Альтернативная энергетика в действии

-

В последнее десятилетие развитие Севера вышло на первый план как одно из приоритетных направлений внутренней политики Канады, оно считается «вызовом XXI века». 

«Канада – северное государство. Север является основой нашего национального наследия и самосознания, его освоение жизненно необходимо для нашего будущего», – говорится в подготовленной правительством страны «Северной стратегии». Ежегодно увеличивается финансирование северных территорий. В 2013–2014 годах на поддержку школ, больниц, инфраструктуры и сферы социальных услуг в северных поселениях федеральное правительство направит более $3,3 млрд субсидий. 

В 2007 году правительства Юкона, Северо-Западных территорий и Нунавута разработали и утвердили совместную концепцию развития, которая уделяет особое внимание увеличению доли возобновляемой энергетики в этих регионах. «Зависимость от импортного ископаемого топлива ставит нас в невыгодное экономическое положение, все три территории уязвимы перед высокой стоимостью, резкими колебаниями цен и перебоями со снабжением», – указывают авторы концепции. Они обращают внимание и на экологический аспект проблемы, так как сжигание углеводородов ведет к выбросу в атмосферу парниковых газов. В рамках этой политики Юкон, Северо-Западные территории и Нунавут уже разработали и реализуют планы, направленные на повышение энергоэффективности своих энергосистем и развитие возобновляемых источников – использование энергии воды, солнца, ветра, геотермальных источников.  

Гидроэнергетика Севера
Гидрогенерация на севере Канады исторически развивалась благодаря федеральным инвестициям и в привязке к проектам по добыче полезных ископаемых. По официальным данным, в Юконе на долю гидрогенерации приходится почти 67%, или 76 МВт, установленной электрической мощности, а на Северо-Западных территориях – порядка 30%, или 54 МВт. В основном это небольшие ГЭС, построенные в середине XX века. Самой крупной из них является ГЭС города Уайтхорс (Юкон) мощностью 40 МВт. Большинство населенных пунктов, снабжаемых от ГЭС, сохраняют дизельные установки в качестве резервных источников энергоснабжения. 

Годом ранее из экономических соображений и из-за нехватки потребителей был приостановлен крупный проект по расширению ГЭС на реке Талстон (Северо-Западные территории). 

Несмотря на это, канадцы в целом оптимистично оценивают будущее развития ГЭС на Севере. Энергетики Северо-Западных территорий даже подсчитали, что общий потенциал развития гидрогенерации только в их регионе достигает 11,5 тыс. МВт. При этом в ближайшем будущем прирост будет происходить, скорее всего, за счет мини-ГЭС мощностью менее 1 МВт.  

Энергия полярного дня
Другим перспективным направлением представляется использование солнечной энергии. Канадский опыт показывает, что на Севере наиболее успешно работают гибридные системы, состоящие из фотоэлектрических панелей с аккумуляторами и небольших газовых или дизельных генераторов. Таким образом, солнечные батареи позволяют сократить количество потребляемого обычными генераторами топлива. Основным ограничением для применения данной технологии на Севере является ее сезонность. Зимой, в условиях полярной ночи и пикового спроса на электричество, солнечная энергия практически недоступна. До недавнего времени более широкому распространению солнечных батарей мешала также высокая стоимость мощности по сравнению с дизельными установками. С развитием технологии снизились и мировые цены, поэтому северные территории Канады активно планируют развитие в этой области. 

Он финансировался совместно правительством Северо-Западных территорий и местной энергетической компанией. По расчетам энергетиков, мощности этих солнечных батарей достаточно, чтобы экономить до 15 тыс. тонн дизельного топлива в год, а летом обеспечивать 8,5% электрического потребления города с населением 1200 человек. В феврале 2013 года мощность этой установки была увеличена до 104 кВт. 

Наряду с производством электричества, солнечная энергия используется летом для выработки тепла и горячей воды. В частности, Северо-Западные территории уже производят таким способом 79 МВт/ч тепла. С 2002 года в поселке Рэнкин-Инлет (Нунавут) при помощи технологии SolarWall (солнечная стена) энергия солнца используется для обогрева здания местной школы. Площадь стены, которая находится на южной стороне школьного спортивного зала, составляет 66 кв. м. Технология позволяет нагревать входящий воздух на 17–30 °С в зависимости от погодных условий. Канадские эксперты подсчитали, что установка систем солнечного нагрева воды во всех 40 тыс. домохозяйств Севера позволит экономить 80 тыс. МВт/ч тепла в год от обычных источников энергии.  

