CC BY
53
КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН КАКСОСТАВНАЯ ЧАСТЬ ИННОВАЦИОННОЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ
Н. А. МАГОМЕДОВА, кандидат экономических наук, младший научный сотрудник E-mail: ivtran@inbox.ru Институт социально-экономических исследований Дагестанского научного центра РАН
Проанализированы теоретические взгляды на взаимосвязь возобновляемых энергоресурсов и устойчивого экономического роста. Рассматриваются основы использования солнечной энергии. Приведены современные методики расчета потенциала солнечной энергии по характерным регионам, по которым оценены ресурсы в РД. Проведены расчеты эффективности технологий и установок. Предложены механизмы совершенствования рационального освоения и использования энергоресурсов.
Ключевые слова:устойчивое развитие, возобновляемая энергетика, солнечная энергия,установка, экология, концепция, геотермальные ресурсы, нетрадиционные энергоресурсы, депрессивный регион, биоресурсы, эффективность.
Республика Дагестан (РД), занимающая площадь 50,3тыс. км2, с населением более 2,1 млн чел., является одним из самых крупных субъектов Российской Федерации на Северном Кавказе. Географической особенностью РД является то, что территория горной зоны на высоте свыше 1 ООО м над уровнем моря составляет 38 % всей ее территории, северная зона с децентрализованной системой энергоснабжения (около 30%). В этих регионах сложилась критическая ситуация энергетического и экологического характеров, и, соответственно, появились экономические проблемы.
Потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в этих районах на душу населения в год составляет 1,5 т условного топлива (тут), что примерно в 5 раз меньше среднего значения по России. Динамика изменения потребления и производства различных видов ТЭР показывает, что
положительный годовой баланс имеет место только в электроэнергетике. При этом необходимо иметь в виду, что в зимний период поставщикам электроэнергии приходится закупать ее у других энергосистем по тарифам, значительно превышающим те, по которым они продают ее тем же энергосистемам в период высокого водостока [1—3].
Главная причина дефицитности ТЭК — ограниченность запасов органических видов топлива. Запасы каменного угля незначительны (менее 700 млн т) и по условиям залегания их извлечение экономически нецелесообразно. То же можно сказать и о запасах торфа (менее 5 млн т), обладающего высокой влажностью (70 %) и зольностью (более 50 %). Несмотря на более чем столетнюю историю нефте- и газодобычи в РД, все продукты нефте- и газопереработки ввозятся в нее из-за отсутствия здесь нефте- и газоперерабатывающих производств. Следует отметить, что и ранее развитие экономики РД в большой степени сдерживалось ограниченностью топливной базы.
Характерной особенностью РД является наличие большого числа мелких потребителей энергии, удаленных от источников энергии и центров ее распределения, — это хутора, фермы и другие мелкие крестьянские хозяйства. Строительство линий электропередач к таким потребителям, а также в рассредоточенные и отдаленные районы со сложным рельефом местности, экономически невыгодно (высокие затраты на строительство распределительной электрической сети большой протяженности и со значительными — до 20 % потерями в них при передаче электроэнергии), а
в горных районах технически затруднено. Следует отметить весьма низкую надежность электроснабжения в этих районах [5].
При существующих ценах на привозное органическое топливо для таких потребителей оказывается экономически более выгодно покрывать частично или полностью потребность в энергии за счет возобновляемых источников энергии (ВИЭ), которые по самой своей специфике наиболее подходят для создания автономных систем энергоснабжения. При сложившейся ситуации в топливно-энергетическом комплексе РД более 65 % населения здесь ощущают постоянный дефицит в энергообеспечении, особенно в горячем водоснабжении.
Использование ВИЭ в широких масштабах диктуется не только желанием заместить традиционные энергоносители, но и необходимостью создания цивилизованных комфортных условий населению.
Весьма важными являются также экономическая и экологическая стороны этого вопроса. Возобновляемые энергоресурсы, используемые в отдаленных районах РД для автономных энергоустановок, замещают в основном такие виды топлива, как уголь и дрова, которые дотируются из бюджета [4—7].
Рассмотрим наиболее важные ресурсы ВИЭ РД.
