Отчет - Исследование отрасли альтернативной энергетики Республики Казахстан. Том 1 Общий анализ, выводы и рекомендации
Подождите немного. Документ загружается.
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
удорожание, а также увеличивает габариты и вес. Однако полученные КПД и
стоимость ФЭП уже сегодня позволили создать солнцемобили, солнечные яхты и
даже солнцелёты.
Перевод солнечной радиации в электрическую энергию связан, как отмечалось
выше, с неизбежными значительными потерями, которые обусловлены
несовершенством самих концентраторов, а также не способностью их
дифференцировать излучение по длинам волн, т.е. диспергировать, поскольку это
важно для работы полупроводниковых преобразователей солнечного излучения,
могущих эффективно работать только при определенной длине волны света.
Использование большего количества солнечной энергии имеет большое значение
для индивидуального или группового обеспечения электрической энергией как
промышленных и гражданских объектов, так и транспорта (железнодорожного,
автомобильного и водного).
Солнечные энергетические установки имеют следующие преимущества:
• экологически чистое производство электроэнергии, полное отсутствие выбросов
парниковых газов;
• универсальность применения;
• простота конструкции и малый вес;
• бесшумность при работе;
• модульный принцип набора мощности;
• высокая надежность.
Реализация разработок отечественных ученых позволит на первой стадии
обеспечить бытовые нужды в тепловой и электрической энергии практически все
сельское население и определенное количество городского населения. Это означает
снижение выбросов парниковых газов и затрат на содержание жилища,
автономность энергоснабжения. Следовательно, проблем с продажей продукции не
возникнет, возврат денег можно считать гарантированным, поскольку стоимость
энергии в этом случае ниже рыночных.
Кроме того, использование солнечной энергии возможно и в других отраслях
промышленности Казахстана. Например, использование солнечных генераторов в
железнодорожном транспорте можно реализовать в двух вариантах. Это создание
солнечных стационарных электростанций и солнечных электричек. Солнечные
IGM consulting company. По заказу АО «Национальный Инновационный Фонд»
21
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
электростанции могут быть использованы как традиционные источники энергии для
электровозов, так и в качестве заправочных станций для электропоездов,
аналогичных электромобилям. Стоимость энергии производимой солнечными
батареями значительно ниже рыночной.
Реализация данного направления требует создания в Казахстане предприятия по
производству солнечных батарей нового поколения. В настоящее время в
республике имеются квалифицированные кадры, в частности в ИГД им.
Д.А.Кунаева, КазНУ им. Аль-Фараби, КазНТУ им. К.И.Сатпаева, физико-
техническом институте, Институте органического катализа и электрохимии им.
Д.Сокольского и ряде предприятий.
На рынке Казахстана может получить широкое развитие солнечные водонагреватели
отечественного производства. Опыт, полученный в ТОО «Еркин и К» показывает,
что стоимость 1 квадратного метра солнечного коллектора при прочих равных
условиях составляет $60, в то время как цены на импортные аналоги варьируются в
пределах от 300 до 600 долларов США/1 кв.м. Вместе с тем имеется возможность
еще более снизить стоимость гелиоустановки, не снижая ее качественных и
количественных показателей. Таким образом, производителем гелиоустановок
может стать любой имеющийся машиностроительный завод, а также различные
предприятия, например занимающиеся сварочными работами.
Гидроэнергетика
В целом мощность существующих в настоящее время ГЭС Казахстана составляет
2068 МВт с годовой выработкой электроэнергии 8,32 млрд. кВт/ч (12% в структуре
генерирующих мощностей и выработке электрической энергии). Сегодня в РК
используется лишь 30% потенциала ГЭС, практически не действуют малые ГЭС,
некогда построенные в годы функционирования СССР. Казахстан имеет огромный
запас энергоресурсов малых рек. Только по Алматинской области он составляет
более 2 млрд. кВт/ч.
Суммарный гидропотенциал Казахстана теоретически составляет порядка 170 млрд.
кВт/ч в год, из которых экономически эффективно может вырабатываться 23,5 млрд.
кВт/ч. Основные гидроэнергетические ресурсы сосредоточены в Восточном и Юго-
Восточном регионах республики.
IGM consulting company. По заказу АО «Национальный Инновационный Фонд»
22
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
На территории Южного Казахстана суммарные потенциальные энергетические
ресурсы региона определены в размере 10 млрд. кВт/ч. Северный и Центральный
Казахстан располагает минимумом водно-энергетических ресурсов, на их долю
приходится всего около 2,08 млрд. кВт/ч, или 1,7% потенциальных
гидроэнергетических ресурсов республики. Водно-энергетический потенциал рек
Западного Казахстана оценивается в 2,8 млрд. кВт/ч.
