НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТРНАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИА. К. ДЖАНГАЗИЕВН. Б. ЕЛЕУСИЗОВАНАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕРАЗВИТИЯВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ(АЛЬТЕРНАТИВНОЙ) ЭНЕРГЕТИКИВ КАЗАХСТАНЕАлматы, 2010ВВЕДЕНИЕРесурсы полезных ископаемых планеты, по различным оценкам, ограничены, их запасов на нужды теплоэнергетики хватит максимум на 100 лет, поэтому развитие альтернативной или возобновляемой энергетики является актуальным, прибыльным и своевременным направлением в исследованиях. В Посланиях Президента РК Нурсултана Назарбаева народу Казахстана: «Новый Казахстан в новом мире» (2007 г.) и «Рост благосостояния граждан Казахстана – главная цель государственной политики» (2008 г.) подчеркнута необходимость развития энергосберегающих и экологически чистых технологий. «Важным направлением работы должны стать также экономические и административные меры, направленные на стимулирование эффективного использования электроэнергии, а также на разработку механизмов внедрения в энергетическую отрасль энергосберегающих технологий, в том числе и наукоемких», - указывает глава государства [1,2]. Целью настоящих исследований является анализ информационных материалов фонда непубликуемых документов (ФНД) НЦ НТИ РК, которые дали бы возможность определить степень научной проработанности проблем, развития возобновляемой энергетики в Казахстане. В качестве критерия охвата наукой вопросов развития альтернативной энергетики был принят Межгосударственный рубрикатор научно-технической информации [3]. Для достижения поставленной цели реализованы следующие задачи:- проведена выборка из ФНД НЦНТИ базового массива научных документов, относящихся к вопросам альтернативной или нетрадиционной возобновляемой энергетики (НВЭ); - систематизированы выбранные НИОКР и защищенные диссертации по направлениям научных исследований;- непубликуемые документы классифицированы согласно выявленным приоритетным проблемам и тематическим направлениям научных исследований; - проведен статистический, динамический и внутритематический анализ выполненных НИОКР и диссертаций по выявленным приоритетным проблемам и тематическим направлениям развития отрасли; - проведен анализ распределения выполненных НИОКР между организациями их выполнения;- проведен анализ распределения диссертаций по научным степеням, шифрам научной специальности, организациям и городам выполнения и защиты диссертационных работ; - дан анализ научной обеспеченности проблем, развития нетрадиционной энергетики, определено их место в реальном секторе производства и хозяйственная значимость;- приведена информация о внедрении результатов исследований в производство.^ 1. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ЕЕ СОВРЕМЕННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯВ нашем мире беспощадно сжигаемого топлива, формировавшегося целыми геологическими эпохами, растрачиваемого за столетия, беспрерывного накопления миллионов тонн неразлагаемого пластикового мусора и растущего дефицита пресной воды словосочетание «возобновляемые источники энергии» (ВИЭ) ложится неким бальзамом на душу. Значит, мы в состоянии не только перемалывать ресурсы матушки-природы, но и каким-то образом находиться с ней в гармонии, соизмеряя свои потребности с ее возможностями. Возобновляемые источники энергии восполняются естественным образом, прежде всего за счет поступающего на поверхность Земли потока энергии солнечного излучения, и в обозримой перспективе являются практически неисчерпаемыми. О возобновляемой энергетике в мире говорят уже давно, а в некоторых странах, особенно европейских, многое уже сделано и продолжает делаться. Понятие «нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (НВИН) включает энергию солнца, ветра, геотермальных вод, приливов и волн, биомассы. Сюда же можно отнести и малую (до 30 МВт) гидроэнергетику, использующую энергию малых рек и водотоков как равнинных, так и горных, а также некоторые источники энергии, связанные с жизнедеятельностью человека (тепловые "отходы" жилища, промышленных и сельскохозяйственных производств, бытовые отходы и т.