Журнал «Агротехника и технологии»
На протяжении многих лет оптимистичные прогнозы развития альтернативной энергетики не сходили с уст российских чиновников. Средства массовой информации наперебой писали о намереньях крупных компаний заняться производством биотоплива, о желаниях сельхозпредприятий устанавливать биогазовые установки. Однако дальше заявлений дело не пошло. Аграрии и эксперты утверждают, что из-за отсутствия поддержки со стороны государства производить в России биотопливо экономически невыгодно, а закупать биогазовые установки или ветряки не имеет смысла из-за их долгой окупаемости. О новых же альтернативных источниках энергии — микроводорослях или солнечных батареях — сегодня задумываются разве что романтики.
В отличие от России, такие страны, как Германия, Дания, Франция, США, Япония и Индия не стали спускать на тормозах развитие возобновляемых источников энергии. Например, в европейских государствах сокращено налогообложение производителей биотоплива. (Во Франции налог на производство биодизельного топлива в 2008 году составлял €20 за гектолитр против €42 за дизтопливо, отмечает торговый атташе Посольства Франции в России Кристоф Монье). Более того, изготовление чистых растительных масел, которые применяются в качестве топлива для сельхозтехники или рыболовных судов и в отличие от биодизельного топлива не подвергаются химической обработке, вообще не облагается налогами.
Ко всему прочему в Европе преду-смотрена помощь фермерам, выращивающим энергетические культуры (€45/га в год). Во Франции такие субсидии получают владельцы 442 тыс. га земли, говорит Монье. Не отстает и Америка: за океаном не первый год действует программа, гарантирующая аграриям, производящим биотопливо из кукурузы, сбыт на внутреннем рынке.
В малой энергетике (ветряки, солнечные батареи, геотермальные электростанции, бесплотинные гидро-электростанции) лидируют все те же страны: США, Германия, Испания. Также на ведущие позиции выходят Китай, Япония и Индия. К примеру, в Индии уже много лет работает Министерство Нетрадиционных Энергетических Ресурсов (MNES), которое успешно продвигает технологии ветряной энергетики, рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Софья Киселева. По ее словам, в этой стране любая индийская компания может купить ветряную турбину и установить ее на общественной ветряной ферме, которая поставляет энергию в сеть штата. Коммерческим ветряным электростанциям индийское правительство предоставляет различные льготы, включая десятилетние «налоговые каникулы» и отмену импортных пошлин на некоторое оборудование.
В России же продвижение малой энергетики происходит не так стремительно. Хотя некоторые сдвиги все же есть: в начале этого года правительство приняло программу развития альтернативной энергетики, которая к 2020 году предполагает увеличение ее доли в энергобалансе страны до 4,5%. Теперь любой инвестор, вложившийся в строительство таких энергомощностей, может получить от государства фиксированный возврат средств за каждый выработанный киловатт-час.
А вот для производства биотоплива практически ничего не делается, огорчен президент Российской биотопливной ассоциации Алексей Аблаев. «О чем тут говорить, если сегодня слово «биоэтанол» считается ругательным у политиков, — негодует эксперт. — В результате увеличиваются акцизы на все продукты с содержанием спирта более 2%, и происходит полное торможение производства биоэтанола и оборота бензина с его содержанием».
Топливо для гурманов
О планах российских компаний по запуску производства биотоплива из рапса и других культур наш журнал писал еще два года назад (№2 2007 год, «А нам оно надо?»). Однако многочисленные проекты заводов с тех пор так и остались на бумаге и, судя по всему, в ближайшее время вряд ли получат развитие. (О причинах этого читайте на нашем сайте — www.agro-technika.ru).
Вот только вопрос о том, хорошо это или плохо, остается открытым. По мнению одних экспертов, отсутствие биотопливной промышленности превращает нашу страну в сырьевой придаток со статусом страны «третьего мира». Другие считают, что производство биотоплива из пищевого сырья — это переходный процесс. А это значит, что компаниям не стоит вкладывать средства в производство биотоплива из рапса, поскольку в дальнейшем этот «бензин» будут получать из других источников сырья. Например, из отходов целлюлозной промышленности.