В связи с появившимся дефицитом электрической энергии в Южном регионе РК
(порядка 900 МВт в зимний период) приобретает большую популярность
направление реконструкции и восстановления ранее действовавших малых ГЭС.
Так, восстановлены малые ГЭС в поселке Фабричный (мощностью 600 кВт), идет
реконструкция Иссыкской ГЭС, проектируется каскад ГЭС на реке Тентек с вводом
на ирригационном сооружении ГЭС мощностью 8 МВт (первая очередь – 4 МВт) и
освоение стока этой реки при строительстве каскада ГЭС общей мощностью до 200
МВт, разрабатывается ТЭО малых ГЭС для реки Ыргайты. На очереди стоят стоки
рек Лепсы, Коктал и Каратал. В 2006 году проведены облеты всех этих участков,
собрана необходимая картографическая информация с ее уточнением, намечены
геологические и гидрологические исследования, выделены денежные средства для
финансирования работ по проектированию и строительству таких малых ГЭС. В
частности, на р. Тентек проектируется целый каскад ГЭС, начаты изыскательские
работы для ГЭС Тонкерис 1 и 2, Кызылбулакской ГЭС на р. Коксу. Мощность этих
ГЭС будет составлять 35 – 50 МВт.
Из общей величины экономического гидропотенциала на малые ГЭС приходится
около 7,5 млрд. кВт/ч, из них используется на действующих ГЭС - 0,36 млрд. кВт/ч,
что составляет около 5 %.
Строительство новых источников электроэнергии в дефицитных регионах
Казахстана с использованием гидроресурсов позволит укрепить эти районы
энергетически и снизить их зависимость от других энергоизбыточных регионов.
Ожидается, что к 2010 году выработка электроэнергии на ГЭС, с учетом ввода в
действие новых мощностей, достигнет 10 млрд. кВт/ч из потенциально имеющихся
27 млрд. кВт/ч.
Наиболее перспективными для гидроэнергетического строительства значительной
мощности являются следующие реки региона: Или, Чарын, Чилик, Каратал, Коксу,
Тентек, Хоргос, Текес, Талгар, Большая и Малая Алматинки, Усек, Аксу, Лепсы,
Ыргайты.
IGM consulting company. По заказу АО «Национальный Инновационный Фонд»
23
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
Реки горных районов отличаются большой водоносностью и обладают
значительными уклонами (что особенно важно для малой гидроэнергетики). Эти
реки представляют наибольший интерес в энергетическом отношении при
строительстве новых и реконструкции старых малых ГЭС. Для обеспечения
балансирующей мощности рекомендуется сооружение каскадов малых ГЭС.
Наравне с этим в городе Тараз может быть начат выпуск гидротаранов,
использующих энергию гидравлического удара движущегося потока жидкости для
выработки электрической энергии при одновременной его работе в качестве насоса и
компрессора для получения сжатого воздуха и других целей.
Поскольку гирляндные гидроэнергоустановки (ГГЭУ) не требуют строительства
плотин, они также успешно могут заменить традиционные источники энергии в
населенных пунктах вдоль равнинных и горных рек:
• для снабжения электроэнергией отгонного животноводства, фермерских,
охотничьих хозяйств (крестьянских коллективов), жилых домов, сельских школ,
больниц, фельдшерско - акушерских пунктов, пекарен, бань, ветлабораторий;
• в нефтяной промышленности при добыче как привод подземных глубинных
насосов со станков - качалок и насосных станций нефтепроводов, а также на
горнорудных предприятиях малой мощности, например, при добыче россыпного
золота и других драгоценных металлов и минералов, на поисковых и
геологоразведочных работах;
• в воинских частях и пограничных заставах для энергоснабжения кухонь,
прачечных, связи, освещения и бытовых приборов;
• на метеорологических станциях;
• в учреждениях МВД и на стационарных постах дорожной полиции и
таможенной службы.
Отсутствие шума, достигаемое за счет использования данной конструкции,
позволяют сохранять благоприятную окружающую среду. При необходимости
увеличения мощности можно устанавливать батарею ГГЭУ или наладить ее выпуск.
Таким образом, решается ряд задач, которые позволяют поднять малую энергетику в
регионах республики, где энерговооруженность на душу населения колеблется от 2
до 5 кВт. Отсюда и видно высокая потребность в ГГЭУ, поскольку обеспечение,
IGM consulting company. По заказу АО «Национальный Инновационный Фонд»
24
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
например, продуктами питания населения, как показывает мировой опыт, требует
энерговооруженность не менее 55 кВт.