п.) Общими для всех этих направлений являются два их качественных отличия от традиционной энергетики. Во-первых, сохранение невозобновляемого и быстро истощаемого сегодня органического топлива (нефти, газа, угля) для будущих поколений, а во-вторых, экологическая безопасность.^ 1.1. Возобновляемые источники энергиии технология их использования К настоящему времени основными способами использования солнечной энергии являются преобразование ее в электрическую и тепловую с использованием солнечных коллекторов. Солнечные коллекторы (СК) – это технические устройства, предназначенные для прямого преобразования солнечного излучения в тепловую энергию в системах теплоснабжения для нагрева воздуха, воды или других жидкостей. Системы теплоснабжения принято разделять на пассивные и активные. Самыми простыми и дешевыми следует назвать пассивные системы теплоснабжения, которые для сбора и распределения солнечной энергии используют специальным образом сконструированные архитектурные или строительные элементы зданий сооружений и не требуют дополнительного специального оборудования. Наибольшее распространение получили активные системы теплоснабжения со специально установленным оборудованием для сбора, хранения и распространения энергии солнца, которые по сравнению с пассивными позволяют значительно повысить эффективность использования солнечной энергии, обеспечить большие возможности регулирования тепловой нагрузки и расширить область применения солнечных систем теплоснабжения в целом. Плоский солнечный коллектор ( простейший и наиболее дешевый способ использования солнечной энергии) представляет собой теплоизолированный с тыльной стороны и боков ящик, внутри которого помещена тепловоспринимающая металлическая или пластиковая панель, окрашенная для лучшего поглощения солнечного излучения в темный цвет и закрытая сверху светопрозрачным ограждением (один или два слоя стекла или прозрачного стойкого под воздействием ультрафиолета пластика). Панель является теплообменником, по каналам которого прокачивается нагреваемая вода. Вода направляется в теплоизолированный бак, гидравлически соединенный с солнечным коллектором. За день вода из бака может несколько раз проходить через коллектор, нагреваясь до расчетного уровня температуры, зависящего от соотношения между объемом бака и площадью солнечного коллектора, а также от климатических условий. Циркуляция воды в замкнутом контуре «солнечный коллектор - бак - солнечный коллектор» может осуществляться принудительно с помощью небольшого циркуляционного насоса или естественным образом за счет разности гидростатических давлений в столбах холодной и нагретой воды. В последнем случае бак должен располагаться выше верхней отметки солнечного коллектора. Солнечные фотоэлектрические установки осуществляют прямое преобразование энергии солнечного излучения в электроэнергию с помощью фотопреобразователей. Солнечная фотоэлектрическая установка состоит из солнечных батарей в виде плоских прямоугольных поверхностей, работа которых состоит в преобразовании энергии солнечного излучения в электрическую энергию. Электрический ток в фотоэлектрическом генераторе возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементах при попадании на них солнечного излучения. Наиболее эффективны фотоэлектрические генераторы, работающие на возбуждении электродвижущей силы (ЭДС) на границе между проводником и светочувствительным полупроводником (например, кремний), или между разнородными проводниками. Наибольшее распространение получили солнечные фотоэлектрические установки на основе кремния трех видов: монокристаллического, поликристаллического и аморфного. Для фотопреобразователей из монокристаллического кремния в лабораторных условиях на опытных образцах достигнут КПД 24 %, на малых опытных модулях - 18 %. Для поликристаллического кремния эти рекордные значения равны 17 и 16 %, для аморфного кремния на опытных модулях - около 11 %. Все эти данные соответствуют так называемым однослойным фотоэлементам. Кроме того, используются двух- и трехслойные фотоэлементы, которые позволяют использовать большую часть солнечного спектра по длине волны солнечного излучения. Для двухслойного фотоэлемента на опытных образцах получен КПД 30 %, а для трехслойного 35-40 %.