CC BY
13Статья поступила в редакцию 01.12.10. Ред. рег. № 900
The article has entered in publishing office 01.12.10. Ed. reg. No. 900
УДК 620.92.02
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В ЕГИПТЕ И В МИРЕ
Хегази Резк, В.И. Виссарионов
Московский энергетический институт (технический университет) 111250 Москва, ул. Красноказарменная, д. 14 Tel. 8(926) 8774176; e-mail: hegazyr@yahoo.com
Заключение совета рецензентов: 15.12.10 Заключение совета экспертов: 19.12.10 Принято к публикации: 23.12.10
Рассмотрено общее состояние и перспективы развития возобновляемых источников энергии в мире. Отмечено, что на современном этапе два направления определяют требования к электротехническому оборудованию и аппаратам. Это ветровые и фотоэлектрические станции, состояние и перспективы развития которых рассмотрены в данной работе. В настоящей работе проведен анализ данных по динамике введенной и установленной мощности ветровых электростанций, подключенных к электрическим сетям в Египте и в мире. Дается общее представление о динамике и направлениях развития фотоэлектрических станций.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, ветровые и фотоэлектрические станции.
STATUS AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF RENEWABLE ENERGY SOURCES IN EGYPT AND IN THE WORLD
Hegazy Rezk, V.I. Vissarionov
Moscow Power Engineering Institute (Technical University) 14 Krasnokazarmennaya str., Moscow, 111250, Russia Tel. 8(926) 8774176; e-mail: hegazyr@yahoo.com
Referred: 15.12.10 Expertise: 19.12.10 Accepted: 23.12.10
The general status and prospects of development of Renewable Energy Sources in the world are considered. It is noticed that at the present stage two directions define requirements to the electrotechnical equipments and devices. These are Wind and Photovoltaic Power Stations, a status and the prospects which developments are considered in the given work. In this paper present analysis of the adding and existing capacity of grid connected Wind Power Stations in Egypt and in the world. The general view about status and directions of development of Photovoltaics Power stations is given.
Keywords: renewable energy sources, wind and photovoltaic power stations.
Сведения об авторе: степень магистра электроэнергетических наук в Египте (2006 г.). В настоящее время аспирант кафедры нетрадиционных и возобновляемых источников энергии МЭИ (ТУ).
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, солнечная и ветровая энергетика.
Публикации: 3.
Хегази Резк
Сведения об авторе: д-р техн. наук, профессор кафедры нетрадиционных и возобновляемых источников энергии МЭИ (ТУ); действительный член Академии электротехнических наук РФ, Академии водохозяйственных наук РФ, Международной энергетической академии, Международной академии экологии и природопользования; дважды лауреат премии Правительства РФ. Под его руководством защищено 48 кандидатских диссертаций, имеет 37 патентов на изобретения и полезные модели.
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, солнечная и ветровая энергетика, гидроэнергетика.
Публикации: 355.
В.И. Виссарионов
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (90) 2010
© Scientific Technical Centre «TATA», 2010
В условиях ограниченности ископаемых энергоресурсов и невозможности уже в ближайшей перспективе свободно использовать углеводороды перед каждым государством встает важнейшая задача -поиск путей предотвращения наступающего энергетического кризиса. Одним из путей решения этой глобальной задачи, стоящей перед человечеством, является использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
Рис. 1. Доли различных источников энергии в производстве электроэнергии мира в 2009 г.
Fig. 1. Shares of various energy sources in production of the electric power of the world in 2009
Термин ВИЭ применяется по отношению к тем источникам энергии, запасы которых восполняются естественным образом, прежде всего за счет поступающего на поверхность Земли потока энергии солнечного излучения, тепла процессов, происходящих в ядре Земли, энергии приливов и отливов из-за вращения Луны вокруг Земли, и в обозримой перспективе являются практически неисчерпаемыми. Это, в первую очередь, сама солнечная энергия, а также ее
Возобновляемые источники энерг Renewed Energy Sources in t
производные: энергия ветра, энергия биомассы, энергия водных потоков. Данные рис. 1 дают представление о долях различных источников энергии в производстве электроэнергии мира в 2009 г. [1].