Энергия малых рек. Одно из главных богатств РД — гидроресурсы. По ее территории протекает 4 320 больших и малых рек общей протяженностью 24 125 км. На каждый квадратный километр приходится 455м речной сети, что в 5 раз превышает средний показатель для всей территории бывшего СССР, а по плотности гидроэнергоресурсов — в 9,9 раза. Более 278 рек имеют народнохозяйственное значение. В РД сосредоточено почти 40% гидроэнергетического потенциала речного стока Северного Кавказа (по мощности 6,3 млн кВт и по выработке 4,5 млрд кВт-ч/год), при этом насыщенность территории гидроэнергетическими ресурсами составляет около 1 млнкВтч на 1км2 в год. Обладая таким энергетическим потенциалом, РД потребляет на душу населения электроэнергии в 3—4 раза меньше, чем в среднем по России, а по отдельным горным районам в 8—10 раз меньше. 85—90 % потенциальных гидроресурсов сосредоточены в горах. При этом в энергетическом балансе гидроэнергетика составляет только 18—19 %, а топливосжигающие технологии — до 80%. Потенциал малых (протяженностью 10—25 км) и мельчайших (до 10 км) рек значителен и составляет 16% от общего гидроэнергетического по-
тенциалареспублики. Наэтихрекахв 1930—1950гг. в РД было введено в эксплуатацию более 70 микро- и малых ГЭС, которые впоследствии были большей частью ликвидированы, а незначительная часть была законсервирована [9].
Гелиоресурсы. Велики в РД и ресурсы солнечной энергии. Продолжительность солнечного сияния составляет от 214 дней в равнинных и до 315 — в горных районах республики [2]. Интенсивность поступления солнечной радиации в ясный день достигает в горных районах 1 кВт/м2. Активное использование солнечной энергии для теплоснабжения также позволит уменьшить потребление топлива на коммунальные нужды.
Геотермальные ресурсы. Республика располагает большими запасами геотермальных энергоресурсов. Прогнозные запасы на изученной бурением части составляют 8 млн м3/сут. На территории РД более 30 месторождений, 10 из которых разведаны бурением, с прогнозными запасами в объеме 250тыс. м3/сут. и с эксплуатационными запасами 120тыс. м3/сут. По имеющимся данным валовой потенциал только термальных вод на глубине до Зкм составляет 50 млн тут в год. Значительная часть населения городов Махачкалы, Кизляра и Избербаша использует термальную воду для коммунально-бытовых нужд. Однако сегодня доля геотермальных источников энергии в топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) республики незначительна — немногим более 0,5 %, тогда как в перспективе она могла бы составлять до 20 %, что позволило бы резко уменьшить сжигание топлива на коммунальные нужды [12].
Ветроэнергетические ресурсы. По оценкам, полученным на основе многолетних данных метеорологических станций, расположенных на территории республики, ветроэнергетические ресурсы составляют порядка 60 млрдкВт-ч/год. Среднегодовая скорость ветра для горных районов равна около 3 м/с, а для прибрежной зоны это значение выше. Пока недостаточно изучены ветровые режимы в горных районах, где имеются локальные концентраторы ветра, вызванные сложным рельефом местности. Энергия ветра практически не используется. В РД согласно оценкам ряда специалистов (Ветроэнергетический кадастр территории республики) ветроэнергетический потенциал может составлять около 5 000 млрд кВт-ч. Предварительные расчеты проведены в центре «Малая энергетикаДагестана» [10].
Биоресурсы. Животноводческое направление сельского хозяйства РД ежегодно дает много ор-
ганических отходов, которые могут быть утилизированы в виде биогаза, технология выработки которого давно известна. Строительство биогазовых установок на животноводческих фермах позволило бы не только обеспечить их энергоснабжение, но и получать высококачественное удобрение, освободить территории от свалок навоза, улучшив тем самым санитарно-экологические условия и быт работников.
Эффективность систем ВИЭ. Очевидно, что основой электрификации в республике в обозримом будущем останется строительство крупных и малых ГЭС. Имеются налаженная производственная база, четкая программа ввода мощностей, кадровое обеспечение. Технико-экономические показатели гидростанций также общеизвестны. Это самые экономичные, надежные источники энергии.
Наряду с этим стратегия должна включать вовлечение в ТЭБ нетрадиционных ВИЭ, которые должны дополнить ТЭК республики. Актуальность использования ВИЭ вызвана рядом причин.