^ Ветровая энергия. Ветроэнергетические установки (ВЭУ) являются основным способом преобразования ветровой энергии в электрическую энергию. Наиболее распространенным типом ВЭУ является ветровая турбина с горизонтальным валом, на котором установлено рабочее колесо с различным числом лопастей - чаще всего 2-3. Многолопастные колеса применяются в малых установках, предназначенных для работы при невысоких скоростях ветра. Турбина и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. Спектр единичных мощностей выпускаемых ветроустановок в мире весьма широк: от нескольких сот ватт до 2-4 МВт. Малые ВЭУ (мощностью до 100 кВт) находят широкое применение для автономного питания потребителей, и сферы их использования во многом совпадают с фотопреобразователями. Особенно эффективно использование малых установок для водоснабжения (подъем воды из колодцев и скважин, ирригация). Автономные малые ветроустановки могут комплектоваться аккумуляторами электрической энергии и/или работать совместно с дизель-генераторами. В некоторых случаях используются комбинированные ветро-солнечные установки, позволяющие обеспечивать более равномерную выработку электроэнергии, учитывая то обстоятельство, что при солнечной погоде ветер слабеет, а при пасмурной - наоборот, усиливается. Крупные ветроустановки (мощностью более 100 кВт), как правило, сетевые, т. е. предназначены для работы на электрическую сеть. Удельная стоимость крупных ВЭУ сегодня находится в интервале 800-1000$/кВт, а малых ВЭУ, как правило, выше и увеличивается с уменьшением мощности, достигая величины 3000 $/кВт (иногда и более) для установок мощностью от нескольких сот ватт до 1 кВт. ^ Геотермальная энергия. Геотермальное теплоснабжение является достаточно хорошо освоенной технологией. Преобразование внутреннего тепла Земли в электрическую энергию осуществляют геотермальные электростанции (ГеоЭС). Источники глубинного тепла - радиоактивные превращения, химические реакции и др. процессы, происходящие в земной коре. Температура пород с глубиной растет и на уровне 2000-3000 м от поверхности Земли, превышая 100°С. Циркулирующие на больших глубинах воды нагреваются до значительных температур и могут быть выведены на поверхность по буровым скважинам. В вулканических районах глубинные воды, нагреваясь, поднимаются по трещинам в земной коре. В этих районах термальные воды имеют наиболее высокую температуру и расположены близко к поверхности, иногда они выделяются в виде перегретого пара. Современные экологически чистые ГеоЭС исключают прямой контакт геотермального рабочего тела с окружающей средой и выбросы вредных парниковых газов (прежде всего СО2) в атмосферу. С учетом лимитов на выбросы углекислого газа ГеоЭС и ГеоТС имеют заметное экологическое преимущество по сравнению с тепловыми электростанциями, работающими на органическом топливе.Приливная энергия. Энергия морских приливов преобразовывается в элетрическую энергию с использованием приливных электростанций, использующих перепад уровней "полной" и "малой" воды во время прилива и отлива. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в том числе и атомными) электростанциями энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов. Основное преимущество электростанций, использующих морские приливы, состоит в том, что выработка электроэнергии имеет предсказуемый плановый характер и практически не зависит от изменений погоды.^ Энергия биомассы. Первичная биомасса является продуктом преобразования энергии солнечного излучения при фотосинтезе. В зависимости от свойств "органического сырья" возможны различные технологии его энергетического использования. Для использования сухой биомассы наиболее эффективны термохимические технологии (прямое сжигание, газификация, пиролиз и т.