Энергия северного ветра
Попытки экспериментов с ветрогенераторами на северных территориях относятся еще к 1990-м годам. В частности, энергетическая корпорация Нунавута закупила тогда сразу пять установок для поселков Кеймбридж-Бей, Рэнкин-Инлет и Куглуктук. Четыре ветрогенератора не выдержали суровых северных условий и вышли из строя практически сразу же: в один из них попала молния, еще один был опрокинут сильным ветром, два просто отказались работать. Только установка в Рэнкин-Инлет мощностью 50 кВт, подключенная к одной сети с дизельными генераторами, проработала с 2000 по 2012 год. Она позволяла сберегать топлива на сумму в $22 тыс. в год при стоимости обслуживания $10 тыс. Прошлым летом она также вышла из строя – у нее разрушились лопасти. 

По оценке компании, эти проекты оказались очень затратными. Например, капитальная стоимость генераторов в Куглуктуке, которые работали всего три года, с 1997 по 2000 год, достигла $650 тыс., а конечная экономия составила всего $41 тыс. Установка оказалась дорогой в обслуживании, потому что специалистов-ремонтников приходилось доставлять в поселок самолетом. Тем не менее, от энергии ветра компания отказываться не собирается и планирует использовать ее для производства тепла. 

Более успешным оказался опыт по использованию ветряков в Юконе, в районе столицы территории, города Уайтхорс. В 1993 году там была установлена турбина мощностью 0,15 МВт, а в 2000 году рядом с ней возведена более крупная установка мощностью 0,66 МВт. Этой мощности достаточно, чтобы обеспечивать возобновляемой энергией 150 домов. В настоящий момент местная энергетическая компания изучает площадки доля строительства еще нескольких ветряных генераторов в районе Уайтхорса. 

По оценке федерального Министерства по делам коренных народов и развитию севера Канады, средняя стоимость энергии, производимой при помощи ветра, пока еще выше, чем стоимость энергии от традиционного топлива. В зависимости от конкретных условий она может варьироваться от $0,05 до $0,15 за кВт/ч. При этом в отдаленных районах стоимость электричества от дизельных станций может достигать $0,70 за кВт/ч. Значительное преимущество ветряных турбин заключается в их экологичности. Основной трудностью остается неприспособленность большинства производимых установок к работе в северных условиях. Министерство отмечает необходимость очень тщательной оценки экономической эффективности проектов ветряной генерации и учета потребности в специальном обслуживании этого оборудования.  

Энергетическая система Аляски
Самый северный штат США – Аляска – находится в сходных с северной Канадой климатических условиях, поэтому его энергетика во многом похожа на энергосистемы канадских соседей. За исключением городов, подключенных к региональной энергосистеме «Рейлбелт» вдоль железной дороги, большинство населенных пунктов Аляски изолированы от крупных электросетей. Удаленные поселения, как и на севере Канады, используют дизельные генераторы. Зимой топливо хранится в цистернах или в крайнем случае доставляется авиатранспортом. Статистика 2013 года свидетельствует, что больше всего электроэнергии – 303 ГВт/ч – вырабатывается на Аляске с использованием природного газа, на долю гидроэнергетики приходится 102 ГВт/ч, за ней следуют мазут и уголь – примерно по 50 ГВт/ч. Замыкают список возобновляемые источники (помимо ГЭС), которые дают 8 ГВт/ч электроэнергии. 

Так же как и канадские коллеги, американцы считают, что возобновляемые источники в будущем сыграют очень важную роль в развитии региона. Эксперты энергетического управления Аляски надеются, что альтернативная энергетика поможет, прежде всего, снизить экономические риски, возникающие из-за резкого колебания цен на природный газ и дизельное топливо. Недавно законодательное собрание штата приняло законы, согласно которым к 2025 году 50% электроэнергии Аляски должно вырабатываться на базе возобновляемых источников. В течение 10 лет за счет мероприятий по энергосбережению планируется сократить потребление электроэнергии на душу населения на 15%. В 2008 году штат создал специальный фонд, который выделяет $50 млн в год на поддержку возобновляемой энергетики. Приоритет отдается проектам в районах с самой высокой стоимостью электричества и тепла. 