Дизайнерское топливо
Пиролизную жидкость или, как ее еще называют, «бионефть», полученную в результате пиролиза целлюлозосодержащих отходов, уже начали производить в разных странах, говорит исполнительный директор аналитического центра «СовЭкон» Андрей Сизов-младший. Так, в Америке появляется много заводов, занимающихся переработкой целлюлозной биомассы — соломы и щепы, правда пока в экспериментальном формате, приводит пример Аблаев. По его мнению, «точка невозврата» в развитии производства биотоплива из непищевого сырья уже пройдена. «В эту отрасль инвестировано столько ресурсов, что уже экономически не оправданно сворачивать эти программы, — убежден эксперт. — Например, только в США за последние 10 лет общий объем вливаний в «чистую энергию» определен в $150 млрд».
Биотопливо второго поколения — из щепы — произвели и в Канаде, добавляет старший научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Надежда Чернова. В последние годы из-за потепления климата огромная площадь лесов этой страны подверглась нападению большого количества вредителей. В итоге канадские ученые применили метод быстрого пиролиза для переработки пострадавших деревьев в бионефть, использовав специальные мобильные установки, которые можно перемещать с места на место с помощью трактора, рассказывает специалист. По ее словам, в России тоже есть предприятия, которые конструируют такие агрегаты. Например, казанская компания «Энерголеспром» разработала и испытала пилотную установку производительностью 50 кг/ч.
Одноклеточные фабрики
Также в последнее время в мире начали развивать новые технологии производства биотоплива из микроводорослей, продолжает Чернова. «Это мельчайшие представители мира растений, не имеющие листьев, стволов и корней, состоящие из одной клетки — живой микросферы с каплей масла внутри (по химическому составу оно близко к растительным маслам). Урожайность микроводорослей по биомассе и количеству масла существенно превосходит традиционные высшие растения. Поэтому они и подходят для производства биотоплива», — поясняет специалист.
К тому же микроводоросли не требуют использования плодородных земель. Они автотрофы по питанию (синтезируют из неорганических соединений органическое вещество), поэтому для их выращивания нужны свет, вода, углекислый газ и небольшое количество минеральных солей. Производителю понадобятся лишь бассейны небольшой глубины, в которые помещается посевной материал для выращивания биомассы.
В промышленных масштабах этот процесс можно организовать двумя способами. Первый — это закрытый метод производства в фотобиореакторах. Например, в трубчатых культиваторах устанавливают трубы небольшого диаметра, в которых при определенных условиях выращивается биомасса.
Второй способ — открытый. Как правило, он действенен в местах с тропическим и субтропическим климатом, где нет перепада дневных и ночных температур и максимальное количество солнечных дней в году. Также в последнее время для выращивания водорослей предлагается двухстадийная технология: на первом этапе производят большое количество биомассы в фотобиореакторах, а затем в открытых культиваторах добиваются максимального выхода водорослевого масла. «Открытый метод организовать легче и дешевле. Однако при этой технологии придется столкнуться с рядом трудностей, — предупреждает Чернова. — Во-первых, существует возможность заражения. К тому же не все водоросли можно выращивать открытым способом — ученым известно только четыре вида микроводорослей, биомасса которых культивируется в промышленных масштабах».
Кстати, помимо маслосодержащих штаммов в природе существуют уникальные растения, которые выделяют в большом количестве аналог нефти — углеводороды. «Например, одноклеточная колониальная водоросль Botryococcus braunii (род Botryococcus) благодаря своей способности производить большое количество углеводородов (до 86% от веса сухой биомассы) рассматривается как потенциальный источник возобновляемого топлива, — рассказывает Чернова. — Предполагается, что залежи нефти обязаны своим происхождением предкам именно этих микроводорослей. Ведь их не раз находили во многих месторождениях нефти».