Согласно последним статистическим данным, общая мощность электростанций с использованием ВИЭ в мире уже превысила 1226 ГВт. Общее состояние энергетики на ВИЭ за период 2007-2009 гг. представлено в табл. 1 и 2. Данные рис. 2 и 3 дают представление об объемах использования ВИЭ в 2009 г. [1, 2].
Таблица 1
Основные показатели энергетики на ВИЭ мира в 2007-2009 гг., ГВт
Table 1
The basic indicators of renewed power of the world in 2007-2009, GW
Виды ВИЭ 2007 2008 2009
Ветровые электростанции (ВЭС) 94 121 159
Малые гидроэлектростанции (ГЭС) 50 57 60
Биомасса 50 52 54
Сетевые фотоэлектрические станции (ФЭС) 7,5 13,8 21
Геотермальные 9,6 10 11
Солнечные тепловые электростанции (СТЭУ) 0,4 0,5 0,7
Приливные 0,3 0,3 0,3
Потенциал ВИЭ (без крупных ГЭС) 240 280 305,7
Крупные ГЭС 830 860 920
Потенциал ВИЭ (включая крупные ГЭС) 1042 1115 1226
Таблица 2
: в странах мира в 2009 году, ГВт
Table 2
world countries in 2009, GW
Виды ВИЭ Китай США Германия Испания Индия Япония Весь мир
ВЭС 25,8 35,1 25,8 19,2 10,9 2,1 159
Малые ГЭС 33 3 2 2 2 4 60
Биомасса 3,2 9 4 0,4 1,5 0,1 54
Сетевые ФЭС 0,4 1,2 9,8 3,4 0 2,6 21
Геотермальные 0 3,2 0 0 0 0,5 11
СТЭУ 0 0,5 0 0,2 0 0 0,7
Приливные 0 0 0 0 0 0 0.3
Итого 62,4 52 41,6 25,2 14,4 9,3 305,7
ГЭС 197 95 11 18 37 51 980
Итого 226,4 144 50,6 41,2 49,4 56,3 1226
ВЭС; 159 ГВт; Биомасса; 60 ГВт; Сетевые ФЭС 13% 5% г 21 ГВт ; 2%
\ / Геотермальные;
11 ГВт; 1%
----/ / СТЭУ; 0,7 ГВт;
0%
■ _ Океан;
0,3 ГВт; 0%
ГЭС; 980 гВт; / 79%
Рис. 2. Объемы использования ВИЭ в 2009 г. Fig. 2. Capacities of renewed energy sources use in 2009
Рис. 3. Показатели использования ВИЭ в странах мира в 2009 г.
Fig. 3. Indicators of renewed energy sources use in the world countries in 2009
Прогноз для ЕС основывается на уже поставленной цели достижения доли возобновляемой энергии 25% к 2020 г. В то же время поддерживается цель, предложенная многими неправительственными организациями, по достижению 40% к 2040 г. Цифры для 2050 г. составляют 95% [1].
Арабская Республика Египет - государство в Северо-Восточной Африке; с севера омывается Средиземным, а с востока - Красным морем. Площадь страны - 1001 тыс. км2. Население Египта в 2010 г. 78 млн чел., и население страны растет по 1,3% в год. Средняя плотность населения около 70 человек на км2. 56,91% населения живет в деревнях и 43,09% живет в городах [3].
В Египте народное хозяйство потребляет в основном энергию, получаемую из органических видов топлива, окаменелостей и водных ресурсов. Исследования в области возобновляемой энергетики, проведенные учеными, показали, что с помощью ветровых и фотоэлектрических электростанций уже сегодня можно реально планировать устойчивое обеспечение энергией.