ГГЭУ за счет изменения формы и крепления рабочих турбин обладает целым рядом
преимуществ по сравнению с действующими аналогами:
• удерживается в середине потока речного русла или искусственных желобов и
канав. Отсутствие касания стенок и дна русла уменьшает потери энергии
(момент силы вращения), сохраняет биопотенциал бассейна и позволяет
использовать в зимний период подледный поток;
• низкое гидродинамическое сопротивление и низкая материалоемкость;
• не изменяет направление потока.
ГГЭУ успешно могут быть использованы для обеспечения электроэнергией
удаленных от ЛЭП хозяйств и населенных пунктов и находящихся на берегу горных
и равнинных (Сыр-Дарья, Или, Шу,Талас, Орал, Иртыш, Ишим, Тобол, Катунь,
Келес, Арысь) рек.
Следует отметить, что стоимость электроэнергии от ГГЭУ в несколько раз будет
ниже существующих тарифов на электроэнергию, вырабатываемую из
традиционных источников энергии. Необходимость создания гирляндной
гидроэнергетики на слабых течениях равнинных рек Казахстана определено не
только экономическими факторами и снижением выбросов парниковых газов, но и
ранимой экологической обстановкой степей, где сооружение плотин сопровождается
затоплением больших территорий, пригодных для сельскохозяйственного
использования. На выше перечисленных реках в минимальном варианте можно
получать около 2000 МВт.
Предлагаемая ГГЭУ обеспечена мировой новизной в части конструкции рабочих
турбин.
Статистика энергоснабжения позволяет констатировать, как отмечалось выше, очень
низкую энерговооруженность на душу населения (не более 5 кВт в часы полной
энергонагружености источников), а в чабанских хозяйствах и того нет за
исключением транспортных средств, которые имеются не у каждого крестьянина.
Здесь преобладает ручной труд, даже при подъеме воды из колодцев на пути
миграции отар скота.
IGM consulting company. По заказу АО «Национальный Инновационный Фонд»
25
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
Путем расширения выпуска ГГЭУ для фермерских хозяйств можно будет
обеспечить энерговооруженность на селе до 20 кВт в течение 3-4 лет без
подключения его к хозяйству централизованного энергоснабжения. С учетом
наращивания потребности в энергии выпуск ГГЭУ не ограничивается стабильным
количеством, поставляемым на рынок. Только в пределах республики ожидается
сбыт, а, следовательно, и производство не менее 1 тыс. в год, не считая
стационарных мощностью 20 кВт и более.
Распространению гирляндных ГГЭУ способствует уникальность предлагаемой
конструкции, которая заключается не столько в абсолютной простоте изготовления,
как в простоте эксплуатации, причем на широком диапазоне скоростей течений.
Установка малой мощности 2,5 - 4 кВт и стационарная - 20 кВт и более позволяет
эксплуатировать их практически без нанесения вреда окружающей среде и
безопасности использования с эргономически выдержанными требованиями дизайна
и, что очень важно, круглый год. Кроме того, сервисное обслуживание не требуется,
поскольку конструкция позволяет пользователю самому без специальной подготовки
эксплуатировать ГГЭУ, а передвижную часть - монтировать и демонтировать на
реках в любой местности.
Дополнительными причинами широкого распространения гирляндных ГГЭУ, кроме
вышеперечисленных преимуществ, являются:
• острейший дефицит и дороговизна энергии, особенно для сельской части
общества;
• небольшая стоимость, доступная даже крестьянским хозяйствам;
• простота и надежность монтажа, эксплуатации и демонтажа;
• ГГЭУ будут эксплуатироваться практически круглый год в большинстве
регионов Казахстана;
• самая низкая материалоемкость из существующих ГГЭУ.
Тепло Земли
К другим источникам энергии в условиях Казахстана относятся использование тепла
Земли. Так, для получения тепла в 70
0
С, что в большинстве регионов Казахстана
достаточно для обогревания жилого объекта можно использовать тепловые насосы,
которые требуют, практически, в 3 раза меньше энергии для получения одного и
того же количества тепла. Следовательно, в три раза меньше требуется сжигание
IGM consulting company. По заказу АО «Национальный Инновационный Фонд»
26
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
углеводородного сырья. Такие тепловые насосы также созданы отечественными
учеными, в частности НИИ «Казсельхомеханизация», ВКТУ им. Серикбаева.