п.). Для влажной биомассы - биохимические технологии переработки с получением биогаза (анаэробное разложение органического сырья) или жидких биотоплив (процессы сбраживания). Газификация древесных отходов обеспечивает получение топливного газа, основу которого составляет СО, Н2 и N2 и который может быть использован в качестве газообразного топлива в котельных, газовых турбинах и двигателях внутреннего сгорания. Прямое сжигание древесины хорошо известно на бытовом уровне. Технологии энергетического использования древесных отходов постоянно совершенствуются. Наиболее распространен перевод котельных с жидкого топлива или угля на древесные отходы, что требует реконструкции топочных устройств и создания необходимой инфраструктуры хранения и подготовки топлива. Среди биохимических технологий переработки жидких органических отходов наиболее широкое применение во многих странах мира получила технология анаэробного (в отсутствии атмосферного кислорода) разложения органического сырья с получением биогаза, состоящего на 55-60 % из метана. Вырабатываемый биогаз отводят из объема метантэнка и направляют в газгольдер-аккумулятор, откуда газ отбирается по мере необходимости в основном на цели теплоснабжения близлежащих объектов. Биогаз может также использоваться как топливо в двигателях внутреннего сгорания для производства механической и/или электрической энергии.^ Энергия воды (мини-ГЭС). В соответствии с общепринятой международной классификацией к микроГЭС относят гидроэнергетические агрегаты мощностью до 100 кВт, а к малым - от 100 кВт до 10 МВт. В последние годы достигнут значительный технический прогресс в разработке малых гидроагрегатов, в том числе в России, что открывает новые возможности для возрождения малой гидроэнергетики. Разработанное оборудование удовлетворяет повышенным техническим требованием, в том числе: обеспечивает возможность работы установок как в автономном режиме, так и на местную электрическую сеть, полностью автоматизировано и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, обладает повышенным ресурсом работы (до 40 лет, при межремонтных периодах до 5 лет). Разработан широкий спектр современных гидроагрегатов с различными типами рабочих колес, обладающих повышенным КПД в широком диапазоне рабочих напоров (1,5-400 м) и расходов воды. Помимо использования малых рек, одним из интересных новых применений микро- и малых ГЭС является их установка в питьевых водопроводах и технологических водотоках предприятий, водосбросах ТЭЦ, а также на промышленных и канализационных стоках. Такая возможность может быть реализована в тех водотоках (продуктопроводах), где требуется применение гасителей давления. Вместо гасителей целесообразно установка микроГЭС, вырабатывающих электроэнергию для собственных нужд производства или в сеть за счет избытка давления в водотоке. ^ 1.2. Современное состояние развития возобновляемой энергетики Существующий в настоящее время вклад ВИЭ в энергетику можно увидеть из данных табл. 1.1, 1.2, а именно установленную мощность ВИЭ в мире по различным видам энергии и вклад ВИЭ в общее энергопотребление и производство электроэнергии [4].^ Таблица 1.1 Установленная мощность ВИЭ в мире (2000 г.) Источник Электроэнергия, ГВт ^ Тепло, ГВт Малые реки 70 - Биомасса 30 200 Ветер 31 - Геотермика 8 17 Фотоэлектричество 0,94 - Солнечные ТЭС 0,4 - Солнечные коллекторы - 17 Вклад ВИЭ в производство электроэнергии - 1.6 % ^ Таблица 1.2Роль ВИЭ Страна 2000 г. 2010 г. 2020 г. Доля ВИЭ в общем энергопотреблении, % Россия 1,2 1,9 4,3 ЕС 4 12 ^ Доля ВИЭ в производстве электроэнергии, % Россия 0,5 1 1,5-2,0 ЕС 2,9 12 Дания 12 Наибольший вклад в производство тепла дает биомасса, а в производство электроэнергии - биомасса, малые реки и ветер. Но в целом вклад ВИЭ, например, в мировое производство электроэнергии, чрезвычайно мал - всего 1,6 %. Как сегодня, так и в обозримом будущем (до 2020 г.) в России вклад ВИЭ в энергетику пренебрежимо мал - 1-2 % по производству электроэнергии. Это прогноз в соответствии с Энергетической стратегией РФ. В то же время в европейском сообществе планы грандиозные и более чем на порядок превышают планы России. По последним данным, 48 стран, в том числе 14 развивающихся, планируют к 2012 г. производить 5-30 % электроэнергии за счет ВИЭ. По другим данным, в 2004 г. наблюдался резкий рост инвестиций в мире в развитие ВИЭ - 30 млрд дол., а это 20-25 % общих инвестиций в энергетику. Мировой энергетический совет (МИРЭС), членами которого являются более 100 стран мира, занимается большим комплексом вопросов, связанных с перспективами глобального энергосбережения и