозпредприятий, и объем выработки электроэнергии. На данный период времени переработка отходов увеличена до 95 тыс. тонн в год, выработка электроэнергии - до 29,8 млн кВт/ч в год, а получение органических удобрений возросло до 90 тыс. в год [7].

    С учетом достижения высоких производственных показателей в отдельных отраслях животноводства и фактическом достижении планируемых значений производства продукции животноводства, прогнозируется, что развитие биоэнергетики станет одним из направлений развития экономики агропромышленного комплекса области в среднесрочной перспективе.

    Потенциал геотермальной энергии. Энергетический потенциал расплавленного ядра Земли очень высок.

   Но вся территория Белгородской области расположена на возвышенной равнине, которая не имеет разломов и расщелин, позволяющих энергии ядра выходить на поверхность без существенных потерь. Доходя до верхних слоев земной коры, эта энергия теряет практически весь свой колоссальный потенциал. Ее все же можно рассматривать в качестве альтернативного источника, но уже как низкопотенциальную энергию грунта.

   Потенциал низкопотенциальной энергии грунта. Данный вид энергии создается доходящей до поверхностей энергией ядра Земли и аккумулируемой энергией солнечного излучения. Теплота, исходящая из недр имеет очень малую плотность и основной составляющей низкопотенциальной энергии грунта все же является накопленная солнечная энергия. Но этот факт на данный момент не имеет принципиальной значимости. Использованию низкопотенциальной энергии грунта на территории Белгородской области, как и солнечной энергии, будет уделено особое внимание в нашем исследовании.

   Потенциал термоядерной энергии. Грандиозность затрат на строительство термоядерного реактора не позволяют рассматривать данный вид энергии как возможную альтернативу для какого-либо отдельного региона России.

   По итогам проведенного анализа наибольший интерес для дальнейшего развития и инвестирования сферы альтернативной энергетики на территории Белгородской области представляют: солнечная энергия, биоэнергия и низкопотенциальная энергия грунта.

Список литературы

1.      Галюжин, С.Д. Пути решения энергетической проблемы / С.Д. Галюжин, А.С. Галюжин, О.М. Лобикова // Вестник Белорусско-Российского университета. - 2008. - № 2. - С. 146.

2.      Керимов, И.А. Ресурсы солнечной и ветровой энергии Чеченской республики / И.А. Керимов, М.В. Дебиев, Р.А.М. Магомадов, Х.И. Хамсуркаев // Инженерный вестник Дона. - 2012. - Т. 19. - № 1. - С. 303.

3.      Левтеров, А.М. Экспериментальная оценка энерго-экологических показателей автомобильного двигателя на бензоэтаноле / А.М. Левтеров, В.П. Мараховский, В.Н. Бганцев, М.В. Сарапина // Автомобильный транспорт. - 2008. - № 22. - С. 98-101.

4.      Марченко, Г.Н. Перспективы использования новых видов топлива и развития возобновляемых источников энергии // Г.Н. Марченко, Э.Р. Алтынбаева // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2011. - Т. 7. - № 4. - С. 12.

5.      Солнечное излучение как иcточник энергии // Георесурсы. - 2006. - № 4. - С. 30.

6.      Общие сведения о Белгородской области // Официальный сайт Департамент агропромышленного комплекса Белгородской области. - http://belapk.ru/info (дата обращения 20.05.2015).

7.      По итогам производственного совещания «АльтЭнерго» [электронный ресурс] URL:https:// altenergo.su/press/news (дата обращения 25.09.2015).