Биотопливо
В Казахстане стабильным источником биомассы для производства энергии могут
являться отходы сельскохозяйственного производства. По приблизительным
оценкам, годовой выход животноводческих и птицеводческих отходов по сухому
весу составляет 22,1 млн. тонн, или 8,6 млрд. куб. м газа (от крупного рогатого скота
– 13 млн. тонн, овец – 6,2 млн. тонн, лошадей – 1 млн. тонн), растительных остатков
– 17,7 млн. тонн (пшеница – 12 млн. тонн, ячмень – 6 млн. тонн или 8,9 млрд. куб. м),
что эквивалентно 14-15 млн. тонн условного топлива, или 12,4 млн. тонн мазута.
За счет их переработки может быть получено около 2 млн. тонн условного топлива в
год биогаза. Переработка этого газа в электрогазогенераторах позволит получать
ежегодно до 35 млрд. кВт/ч электрической энергии (половину всего
энергопотребления, при потребности для сельского хозяйства 19 млрд. кВт/ч) и
одновременно 44 млн. Гкал тепловой энергии.
8
Отходы лесной промышленности также представляют интерес с точки зрения
возобновляемых источников энергии. Общая площадь лесного фонда Республики
Казахстан составляет 23,4 млн. га, из них площадь земель, покрытых лесом,
занимает порядка 12 млн. га, что составляет 4,5% от территории республики – третье
место среди стран Центральной и Восточной Европы после России и Турции.
Для лесов Казахстана характерно их крайне неравномерное распределение.
Примерно 80% запасов древесины приходится на северную и северо-восточную
часть страны, при этом половина запасов – хвойные леса Восточно-Казахстанской
области (Восточно-Казахстанская – 47%, Северо-Казахстанская – 18,6%,
Акмолинская– 11%).
После 1991 года официальный объем лесозаготовок снизился с 2,5 млн. куб. м до
0,9-1,2 млн. куб. м в год, при этом большая часть рубки производится в бытовых
целях (77% – заготовка дров, 23% – пиловочник).
В настоящее время общий запас древесины составляет 375,8 млн. куб. м, в том числе
более 78 млн. куб. м спелой и перестойной древесины. Большой объем спелой и
перестойной древесины (до 20%) образовался из-за низких объемов лесозаготовки,
которые в развитых странах составляют 2% от общего объема запаса древесины на
8
Источник: Концепция проекта Государственной программы «Эффективное использование энергии и
возобновляемых ресурсов Республики Казахстан в целях устойчивого развития до 2024 года»
IGM consulting company. По заказу АО «Национальный Инновационный Фонд»
27
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
корню. Как видно, имеет место значительный потенциал как источник
альтернативной энергии.
Кроме того, в качестве сырья для биоэнергетики могут быть использованы ресурсы
растениеводства. Посевная площадь в Казахстане в 2007 году составляла 18,95 млн.
га. Основная часть обрабатываемой площади в Казахстане (80,1%) занята под
зерновые и зернобобовые культуры, преимущественно под пшеницу. В 2007 г. под
пшеницей было занято 12,68 млн. га, валовой сбор составил 16,5 млн. тонн.
9
Потенциал животноводства для получения сырья возобновляемых источников
энергии также значителен. Общая площадь пастбищ Казахстана составляет 188,9
млн. га, в том числе 184,1 млн. га неулучшенных пастбищ и 4,8 млн. га улучшенных
(2,5%). По площади пастбищных угодий Казахстан занимает пятое место в мире.
10
Поголовье крупнорогатого скота составляет 5,7 млн. голов, овец и коз – 13,4 млн.
голов. Почти 76% поголовья скота (более 3,7 млн. КРС и 12,4 млн. овец) содержится
в засушливой зоне с сухим климатом, занимающей более 84% естественных
кормовых угодий Казахстана. В таблице приведено состояние животноводства в
стране.
11
Таблица 3 Состояние животноводства в Казахстане (1990-2007 гг.)
Годы
1990 2000 2005 2007
Крупный рогатый скот, млн. голов 9,8 4,1 5,7 5,8
в том числе коровы, млн. голов 3,3 2,0 2,4 2,6
Производство мяса, млн. тонн 0,11 0,4 0,46 0,84
Производство молока, млн. тонн 5,26 3,73 4,33 5,07
Мелкорогатый скот, млн. голов 36,2 10,0 14,3 16,0
Производство шерсти, тыс. тонн 100 22,3 29,2 34,2
Более 80% поголовья скота содержится в личных подсобных хозяйствах населения.