Но у этого растения есть один минус — оно растет очень медленно (удвоение происходит на 4-7 день), тогда как другие виды водорослей вырастают практически за одни сутки. Поэтому ученые всего мира сегодня проводят работы над ускорением этого процесса, отмечает специалист.
Производством биодизеля из микроводорослей в промышленном масштабе с 2001 года занимаются в США (Гавайи, Калифорния), Израиле, Новой Зеландии, Австралии. В последние годы к этим странам присоединились Япония и Китай. Они заявляют, что уже через пять лет будут производить биодизель второго поколения в необходимом для своих нужд количестве.
Россия же не столь оптимистично смотрит на этот метод получения топлива, огорчена Чернова. Из-за отсутствия финансирования в нашей стране все разработки находят место лишь в науке и образовании, сетует она. Для сравнения, только в 2008 году в США на производство «одноклеточных фабрик» государством и частными компаниями было выделено $300 млн. А за последние 10 лет объем инвестиций в биотопливную отрасль этой страны достиг $150 млрд.
Мифические водоросли
После того как в мире возник интерес к производству биотоплива из микрорастений, на рынке появились компании, предлагающие установки для производства биодизеля из водорослей «под ключ». По словам Черновой, проблема заключается в том, что некоторые из этих фирм продают технологии, в которых заложены нереальные параметры скорости роста водорослей. К тому же эти организации не обеспечивают клиента производственными культурами, что по меньшей мере нелогично, так как у каждого штамма свои требования к параметрам роста, поясняет специалист, добавляя, что технологии производства должны разрабатываться строго под определенный вид или штамм водоросли, а не наоборот. В настоящее время еще не созданы промышленные коллекции микроводорослей-продуцентов масла и углеводородов для производства биотоплива, огорчена Чернова. «На конференциях ко мне часто подходят желающие заняться этим бизнесом и интересуются, сколько стоят микроводоросли, где их можно купить, — рассказывает специалист. — Изначально эти люди ошибочно считают, что для производства достаточно природного водоема и самой культуры. Но после того как они узнают, что для этого требуются специальное оборудование, помещения, квалифицированные специалисты-микробиологи, не говоря уже о рынке сбыта — заводах по производству биодизеля из полученного сырья, — интерес к данному бизнесу резко снижается».
Это и неудивительно. Технология, включающая в себя стоимость водорослей и оборудование, слишком дорога — расходы составят от $1,5 до $2 млн, подсчитывает гендиректор инжиниринговой компании НПК «Экология» Дмитрий Арсеньев.
С ним соглашается Аблаев из Российской биотопливной ассоциации. «В промышленном масштабе это направление получит развитие только в том случае, если технология станет экономически эффективной. Сегодня пока никто не может озвучить себестоимость и сроки окупаемости производства биодизеля из микроводорослей, — не сомневается эксперт. — Однако анонсирование в июле 2009 года компанией Exxon Mobile инвестиций в размере $600 млн в исследования по производству биотоплива из водорослей говорят о том, что оно может оказаться на рынке быстрее, чем мы думаем».
Ловцы ветра
Помимо биотоплива и биогаза (о рентабельности производства биогаза в России читайте на нашем сайте — www.agro-technika.ru), к возобновляемым источникам относится и ветроэнергетика. Эта отрасль успешно развивается во многих странах мира. По данным Европейской ассоциации ветроэнергетики, лидирующие позиции в этой области занимают США, Германия, Испания и Китай. Россия же, несмотря на огромные ветровые ресурсы, опять-таки находится на одном из последних мест.
Технический потенциал использования ветряных электростанций в нашей стране составляет более 6,2 млрд кВт/ч, что превышает возможности всего современного отечественного производства электроэнергии в 6 раз, говорит директор Технопарка Смольного университета Российской академии образования (Санкт-Петербург) Юрий Безруков. «Однако к настоящему времени суммарная мощность ветроустановок (ВЭУ), действующих в нашей стране, составляет менее 15 МВт», — добавляет Киселева из МГУ им. М. В. Ломоносова.