В настоящее время выработка энергии объединенной электроэнергетической сетью (ОЭС) составляет 131040 ГВтч (газовые турбины - 77,76%, ГЭС -11,2%, ветер - 0,7%, частный сектор - 10,1%). ОЭС Египта покрывает много городов страны и обеспечивает электроэнергией более 99% населения Египта. В Египте отмечается постоянный рост понимания будущей роли ВИЭ в энергетическом балансе страны. В связи с этим создана специальная организация, ответственная за распространение использования ВИЭ. Эта организация называется "New & Renewable Energy Authority, NREA". Она успешно сотрудничает с другими странами, в том числе и ведущими. Благодаря этому Египту удалось стать одним из лидеров в области использования возобновляемых источников энергии в регионе [4].
Ветроэнергетика - отрасль энергетики, связанная с разработкой методов и средств преобразования энергии ветра в механическую или электрическую энергию. Ветроэнергетике присущи все преимущества, характерные для альтернативной энергетики в целом (экологическая чистота, возобновляемость, низкие эксплуатационные затраты).
Альтернативная энергетика в общем и ветровая в частности демонстрируют бурное развитие во всем мире. Это связано с ростом цен на нефть, текущими проблемами энергетической безопасности и озабоченностью все большего числа людей проблемой изменения климата. В 2009 г. было установлено около 158 ГВт ветроэнергетических установок (+37,7 ГВт, или 31,18%). Таким образом, ветроэнергетика на протяжении последних лет продолжает оставаться крупнейшим сегментом рынка альтернативной энергетики [1].
В среднем в мире 1,5% потребляемой электроэнергии вырабатывается на ВЭС. В странах, где правительство оказывает поддержку ВЭС, доля ветроэнергетики выше, например, в Дании при помощи ветра получают свыше 20% электроэнергии, в Испании - 10%, Германии - 8% [1].
Сценарии развития мировой ветроэнергетики, разработанные Greenpeace, показывают, что при отсутствии государственной поддержки и рыночных стимулов доля ветровой энергетики в мировом производстве электроэнергии может достичь 5% к 2030 г. и 6,6% к 2050 г. А при господдержке энергосбережения ветровая энергетика может обеспечить 15,6% мирового производства электроэнергии к 2030 г. и 17,7% к 2050 г. При масштабных энергосберегающих мероприятиях ветровая энергетика обеспечит 29,1% мирового производства электроэнергии к 2030 г. и 34,2% - к 2050 г. [1, 2].
Таким образом, доля ветровой энергетики в системе энергоснабжения может быть значительно увеличена за счет реализации масштабных мероприятий в области энергосбережения. Так, правительством Канады установлена цель к 2015 г. производить 10% электроэнергии с использованием ВЭС, а правительство Египта планирует увеличение доли использова-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (90) 2010
© Scientific Technical Centre «TATA», 2010
ния ВЭС до 12% к 2020 г. В Китае, в соответствии с Национальным планом развития ветроэнергетики, планируется увеличить ветроэнергетические мощности до 30 ГВт к 2020 г. В Европе прогнозируется уверенное развитие данной отрасли, результатом чего будет 220 ГВт установленной мощности ВЭС к концу 2020 г. В начале 2006 г. было произведено около 40 ГВт, а к 2030 г. ожидается 340 ГВт [1, 4].
Динамика установленной мощности ВЭС, подключенных к электрическим сетям в Европе и мире за период 2002-2009 гг., показана на рис. 4. За указанный период установленная мощность ВЭС в мире выросла с 3 ГВт до 158 ГВт, а в Европе - с 2,3 ГВт до 76,16 ГВт. За последние два года (2008, 2009) рост установленной мощности к предыдущему году в мире составил, соответственно, 22,5% и 23,25%, а в Европе 12% и 14,7% [5, 6].