Вовлечение в ТЭБ ВИЭ является сложной проблемой, требующей научно обоснованного и поэтапного решения задач, включая оценку технически реализуемых и экономически целесообразных масштабов используемых энергоресурсов, создания необходимой технической и технологической базы, решения кадрового вопроса.
Преимущества малых энергетических установок, работающих на ВИЭ, в экологическом аспекте очевидны, в то время как их экономическая эффективность ставится порой под сомнение. Конкурентоспособность малой энергетики возросла не только за счет роста цен на органическое топливо, но в такой же степени за счет высоких темпов инфляции и больших процентов на капитал. Поэтому крупные энергетические объекты, сроки строительства которых растягиваются на 5—10 лет, лишаются одного из главных преимуществ — меньших удельных капиталовложений. Несмотря на это, обеспечение в РД выпуска соответствующего оборудования для использования ВИЭ нуждается в соответствующей экономической поддержке, включая льготные налоги и кредиты на производства, внедряющие прогрессивные технологии.
Весьма важным, если не основным, является и социальный аспект этой проблемы. С одной стороны, это повышение занятости населения, поступления финансовых средств в местные бюджеты, а с другой — возможность обеспечения удаленных потребителей энергией за счет экологически чистых местных ВИЭ с соответствующими
положительными экономическими и социальными последствиями [10—13].
Для РД внедрение нетрадиционных возобновляемых источников энергии имеет особое значение.
Во-первых, РД уникальна по запасам возобновляемых источников энергии.
Во-вторых, характерной особенностью РД является наличие большого числа мелких потребителей энергии, удаленных от источников энергии и центров ее распределения, — это хутора, фермы и другие мелкие крестьянские хозяйства. Строительство линий электропередач или газопроводов к таким потребителям экономически невыгодно.
В-третьих, нетрадиционные энергоресурсы, используемые в отдаленных районах РД для автономных энергоустановок, замещают, в основном, электроэнергию, а также уголь и дрова, которые дотируются из бюджета. Таким образом, использование ВИЭ позволит значительно сократить государственные дотации.
В-четвертых, использование ВИЭ обеспечивает экологическую безопасность отдельных городов и населенных пунктов со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.
В-пятых, в РД имеется высокий научный потенциал разработок по созданию и внедрению ВИЭ Объединенного научно-исследовательского и производственного центра ИВТ РАН по использованию ВИЭ (полигон «Солнце»), Института проблем геотермии РАН, Научно-образовательного комплекса по ВИЭ, а также производственных структур: НПО «Геобуртерм», «Гелио-агропромсер-вис» завод «Гелиомонтаж» и др.
Кратко о тех разработках, которые экономически эффективны.
Областями нетрадиционной энергетики, наиболее подготовленными для практической реализации в РД, несомненно, являются гидро- и солнечная энергетика. Достаточно сказать, что только установка солнечных коллекторов общей площадью в 1 км2 позволила бы сэкономить более 100 тыс. тут в год, что свело бы к минимуму потребность республики в угле. Отметим, что ряд организаций в России, в том числе Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) совместно с проектными, строительными и монтажными организациями России, проводит, начиная с 1983 г., разработку и внедрение гелиосистем различного назначения, предназначенных для теплоснабжения объектов
жилищного и гражданского строительства в ряде регионов страны, в том числе и в Северо-Кавказском регионе [14].
Эффективность солнечных систем теплоснабжения. Необходимо отдельно остановиться на теплоснабжении на базе солнечных коллекторов и на прямом преобразовании солнечной радиации в электрическую энергию.
Солнечные системы горячего водоснабжения и теплоснабжения. В среднем, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения составляет около 200 Вт/м2 в год, достигая в полдень около 1 ООО Вт/м2. Простейшим и наиболее дешевым способом является использование солнечной энергии, нагрев бытовой воды в солнечных коллекторах.
Эффективность использования солнечных систем теплоснабжения возможна с марта по ноябрь. Стоимость 1 м2 — 3 800 руб., срок окупаемости в горных условиях — 1,5 года. Площадь территории в 1 м2 даетдо 120 л горячей воды.
Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) при облучении 1 000 Вт/м2 дают мощность 70—80 Вт, стоимостью 5 долл. за 1 Вт. Срок окупаемости до 10 лет. Однако надо знать, что с учетом стоимости опор, линий передач и коммутационных устройств стоимость традиционных систем электроснабжения возрастает. Применение ФЭП в ряде областей: коммуникационные системы, ретрансляторы, мобильные радиосистемы, телефонные системы и другие автономные маломощные системы контроля. ФЭП также используются для подзарядки аккумуляторов, питания холодильников и водонасосных установок.