В целом, Казахстан имеет значительный нереализованный потенциал, как в
скотоводстве, так и в овцеводстве. Концентрация условных голов скота на 1 га
пастбищных земель в Казахстане в 7 раз ниже, чем в Аргентине, и в 28 раз ниже, чем
в Новой Зеландии (таблица 4).
9
Источник: Агентство РК по статистике
10
Источник: Агентство РК по статистике
11
Источник: Агентство РК по статистике
IGM consulting company. По заказу АО «Национальный Инновационный Фонд»
28
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
Таблица 4 Концентрация поголовья крупнорогатого скота и овец
Страна Поголовье скота,
млн. условных
голов
Площадь
постоянных
пастбищ, млн.га
Средняя
концентрация,
голов/1 га пастбищ
Казахстан 7,2 189,0 0,04
Аргентина 56,6 195,0 0,29
Австралия 43,8 391,6 0,11
Новая Зеландия 15,4 13,8 1,12
Бразилия 194,1 197,0 0,99
Кроме того, возможно использование вторичных энергоресурсов (биогаз,
утилизация газов нефтепромыслов, угольных шахт и пр.). Так, учеными Казахстана
создана биогазовая установка и на заводе им. С.М. Кирова изготовлена
производительностью по газу 12 куб.м. и удобрения до 300 кг в сутки. Сырьем
является навоз. На основе данной разработки можно создать биотуалеты, что
позволит обеспечить все сельское население биогазом. В этом случае сырьем будет
навоз, фекалии, ботва, картофельная кожура и т.д.
12
Кроме того, прикаспийские заросли тростника составляют более 300 000 га при
урожайности от 70 до 100 т/га по сухому весу.
Использование биогазовых установок, например, в воинских частях позволит
отказаться от сжигания угля в котельных.
Экспортный потенциал альтернативной энергетики
Развитие альтернативной энергетики на территории Казахстана в долгосрочной
перспективе имеет также экспортный потенциал. Таким образом, данный потенциал,
возможно, реализовать за счет развития трех направлений экспорта:
• избытка электрической энергии;
• энергетического оборудования;
• интеллектуальных продуктов (научных разработок, патентов и др.).
Освоение ресурсов ВИЭ, которыми обладает Казахстан, позволит покрыть
внутренние нужды, а также экспортировать значительную часть энергии от
возобновляемых источников.
12
Источник: www.ecomuseum.kz
IGM consulting company. По заказу АО «Национальный Инновационный Фонд»
29
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
На базе широкомасштабного использования ВИЭ при условии создания
отечественного машиностроения и сопутствующей инфраструктуры, включающей
производство ветро-, гидро-, солнце- и электротехническое оборудования, возможен
экспорт избытка электрической энергии в сопредельные страны. Заинтересованными
в приобретении патентов, энергетического оборудования и электрической энергии,
могут стать Россия, страны СНГ, Китай, Афганистан, Пакистан.
На сегодняшний день существует ряд разработок, которые позволяют говорить о
конкурентоспособности отечественной продукции, касающихся возобновляемых
источников энергии. Однако для повышения уровня данной отрасли необходимо
проведение проектно-конструкторских и опытно-промышленных работ по
изготовлению альтернативных источников энергии на основе отечественных научно-
технических разработок и крупномасштабных рекламных кампаний. После освоения
технологии и придания надлежащего вида отечественным установкам, они могут
экспортироваться в европейские страны и азиатские индустриально развитые
страны.
Потенциал Казахстана по производству ВИЭ
Потенциал производства энергии из ВИЭ в Казахстане можно разделить на два
сектора: первый сектор включает в себя производство энергии из ВИЭ
ориентированное на экспорт, а второй сектор – производство энергии из ВИЭ только
для внутренних нужд.
Ветровая энергетика
Казахстан обеспечен инфраструктурой и необходимыми материалами для
изготовления ветровых электростанций всего диапазона мощностей, применяемых
на практике – от микротурбин, применяемых для систем обслуживания
нефтегазопроводов, автомобильных дорог, питания пограничных застав и
отдаленных населенных пунктов, до мощных ветроагрегатов, поставляющих
электроэнергию в энергосистемы для покрытия существующего дефицита и
замещения энергии, вырабатываемой тепловыми электростанциями.
В Казахстане имеются специалисты, обладающие опытом разработки всего
комплекса оборудования, которое включают ветроэлектростанции, опытом создания
установок и наладки ветроэлектростанций различной мощности.
IGM consulting company. По заказу АО «Национальный Инновационный Фонд»
30