треть мирового рынка (36%). Для сравнения, с 2004 г. Китай составлял только приблизительно 2% рынка, а в 2009 г. страна добавила 13,6 ГВт ВЭС, что позволило достичь в общей сложности 25,8 ГВт. Это означает, что Китай удвоил свою существующую мощность в течение пяти лет (2004-2009 гг.). США добавили 10 ГВт ВЭС в 2009 году, что позволило сохранить лидерство в области ветроэнергетики (общая мощность 35 ГВт). Германия продолжала оставаться на первом месте в Европе, добавив 1,9 ГВт, немного отстав от Китая, получив в общей сложности те же 25,8 ГВт. Испания превысила европейский рынок новых установок, добавив 2,4 ГВт. Другие европейские страны, включая Италию, Францию и Соединенное Королевство, установили больше чем 1 ГВт. Индия добавила 1,3 ГВт и сохранила свое пятое место в области ветроэнергетики.
160000
120000
80000
40000
мВт
_._Мир "•"Европа
157900
76162
МВт
57139
34032
22719 28706 ' 2002 2003 2004 2005 2006 2007
год 2008 2009
Рис. 4. Установленная мощность ВЭС в Европе и мире, 2002-2009 гг., МВт Fig. 4. Existing capacity of wind power stations in Europe and the world, 2002-2009, MW
Данные рис. 5 дают представление о темпах ввода мощности ВЭС в первой десятке стран в 2009 г.
На графике видно, что Китай был главным инсталлятором в 2009 г., представляя больше чем одну
16000
12000
8000
4000
13600
10000
19002400
<
3
о
а т и
п П 1340 11001100 800 670 П П П п гп 340 .0 X
к и X а к и д X к и с а 1 1 СК J X X го к и с а к и X а а р т С
п о S S т S ам рр В ш г & р о а
Рис. 5. Темпы ввода мощности ВЭС в первой десятке стран мира в 2009 г. Fig. 5. Rates of input of capacity of wind power stations in the first ten countries of the world in 2009
1200
1000-
800
600-
400-
200
МВт
230 230
68 98
°П Я!
47
145 145
— — 85
0 Г 0
1090
890
550 550
430
310
80 п
120
120
320
220
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Год
Рис. 6. Введенная и установленная мощность ВЭС в Египте в 2002-2013 гг. Fig. 6. Adding and existing capacity of wind power stations in Egypt (2002-2013)
0
0
0
0
Египет обладает богатыми природными ресурсами ветровой энергии, особенно в Suez Gulf. Этот район считается одним из лучших мест в мире для производства ветровой энергии благодаря высоким и стабильным скоростям ветра. Скорость ветра здесь колеблется между 8-10 м/с, кроме того, здесь имеются большие пустынные площади. Таким образом, район Suez Gulf - это наиболее перспективный участок для размещения больших ветровых электростанций. В стране есть и другие перспективные участки со скоростью ветра в диапазоне 7-8 м/с. Они расположены к востоку и западу от реки Нила близ Beni Sweif и Menia [4, 5].
В 2010 г. в Египте установленная мощность ВЭС достигла 430 МВт (5 МВт в Hurghada и 425 МВт в Zafarana).
Согласно распоряжению правительства Египта, планируется увеличение доли использования ВИЭ с 11,9% в 2008 г. до 20% к 2020 г. Эта цель будет достигнута путем расширения использования энергии ветра, что составит в 2020 г. около 31 млрд кВтч году против 931 млн кВтч в настоящее время. В результате этого ежегодная экономия топлива составит около 7 млн тонн нефти и сократит выбросы СО2 на 17 млн тонн. Данные рис. 6 дают представление о введенной и установленной и планируемой мощности ВЭС в Египте в 2002-2013 гг. [4].
Солнечные электростанции. Наиболее распространенным и доступным ВИЭ является солнечная энергия (СЭ). Приход суммарной СЭ на поверхность Земли оценивается в 1018 кВт-ч/год. Эта цифра в 7000 раз превышает годовое потребление энергии всеми жителями нашей планеты. Солнечная энергия в настоящее время используется для получения тепловой и электрической энергии, применяемой в хозяйственных нуждах, главном образом в сельском хозяйстве.