энергопотребления, включая вопросы сохранения природной среды. Основной количественный вывод из его прогнозов состоит в том, что энергопотребление в мире в течение следующих 30 лет может почти удвоиться. Причем 85 % этого роста должны занять развивающиеся страны, в которых прирост населения составит 90 % общемирового. Основная часть растущих энергетических потребностей в XXI в. будет обеспечиваться за счет ископаемых топлив, что не может не вызвать обострения глобальных экологических проблем в связи с усилением загрязнения окружающей среды. После 2020 г., по данным МИРЭС, ожидается устойчивый рост использования НВИЭ, особенно солнечной энергии [5]. Загрязнение окружающей среды наносит значительный ущерб экономике. В европейских странах он оценивается в 4-6 % ВВП. Поэтому наряду с обострением глобальной энергетической проблемы, бурным ростом цен на энергетическое сырье (прежде всего на нефть) и стремлением к уменьшению рисков и потерь при импорте энергоносителей, значимость экологических проблем является в странах ЕС важным стимулом к государственному «вмешательству» в экономику, в частности, к стимулированию развития нетрадиционной энергетики. В странах ЕС накоплен значительный опыт использования и стимулирования НВИЭ, к которым, в соответствии с директивой ЕС по стимулированию НВИЭ (сентябрь 2001 г.), обычно относят энергию солнца, ветра, малых рек, приливов, волн, биомассы, геотермальную энергию. Но имеются некоторые особенности включения отдельных объектов в программы стимулирования в разных странах. В большинстве стран ЕС из программ стимулирования исключаются ГЭС мощностью свыше 10 МВт, в Германии поддержку получают ГЭС мощностью не более 5 МВт, а в Нидерландах не включаются в национальные программы поддержки даже малые и микроГЭС. В настоящее время нетрадиционные источники не могут конкурировать на рынке с традиционными (углем, нефтью, газом). Поэтому многие государства предоставляют разнообразные льготы нетрадиционной энергетике: субсидии и кредиты по низким процентным ставкам; снятие фискального бремени с части прибыли, инвестируемой в развитие данной отрасли; освобождение потребителей «чистой» энергии от экологических налогов и др. Ниже в табл. 1.3 приведены данные по налоговому стимулированию использования НВИЭ [6].^ Таблица 1.3Налоговые стимулы, поощряющие использование энергии НВИЭ Страна Налоговый стимул Закупочная цена Австрия Налоговая ставка для производителей фотоэлектрических элементов Надбавки в некоторых районах Дания 15 %-ный кредит на ВЭУ; льготы в размере 4.2 цента за 1 кВт-ч; скидки с налогов на энергию, СО2, НДС 85 % розничной цены за энергию произведенную на ВЭУ Франция Налоговые скидки при использовании фотоэлектрических элементов и ВЭУ Надбавки 4.8 цент/кВт-ч энергии, произведенной на ВЭУ Германия 50-67 %-ный кредит для приобретения фотоэлектрических элементов 65-90 % розничной цены за энергию ФЭП и ВЭУ (10 цент/кВт-ч) Япония 50-67 %-ный кредит для приобретения фотоэлектрических элементов 100 % розничной цены за энергию ФЭП и ВЭУ (18 цент кВт-ч) Голландия Льготы в размере 8 цент/кВт-ч энергии, полученной ВЭУ; уменьшение энергетического налога на 11.5 %; налоговое освобождение на СО2 и для инвесторов в экофонд Нет Швеция 35 %-ный кредит за приобретение ВЭУ; льготы в размере 1.2 цента за 1 кВт-ч энергии, полученной на ВЭУ Нет США Льготы в размере 1.5 цента за 1 кВт-ч энергии, полученной на ВЭУ и биотехнологических установках; 1.4 цента за 1 кВт-ч энергии полученной на аналогичных установках с "замкнутым циклом"; 10 %-ная скидка на инвестиции для фотоэлектрических элементов, геотермальный установок; льготы по ускоренной амортизации на федеральном и местном уровнях Нет Существуют также различия в трактовке электроэнергии, производимой в результате сжигания промышленных и бытовых отходов. Некоторые страны, например Германия и Греция, исключают энергию, полученную от сжигания отходов, из классификации возобновляемых источников. В Бельгии, Великобритании и Нидерландах этот источник в течение многих лет является главным возобновляемым энергоресурсом. Опыт европейских стран показывает, что природный фактор является важной, но отнюдь не единственной предпосылкой успешного развития