Солнечные сушильные установки на сегодняшний день экономически выгодны для сушки лекарственных трав, фруктов, овощей, риса и др. Срок окупаемости 2 года. Солнечные сушилки обеспечивают экологическую чистоту продукции
и сохранение ценных органолептических свойств. Оптимальные варианты солнечных систем представлены в таблице.
Геотермальные системы могут быть использованы в основном в плоскостных районах, где имеются ресурсы термальных вод, в том числе низкопотенциальные с использованием тепловых насосов.
Особый интерес представляет комплексное использование геотермальных вод с извлечением ценных компонентов и особенно попутного газа. Попутный газ используется в дизельгенераторах с конегерацией тепла, что дает 40 %-ную экономию. Сейчас установка ветроагрегатов с минимальными сопутствующими затратами может обеспечить до 40 % потребности РД в электроэнергии.
Очень важно отметить, что количественные показатели этого вида наряду с общеклиматическими сильно зависят от пересеченности местности. И если учесть, что 3/5 территории Дагестана — это горы, то очевидно, что возможность наличия участков типа «аэродинамических труб» чрезвычайно велика. Так, на достаточно хорошо изученном полигоне Дубки плотность энергии ветра равна 580 Вт/м2, что позволяет предполагать потенциальную выработкув 16 000кВт-ч-м2/год.
Необходимо отметить еще три обстоятельства, которые будут способствовать развитию ветроэнергетики: рост энергопотенциала и ресурсов с высотой местности, возрастание энергопотенциала на ряде участков в осенне-зимний период и минимальное, по сравнению с другими видами электро-генерирующих объектов, землеотведения.
В первом случае наличие разного рода возвышенностей позволяет легко решить эту задачу, во втором — компенсировать известный дефицит электроэнергии в наиболее напряженный период, в третьем — решить проблему дефицита земли в республике [8—14].
Базовые варианты расчета технико-экономических показателей солнечных систем теплоснабжения (ССТ)
Местность Itan потребителя
Частное домовладение Фермерское хозяйство Личное подсобное хозяйство
Круглогодичного функционирования Сезонного функционирования
Горы Отопление и горячее водоснабжение: электроэнергия + ССТ Отопление и горячее водоснабжение: уголь + биогаз + ССТ Отопление и горячее водоснабжение: электроэнергия + ССТ Отопление и горячее водоснабжение: электроэнергия + ССТ
Равнина, предгорье Отопление и горячее водоснабжение: уголь + ССТ Отопление и горячее водоснабжение: уголь + биогаз + ССТ Отопление и горячее водоснабжение: природный газ + ССТ Отопление и горячее водоснабжение: природный газ + ССТ
Северная зона Отопление и горячее водоснабжение: уголь + ССТ Отопление и горячее водоснабжение: уголь + биогаз + ССТ - -
Разработан модульный биологический утилизатор отходов сельскохозяйственной продукции и животноводства с использованием новых научных и технических решений.
Биогазовые установки позволяют одновременно с биогазом получать экологически чистые удобрения, содержащие биостимуляторы. 1 тудоб-рений эквивалентна 50 т перегноя и не содержит гельминтов и сорняков. Срок окупаемости 1 год.
Сжигание 1 м3 газадает2кВт-ч электрической энергии или 10—12тыс. кДж тепловой энергии. Переработка 1 т свежего навоза, помета может дать 40—1 ООО м3 биогаза, стоимость одной тонны биоудобрений — 5тыс. руб., тогда как на европейском рынке — 5—6тыс. долл. Биоудобрения повышают урожай от 20 до 50 %. Без учета экологической составляющей срок окупаемости установок — 1 год.
Актуальность выпуска биогазовых установок для республики очевидна.
В РД насчитывается более 600тыс. голов крупного рогатого скота (КРС), овец и коз — более 2,5 млн голов, 13 птицефабрик.