Эта политика в целом вписывается в общую для США тенденцию. В ежегодном обращении к конгрессу президент Барак Обама отметил, что благодаря федеральной поддержке использование возобновляемой энергии в стране за последние годы практически удвоилось. По официальным данным, на ее долю приходится 9% общего энергопотребления. Американское министерство энергетики прогнозирует, что в 2013 году потребление тепла и электричества от альтернативных источников вырастет на 3,3%, а в 2014 году еще на 4,4%. Самый заметный прирост ожидается в ветроэнергетике, где установленная мощность увеличится до 73 тыс. МВт к 2014 году.  

Альтернативная энергия Аляски
Интересной особенностью возобновляемой энергетики Аляски является успешный, хотя и ограниченный опыт использования геотермальных источников. Алеутские острова и побережье Аляски входят в так называемое Тихоокеанское огненное кольцо, где расположено большинство действующих на Земле вулканов. Исследования подтвердили, что на территории штата находится несколько высокотемпературных гидротермальных систем, которые могут послужить нуждам энергетики. Сейчас с помощью геотермальных источников один из курортов не только привлекает туристов, но и обеспечивает отопление и энергоснабжение своих зданий. В разных городах также установлены несколько десятков геотермальных тепловых насосов, которые применяются для обогрева зданий. 

Для отопления на Аляске используют не только тепло земли, но и биомассу – дерево, отходы рыбной и дерево­обрабатывающей промышленности, городские отходы. В последние годы из-за высоких цен на нефть использование дерева стало в США рентабельным не только для обогрева отдельных домохозяйств. В 2010 году котел, работающий на щепе, был установлен в школе города Ток, что позволило экономить 65 тонн мазута в год. Сейчас более 40 населенных пунктов Аляски рассматривают проекты установки котлов на древесине. Открылся первый крупный завод по производству биодизеля из отработанного растительного масла местных ресторанов. Он может выпускать до 1 тыс. тонн топлива в год. Любопытный проект реализован несколько лет назад неподалеку от города Фэрбанкс. Местная энергетическая компания построила электростанцию мощностью 500 кВт, которая сжигает бумажные пелеты и картон. Ее тепловая энергия используется для обогрева теплиц, где выращивают овощи для продажи на местном рынке. 

Зато ветроэнергетика получила на Аляске широкое распространение и в списке возобновляемых источников энергии занимает второе место после гидрогенерации. Общая установленная мощность ветряков штата – от небольших ветрогенераторов, обеспечивающих электричеством отдельные дома, до турбин мощностью более 1 МВт – в 2012 году достигла 60 МВт. По природным условиям для ветроэнергетики больше всего подходит западное побережье Аляски. В 2009 году в городе Кадьяк были установлены первые в штате турбины мощностью 1,5 МВт. Сейчас они обеспечивают до 9% его потребностей в электроэнергии. Тогда же ветропарк из 18 турбин появился в городе Ном. Самым крупным проектом по развитию ветроэнергетики на Аляске стало строительство парка из 11 турбин общей мощностью почти 17,6 МВт в районе города Анкоридж. Они подключены к региональной энергосистеме «Рейлбелт». Энергия ветра позволяет ежегодно экономить 500 млн куб. м природного газа; ее достаточно, чтобы обеспечить электричеством около 6 тыс. домов столицы штата.  

***
Конечно, возобновляемая энергетика на Севере все еще нуждается в существенной правовой и финансовой поддержке со стороны местной и центральной власти. Проекты в области альтернативной энергетики также требуют сугубо индивидуального подхода, адаптации к нуждам и возможностям отдельных населенных пунктов вплоть до зданий. Такие источники могут быть рентабельными в районах с развитой инфраструктурой и гарантированным потреблением, а также в поселениях с высокими затратами на привозной мазут.

Одним из важных условий успешного и устойчивого развития экономики Канадского Севера является надежное, а главное, дешевое энергоснабжение. Характерная особенность северных поселений Канады – их изолированность от газотранспортных систем и североамериканских электросетей. По официальным данным, в 2011 году под определение «изолированных» попадали практически все населенные пункты трех северных территорий. Основным источником энергии в них служат дизельные генераторы. На их долю приходится от 43% (в Юконе) до почти 100% (в Нунавуте) установленной электрической мощности. В качестве главного источника тепла используется топливный мазут.