В сельском хозяйстве используется лишь сотая доля от вырабатываемой ветряками энергии, констатируют эксперты. «К сожалению, районы с наиболее высокими средними скоростями ветра расположены в основном по северным и восточным окраинам страны, где развивать сельское хозяйство из-за климатических условий не имеет смысла, — огорчена Киселева. — А вот на юге Европейской части России, где скорость ветра достаточна для развития ветроэнергетики и проблемы энергоснабжения у аграриев стоят весьма остро, строительство ВЭУ уместно».
В России обычно эксплуатируются индивидуальные ветроэнергетические установки (ВЭУ) малой мощности, в то время как за рубежом давно и успешно осуществляются проекты крупных сетевых ветроэнергостанций (ВЭС), которые подают вырабатываемую энергию в общую сеть, поясняет специалист. Однако в нашей стране тоже начинают реализовываться подобные проекты. «К примеру, сегодня активно продвигается крупномасштабный проект создания сетевой ветростанции мощностью 50-100 МВт в Краснодарском крае. Производство организовывает канадская компания Greta-Energy Inc. совместно с администрацией Краснодарского края», — рассказывает Киселева. Правда, этот объект строится не для нужд агрохозяйств, а для обеспечения электроэнергией курортного города Ейск.
Сельхозобъекты можно обеспечивать энергией за счет автономных установок, продолжает она. Но таких хозяйств в стране единицы. В основном ветряки распространены у фермеров, занимающихся кочевым животноводством. Они покупают установки небольшой мощности (до 10-15 кВт) в зависимости от потребностей. Но, безусловно, чаще ветряки устанавливают продвинутые в технологическом плане и финансово состоятельные фермерские хозяйства, ведь необходимое оборудование стоит немалых денег.
Чтобы рассчитать стоимость одной установки, нужно учесть множество факторов: капитальные затраты, текущие эксплуатационные расходы, амортизационные отчисления. Например, в настоящее время, по данным Международного энергетического агентства, капитальные вложения на 1 кВт установленной мощности составляют $900-1100. И если фермеру необходимо получать 50-100 кВт/ч, то только на одно оборудование потребуется большая сумма.
Помимо этого крестьянину нужно подсчитать, на сколько плата за традиционные энергоносители — мазут, бензин, уголь
Однако не стоит забывать, что, как и солнечную, ветровую энергию невозможно вырабатывать непрерывно из-за суточных и сезонных колебаний. Поэтому любая ветровая установка должна оснащаться аккумулирующим устройством или дублирующими мощностями, например, дизель-генератором.
Большинство ветряков, продающихся в России, — это оборудование иностранных компаний. Лидерами на этом рынке долгое время являлись датские, немецкие и другие европейские компании. Однако в последнее время появляется все больше китайской продукции, замечает Киселева.
Со слов Безрукова, из российских производителей ветряков можно назвать такие компании, как «Мельников» и НПО «Эрга», которые недавно начали выходить на рынок. Но их продукция пока находится на уровне самодеятельности, расстроен специалист. Отечественные установки не сравнимы по качеству с импортными. Соответственно, и их стоимость на 12-15% ниже западных агрегатов.
И все же отечественные ветроэлектростанции имеют некоторые преимущества (помимо меньшей стоимости) перед импортными агрегатами, добавляет Безруков. Например, для монтажа немецкого оборудования необходимы идеальные условия: хорошая дорога и 200-тонный кран со 100-метровой стрелой для установки опор, гондол и лопастей, что совершенно неприемлемо в условиях Крайнего Севера. А российские ветряки можно установить в непроходимых местах. «У нас ветряк установлен прямо на землю. Для него не требуется мачта, как для импортных установок. Монтаж ведется при помощи «лебедки и кувалды», — шутит директор технопарка.