ФЭС производят электричество в более чем 100 странах и продолжают быть наиболее быстро развивающимися в мире. Согласно последним статистическим данным, общая установленная мощность ФЭС в 2009 году в мире превысила 25 ГВт. Хотя ФЭС -самый дорогой вид установок на ВИЭ, именно он развивается самыми быстрыми темпами.
Общее представление о динамике и направлениях развития фотоэлектрических станций дается на рис. 7. В 2009 г. мировой рынок солнечной энергетики вырос на 7,2 ГВт, а темпы роста составили примерно 51%. Лидерами с точки зрения производства электроэнергии на ФЭС являются Германия (47%), Испания (16%), Япония (13%) и США (6%). В мире (вне Европы) лидерами по развитию солнечной энергетики являются США и Япония. Япония поставила перед собой задачу - достичь к 2020 году 28 ГВт установленной мощности ФЭС и к 2030 году - 53 ГВт [7, 8].
30
25
20
15
10
гВт
Автономные ФЭС Сетевые ФЭС Всего ФЭС
25
2003
2,12 2004
21
2005
2,5 2006
2007
2008
2009 Год
Рис. 7. Динамика установленной мощности ФЭС в странах мира, 2002-2009 гг., ГВт Fig. 7. Rates existing capacity PV systems in the countries of the world, 2002-2009, GW
5
0
По прогнозам, к 2020 г. в мире общая установленная мощность ФЭС составит порядка 1000 ГВт, то есть почти сравняется с ветростанциями. Уже сейчас построены фотоэлектрические станции мощностью 30-40-60 МВт. Кстати, ФЭС мощностью 20
МВт занимает площадь около 25 Га, как правило, неиспользуемых земель.
Данные рис. 8 дают представление о введенной мощности ФЭС в странах мира 2009 г.
152 International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (90) 2010
© Scientific Technical Centre «TATA», 2010
Рис. 8. Введенная мощность ФЭС (7,2 ГВт)
в странах мира в 2009 г., МВт Fig. 8. Adding capacity PV systems (7.2 GW) in the world countries in 2009, MW
Египет обладает превосходным потенциалом солнечной энергии. За год в различные районы страны поступает от 1750 до 2680 кВт-ч/м2 [5]. Первой электростанцией, которая начала использовать солнечную радиацию для производства электроэнергии, является Integrated Solar Combined Cycle Power Plant (ISCC) Kuraymat. Эта электростанция работает в режиме комбинированного цикла с использованием параболоцилиндрических концентраторов солнечного излучения и природного газа. По проекту мощность этой станции 140 МВт (мощность солнечной компоненты 20 МВт) [4].
Согласно прогнозам, ежегодная выработка электроэнергии по этому проекту составит 825 ГВт ч (солнечная компонента составит 34 ГВтч). В результате этого ежегодная экономия топлива составит около 10 000 тонн нефти и выбросы СО2 сократятся на 20,000 тонн [4].
Список литературы
1. REN21 renewable Energy Policy Network for the 21st Century, September 2010.
2. Безруких П.П. Возобновляемая энергетика как стимул развития электротехнической промышленности // ЭЛЕКТРО 1' 2010. С. 11-16.
3. Arab Republic of Egypt Central Agency for Public
Mobilization and Statistics
www.msrintranet.capmas.gov.eg
4. Arab Republic of Egypt Ministry of Electricity and Energy, Egyptian Electricity Holding Company -Annual Report 2008/2009.
5. Renewable Energy Sector in Egypt, Final Report Submitted by Energy Research Center, Faculty of Engineering, Cairo University, December 2006.
6. The EPIA Global Market Outlook for Photovoltaics from 2010 to 2014.
7. Безруких П.П. Энергоэффетивность и развитие возобновляемой энергетики // Академия энергетики. Август 2010. № 4 (36). С. 20-28.
8. Карабанов СМ., Безруких П.П., Гордиенко Г.В., Куропов М.В. Возобновляемая энергетики в энергобалансе страны // Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 2 (82). С. 55-59.