НВИЭ. Наилучшими природными условиями для использования ветроэнергетических установок в Европе обладают Франция, Великобритания, Эстония и Ирландия, В результате благоприятных географических и природных условий ветроагрегаты в Ирландии могут производить в 2 раза больше электроэнергии, чем те же самые агрегаты, установленные в Германии. Однако установленные в Германии ветроэнергетические агрегаты (в 2003 г. - около 12 000 МВт) более чем в 15 раз превосходят по мощности, взятые вместе ветроэнергетические установки в Ирландии, Великобритании, Эстонии и Франции (около 800 МВт). Выступив одним из инициаторов Киотского протокола (1997 г.), предписывающего развитым странам обеспечить к 2008-2012 гг. 5.2 %-ное сокращение выбросов газов, создающих парниковый эффект, страны ЕС заявили о готовности снизить на 8 % (по сравнению 1990 г.) уровень выбросов «парниковых» газов - в том числе Люксембург - на 28 %, Германия и Дания - на 21 %, Австрия - на 13 % и т.д. Одним из основных путей выполнения этих международных обязательств считается более широкое использовании НВИЭ и повышение их доли в энергетическом балансе стран Евросоюза. Директивой ЕС по стимулированию НВИЭ (2001 г.) предусмотрено, в частности, повышение доли нетрадиционной энергетики в энергопотреблении стран Евросоюза на 8.1 % по сравнению с 1997 г., в том числе: в Дании на 20.3 %; Греции - 11.5; Ирландии - 9.6; Великобритании - 8.3; Австрии - 8.1; Германии на 8 % и т.д. По оценкам экспертов ЕС, международные обязательства, вытекающие из Киотского протокола и закрепленные Директивами ЕС, создают существенные стимулы к использованию НВИЭ в странах Евросоюза, особенно в Германии, Дании, Люксембурге. Наряду с ветроэнергетикой в странах ЕС бурно развивается рынок солнечной энергетики. Например, в 2004 г. рынок солнечных панелей для обогрева жилищ увеличился на 30% (по площади панелей). К 2010 г. рынок таких конструкций предполагается довести до 100 млн. м2. Наиболее высокая динамика характерна для развития рынка солнечной энергетики в Германии. Причины успеха германского рынка солнечной энергетики обусловлены значительной государственной поддержкой этой отрасли. Так, реализуемая в Германии федеральная «Программа 100 000 солнечных крыш» предусматривает финансовые субсидии инвесторам в размере 0.51 млрд. евро и является самой крупной в мире программой финансирования в сфере солнечной энергетики [7]. Общая мощность ветроэнергетических установок в мире увеличилась с 2 ГВт в 1991 г. до более чем 32 ГВт в 2004 г. При этом не менее 70 % вырабатываемой в мире ветроустановками энергии дают страны ЕС (табл.1.4).^ Таблица 1.4 Доля стран в мировой производстве энергии ветроустановками Страна % Германия 36 Соединенные Штаты Америки 17 Испания 14 Дания 10 Индия 6 Италия 3 Великобритания 2 Нидерланды 2 Остальные страны 10 В настоящее время в энергетике некоторых стран ЕС возобновляемые источники занимают важное место. В Швеции доля электроэнергии, вырабатываемой за счет использования альтернативных источников, составляет 25 %, в Дании - более 7 %. Правительство Великобритании заявило о намерении покрывать за счет использования возобновляемых источников 10 % потребностей страны в электроэнергии в 2010 г. и 20 % - в 2025 г. Несмотря на то, что в целом для энергобаланса Евросоюза альтернативная энергетика пока наименее значима, европейские специалисты благоприятно оценивают перспективы ее развития. Рациональный механизм стимулирования использования НВИЭ в сочетании с активной экологической политикой и распространением экологического образования позволил странам ЕС добиться заметных результатов в улучшении состояния окружающей среды. В начале XXI в. объем выбросов окислов углерода в странах Западной Европы сократился по сравнению с серединой 80-х гг. на 20-25 %. Причем во Франции и Швеции - более чем на 60 %, Финляндии, Дании - на 46-50 %. Выбросы окислов азота за этот же период в Западной Европе уменьшились в среднем на 4, во Франции - на 13, Финляндии - на 5 %. В первую десятку самых экологически чистых государств вошли: Новая Зеландия, Швеция, Финляндия, Чехия, Великобритания, Австрия, Дания, Канада, Малайзия и Ирландия. США на 28-м месте. Россия признана лучшей из государств