В последнее время эксперты отмечают в России засилье иностранных фирм, производящих ветроустановки. «Пользуясь тем, что в нашей стране сильные ветра и большие площади под строительство, они возводят здесь «ветряные фермы», но только доход от продажи электроэнергии забирают себе», — негодует Безруков. Такая схема работает хорошо и существует уже не первый год. В ближайшее время немцы планируют организовать свои «ветряные плантации» в Калмыкии, а голландцы уже начинают строить ветропарк мощностью 200 МВт в Мурманской области. Подобные проекты принято называть «экспортом наукоемких технологий», возмущен специалист.
Вредный ветер
Покажется парадоксальным, но некоторые специалисты склонны утверждать, что ветряные установки не так безобидны.
По мнению экспертов, вредоносность ветряков зависит от возраста разработки. «Промышленные ветрогенераторы уже научились делать на высоком техническом уровне, так что шумовые воздействия сведены к минимуму, — уверяет Киселева. — Тем не менее, серьезным источником шумов могут быть некоторые мегаваттные установки. Маломощные агрегаты тоже, конечно, могут создавать небольшой шум при сильном ветре, однако его уровень ненамного превышает естественный фон, создаваемый самим ветром».
При этом специалист добавляет, что лопасти мегаваттных ветряков создают низкочастотные колебания, которые могут влиять на сердечнососудистую систему человека. Поэтому такие ветряки обычно возводят вдали от населенных пунктов — в пустынях, горных местностях, прибрежных зонах и т.д. «Шельфовые (или оффшорные) ВЭС и ветрофермы обычно настолько удалены от каких-либо поселений и зон человеческой деятельности, что об их негативном воздействии говорить сложно, — уверяет Киселева. — Более того, при строительстве больших сетевых ВЭС проводится экологическая экспертиза: учитываются пути миграции птиц, уровень шумового загрязнения на различных расстояниях от станции и т.д».
По сравнению с тепловыми или атомными электростанциями от ветряков вред мизерный, согласен с Киселевой Безруков. «О негативном влиянии ветроустановок не перестают говорить разве что «зеленые», — иронизирует он.
Однако по мнению главного инженера компании «Электротовары» (г. Волгоград; продажа ветро-солнечных установок) Алексея Кашелева, мощные ветроустановки, рассчитанные на 100-200 кВт и больше, могут быть опасными по другой причине. «Во время работы на больших скоростях есть опасность отрывания лопастей», — пре-дупреждает специалист.
Небольшие же ветряки (500 Вт — 1 кВт) он не считает вредными. Чтобы избежать вибрации от работы таких агрегатов, Кашелев советует не крепить их к козырьку дома, а ставить на землю. По его словам, при небольшом ветре (3-5 м/сек.) шума от мини-ветряка вообще не слышно. Негромкий звук, сравнимый с шумом деревьев, возникает лишь при силе ветра 8-10 м/сек., заключает специалист
Тепло из недр земных
В России геотермальные технологии сейчас представлены двумя образцами: бинарная электростанция «Мутновская» на Камчатке (разработчик — московская компания «Геоинком») и геотермальный центральный тепловой пункт (ЦТП) для теплоснабжения поселка Розового в Краснодарском крае.
Строительством геотермальной станции
на Кубани занимается компания «Юж-
геотепло». Гендиректор этого предприятия Виталий Бутузов говорит, что объект в поселке Розовый будет запущен в опытную эксплуатацию в октябре этого года.
Принцип работы станции заключается в подаче насосами воды температурой +100оС с глубины 2,5 тыс. м в центральный тепловой пункт, расположенный в центре поселка (сама скважина и насосная станция разместятся на окраине), объясняет Бутузов. Подаваемая жидкость будет нагревать воду для отопления и горячего водоснабжения и сливаться в пруды, а на втором этапе строительства (в будущем году) планируется закачивать ее обратно в скважину на ту же глубину, где она снова нагреется и станет пригодной для дальнейшего использования.
Следующий этап — установка на крыше геотермального ЦТП солнечной водонагревательной установки, которая обеспечит подогрев воды летом, делится планами специалист. Это необходимо для того, чтобы в межотопительный период давление в скважине восстанавливалось, поясняет он.
