Концепция развития возобновляемой энергетики республики Дагестан как составная часть инновационной экономической политики

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

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.