бывшего СССР. Последнее (133-е) место занимает Нигер. Успехи, достигнутые странами Евросоюза в сфере охраны окружающей среды, неоспоримы. Об этом свидетельствуют не только вышеприведенные данные национальной статистики стран ЕС и статистической службы Евросоюза («Евростат»), но и международные экологические рейтинги, составленные авторитетными учеными. Так, в новом рейтинге, составленном учеными Йельского и Колумбийского университетов, представленном на Всемирном экономическом форуме в Давосе (январь 2006 г.), в первой десятке самых экологически чистых стран мира указаны 7 стран-членов Евросоюза: Швеция, Финляндия,Чехия, Великобритания, Австрия, Дания, Ирландия [7]. На возобновляемые (альтернативные) источники энергии приходится всего около 1 % мировой выработки электроэнергии. Речь идет прежде всего о геотермальных электростанциях (ГеоТЭС), которые вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления. Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах - Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае. Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и грядущим топливным дефицитом в традиционной энергетике. По оценкам Европейской комиссии, к 2020 г. в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 млн. рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП [8]. Согласно отчёту ООН, в 2008 г. во всём мире было инвестировано $140 млрд. в проекты, связанные с альтернативной энергетикой, тогда как в производство угля и нефти было инвестировано $110 млрд. Во всём мире в 2008 г.инвестировали в $51,8 млрд. в ветроэнергетику, $33,5 млрд. - в солнечную энергетику и $16,9 млрд. - в биотопливо. Страны Европы в 2008 г. инвестировали в альтернативную энергетику $50 млрд, страны Америки — $30, Китай — $15,6, Индия — $4,1 млрд. [9]. В мае 2009 г. 13 % электроэнергии в США были произведены из возобновляемых источников энергии. 9,4 % - на гидроэлектростанциях, около 1,8 % - из энергии ветра, 1,3 % - из биомассы, 0,4 % - из геотермальных источников и 0,3 % - от энергии солнца [10]. В Австралии в 2009 г. 8 % электроэнергии вырабатывается из возобновляемых источников. В начале июня местные власти одобрили первый этап строительства гигантской ветроэлектростанции из 600 турбин возле городка Броукен-Хилл в Новом Южном Уэльсе. После выхода на полную мощность ветроэлектростанция сможет снабжать электричеством не менее 430 тыс. домовладений. Кроме того, в стране планируется возвести самую мощную в мире солнечную электростанцию. Тендер на ее строительство будет объявлен уже в этом году, а его победителей назовут в первой половине 2010 г. [11]. Как отмечалось во введении настоящих исследований, нам хотелось отразить состояние научной обеспеченности развития альтернативной или нетрадиционной возобновляемой энергетики в Казахстане, на основе непубликуемых документов АО НЦ НТИ, отчетов о НИОКР и диссертаций в этой отрасли.^ 2. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ В ОБЛАСТИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ИЛИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ2.1. Методика отбора данных из фонда непубликуемых документовНачиная с 1992 г. НЦ НТИ РК формирует государственные фонды непубликуемых документов (ФНД). Значительный научный интерес из документов фондов представляют отчеты о НИОКР, кандидатские и докторские диссертации. В настоящее время (по состоянию на 01. 01 2009 г.) в фонде имеются 16023 НИОКР, из них 7841 по завершенным работам, 18002 диссертаций, в том числе 2926 докторских и 14990 кандидатских. С целью определения тематической направленности и анализа, приведенных в этих научных документах исследований, изучаются данные, имеющиеся в базах данных "Информационные карты отчетов о НИОКР" (ИК) и "Учетные карты защищенных диссертаций" (УКД). База данных ИК и УКД находятся под управлением СУБД CDS/ISIS/M. Автоматизированный поиск документов проводится с использованием следующих поисковых возможностей данной СУБД:поиск по «свободному тексту» в полях «Наименование диссертации», «Реферат», «Рубрики МРНТИ»;поиск с помощью словаря поисковых терминов.