Станция мощностью 5 МВт будет обеспечивать теплом и горячей водой 1,3 тыс. из 2,11 тыс. жителей Сладковского сельского поселения (в него входят поселок Розовый и хутор Сладковский), а также тепличные комплексы поселка.
Со слов Бутузова, сумма в $1,5 млн, затраченная на строительство станции, окупится не более чем за 5-7 лет, при том что производимая ею теплоэнергия будет стоить 450-500 руб./Гкал (что на 40% ниже нынешних тарифов).
Топливо из сала
Как говорит директор украинской компании «НИИ альтернативных топлив» Владимир Семенов, в качестве исходного сырья для производства биотоплива можно использовать любой продукт, содержащий жир. Это может быть как фритюрный жир из Макдональдса, так и «украинский наркотик» — сало. Единственный недостаток получаемого из него топлива — это то, что оно замерзает при +5Со, замечает специалист.
Впервые производить биотопливо из сала он попробовал в 2007 году в Полтаве на заводе «Уркстроймаш». Для этого специалисту потребовалось такое же оборудование, как для производства биодизеля из рапса, и 30 кг говяжьего жира с соседнего мясокомбината.
Одно время этой технологией интересовался бизнесмен из Новой Зеландии, вспоминает Семенов. Когда он приезжал к нам, рассказывал, что от производства мяса у него остается много бараньего жира, из которого можно было бы производить биотопливо.
На Украине же такое производство не пользуется большим спросом, сожалеет Семенов. Переработкой занимаются исключительно частники и то в небольших масштабах — 20-30 т в год.
Семейные установки
Небольшие ветроустановки, рассчитанные на 500-2000 Вт, на порядок дешевле и практически не дают сбоев, говорит главный инженер компании «Электротовары» (г. Волгоград; продажа ветро-солнечных установок) Алексей Кашелев. Такие агрегаты, как правило, используются овцеводами и верблюдоводами степных районов, но исключительно для бытовых нужд.
По словам специалиста, стоимость мини-ветряка мощностью 1 кВт, рассчитанного на бытовые нужды одной семьи, состоящей из 4-5 человек (агрегат дает 50-60% требуемой электроэнергии), — около 140 тыс. руб. После его установки затраты на энергию сокращаются в 2-3 раза, подсчитывает Кашелев.
В отличие от мини-ветряка, цена ветро-солнечной установки выше — 200 тыс. руб. Зато это оборудование в состоянии обеспечить потребности одной семьи на 90-95%.
Практически все небольшие ветроустановки, продающиеся в нашей стране, китайского производства, говорит Кашелев. Однако их в небольшом количестве изготавливают и в России. Если же говорить о ветро-солнечных агрегатах, то ни одна компания в мире не выпускает их целиком. В большинстве случаев солнечная батарея производится в России (их делают в Зеленограде, Краснодаре и Рязани), преобразователи напряжения — в Тайване, а сам ветряк — в Китае.
Ломаются мини-ветроустановки редко. И то в большинстве случаев их выводят из строя пользователи, продолжает специалист. Например, был случай, когда хозяин фермы решил закинуть веревку на хвост ветряку, чтобы его развернуть. В итоге она оказалась на одной из лопастей, и пока фермер опускал агрегат, тот упал и лопасти сломались.
А вот солнечную батарею в отличие от ветряка поломать невозможно, доволен Кашелев. Зато, если аккумулятор щелочной, придется раз в 4-5 лет проводить ТО (стоимость 10 л щелочи — 800 руб.). Да и срок службы у солнечной батареи дольше: если работать на отказ, она может прослужить 20 лет, тогда как ветряки — в среднем всего 7-8 лет. Некоторые производители говорят о 15 годах эксплуатации ветрогенератора, замечает специалист, но это всего лишь рекламный трюк. Продлить срок годности некоторых агрегатов можно только в том случае, если регулярно проводить профилактические работы по замене подшипников.