По самим скромным подсчетам годовой потенциал только этих биоресурсов составляет 100тыс. тут. Не менее значителен и потенциальный вклад в сельское хозяйство и производства высокоэффективного удобрения в количестве 4 млн т/год, особенно в условиях высокой стоимости и негативных последствий производства химических удобрений. Практически во всех животноводческих комплексах остро стоит вопрос охраны окружающей среды. Загрязнение грунтовых вод и речных стоков отходами животноводства ухудшает общую экологическую обстановку района, повышается опасность инфекционных заболеваний.
Широкомасштабное внедрение оборудования по переработке отходов животноводства позволит решить большой комплекс социально-экономических и экологических проблем.
Для РД использование солнечной энергии является весьма актуальной задачей не только для устойчивого экономического развития, но и важнейшей социальной и экологической значимости.
Эффективное внедрение энергоресурсов потребует ряд важнейших мер, а именно:
• разработать целевую программу «Использование возобновляемых источников энергии в Республике Дагестан до 2020 года», одной из составляющих частей программы стало бы использование солнечной энергии;
• использовать различные формы региональной поддержки использования ВИЭ в виде:
1) налоговых льгот;
2) льготного кредита;
3) льготного тарифа для продажи энергии, выработанной ВИЭ, в том числе солнечной;
• создать демонстрационный центр по использованию ВИЭ и энергосбережению;
• привлекать к участию зарубежные капиталы, сегодня они частично сдерживаются ввиду неустойчивого делового климата, нестабильных экономических условий и отсутствия нормативно-правовой базы и эффективной системы принуждения выполнения требований законодательства;
• ликвидировать информационные барьеры, в частности недостаток информации о технологиях, применяемых для перевода систем с традиционными источниками энергии на использование различных видов ВИЭ;
• определить запасы по различным видам ВИЭ. Даны только предварительные оценки потенциально пригодных для использования запасов ВИЭ. В целях выполнения республиканской целевой программы необходимо:
• создание механизмов долгосрочного финансирования инвестиционных проектов по освоению ВИЭ;
• совершенствование республиканской политики в области использования ВИЭ;
• финансирование демонстрационных и инвестиционных проектов по освоению ВИЭ;
• создание управляющего органа программой «Использование ВИЭ в РД до 2020г.» (наблюдательного совета, центраилидр.) [13].
Список литературы
1. Безруких П. П. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. Спб.: Наука, 2005.
2. Гусейнов У. М., МагомедоваН.А. Экологические и экономические проблемы использования нетрадиционных источников энергии в Республике Дагестан // Вестник молодых ученых Дагестана. Издательство СМУД «Академа». 2003.
3. Магомедова H.A. Социально-экономические аспекты использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии // Вестник молодых ученых Дагестана. Издательство СМУД «Академа». 2003.
4. Магомедова H.A., Цапиева O.K. Ресурсы и эффективность использования солнечной
энергии в Республике Дагестан // Спб.: Политехника, 2008.
5. Магомедова H.A. Возобновляемая энергетика как фактор устойчивого развития региона (на примере РД) // Региональная экономика: теория и практика, № 43. 2009.
6. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию // Л. С. Бекаев, О. В Марченко, С. П. Пинегин и др. Новосибирск: Наука, 2005.
7. Нетрадиционная энергетика Дагестана // Э. Э. Шпильрайн, Г. А. Гаджиев, А. Ш. Мейла-нов, H.A. Магомедова. Энергетическая политика. 2006, № 6.
8. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России // П. П. Безруких, Г. А. Арбузов, Ю. Д. Борисов и др. Спб.: Наука, 2002.
9. Фортов В. Е., Шпильрайн Э. Э. Энергия и энергетика. М.: Бунос, 2007.
10. Шпильрайн Э. Э. Экологические аспекты применения возобновляемых источников энергии для децентрализованного энергоснабжения // Перспективы энергетики. Т. 6. 2006, № 3.
11. Шейдлин А. Е. Некоторые проблемы энергетики // Энергия. 2005. № 8.
12. Энергетическая стратегия России (Основные положения). М.: Министерство топлива и энергетики РФ. 2007.
13. Bezrukikh P., Vissarionov V. Basic characteristics of energy renewed resources and prospects of their utilization in fuel and energetical balance of Russia // Perspective of renewable energy sources utilization in karelian fuel—energy balance: Proceed, of the first intern, seminar / Eds P. Pelkonen, G. Sidorenko. 2004, Vol. 1.
14. Wind energy development strategies for small countries: the Greek experience. World energy council 16th congress. Report 2.3.4. Volume 2.3.