В процессе поиска, во-первых, используются рубрики МРНТИ, специально отводимые рубрикатором для индексации работ по поставленной проблеме. Во-вторых, просматриваются рубрики отраслей науки и техники, в которых возможно применение научного обеспечения поставленной проблемы. При поиске "по свободному тексту" и с помощью словаря поисковых терминов используются ключевые слова и словосочетания, имеющие отношение к изучаемой теме. Отметим, что вследствие тематической многоплановости большинства имеющихся документов и записи в ИК и УКД снабжены несколькими рубриками МРНТИ, а также в них имеются ключевые слова, относящиеся ко многим другим документам, происходит их одновременная идентификация по различным областям знания, что приводит к некоторому дублированию (появлению так называемых «шумов»). Оно исключается в процессе формирования массива или позже, во время тщательного его просеивания, когда оставляются только документы, по содержанию соответствующие поставленной проблеме.^ 2.2. Формирование базового массива НИОКРИспользуя, методику автоматического отбора документов, о котором отмечалось выше, из базы данных «Информационные карты» (ИК), насчитывающей 16023 отчета о НИОКР были отобраны все научные отчеты, касающиеся вопросов альтернативной энергетики. В результате просеивания полученного массива документов были удалены отчеты о НИОКР, не относящихся к рассматриваемой области исследования. Окончательное количество сформированного базового массива составило 77 отчетов о НИОКР, в которых исследуются вопросы развития нетрадиционной возобновляемой энергетики. Дальнейшая структуризация полученного базового массива, количественное распределение его по выявленным приоритетным научным проблемам и тематическим направлениям исследования, организациям и городам исполнителям позволила сформировать сводную таблицу всех выполненных НИОКР за исследуемый период, распределенных по указанным параметрам. Следует отметить, что в разработанной табл. 2.1 базового массива документов о НИОКР, содержится большой объем информации по вопросам развития альтернативной энергетики. Весь информационный массив документов был распределен по 5-ти выявленным научным проблемам развития нетрадиционной энергетики в республике (отмеченные в таблице жирным шрифтом). Ниже приведены приоритетные научные проблемы: - Энергоресурсы. Энергетический баланс. - Теплоэнергетика. Теплотехника. - Гелиоэнергетика. - Ветроэнергетика. - Прямое преобразование энергии. Исследования каждой проблемы проводились от 1 до 3 наименований научно-тематических направлений. В базовой таблице отражены сравнительные показатели, характеризующие исследуемые тематические направления: а именно: количество выполненных НИОКР, организация выполнения, географическое местоположение, год выполнения, вид отчета и номер документа в базе данных НЦ НТИ "Информационные карты отчетов о НИОКР" (ИК). При разработке базовой таблицы каждый отчет о НИОКР занимает свою строку в тематическом направлении соответствующей приоритетной научной проблемы. Указанный номер документа, т. е. номер информационной карты отчета о НИОКР в базе данных ИК, позволяет потребителю легко найти интересующий документ. Таблица 2.1 ^ Распределение НИОКР по приоритетным проблемам и тематическим направлениям научных исследований, научным организациям, годам и местам выполнения ^ Рубрики МГРНТИ Наименование направления исследований Количество НИОКР Организациявыполнения Местовыполнения Год вы-пол-нения Вид отчета Инвентарный номер документа 1 уров. 2 уров. 3 уров. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 44 ЭНЕРГЕТИКА 09 ^ Энергоресурсы. Энергетический баланс 1 03 Структура и распределение энергоресурсов 1 Ин-т физ.высоких энерг. НАН РК Алматы 1995 заключительный 0295РК00426 31 ^ Теплоэнергетика. Теплотехника 1 33 Геотермические электрические станции и установки 1 Науч.-произв. ассоц."Ыстык СУ" Алматы 1996 промежуточный 0296РК00044 37 Гелиоэнергетика 15 01 Общие вопросы 1 Ин-т физ. высоких энерг. НАН РК Алматы 1995 заключительный 0295РК00427 29 Гелиоэнергетические установки 1 АО откр. типа НТЦ "Новые технол." Алматы 1995 заключительный 0295РК00353 ^ Продолжение таблицы 2.1 29 Гелиоэнергетические установки 1 Каз. НИИ мех. и электриф. сел. хоз-ва НАЦАИ РК Алматы 2001 заключительный 0201РК00077 29 Гелиоэнергетические установки