Альтернативні джерела енергії

Зміст 

Вступ….. 3

1. Альтернативні джерела енергії 4

Енергія вітру. 4

Енергія сонця. 5

Геотермальна  енергетика. 7

Гідроенергетика. 8

Енергія морських хвиль та припливів. 9

Біоенергетика. 10

Метан в енергетичних цілях 12

Воднева енергетика. 13

2. Альтернативні джерела енергії – правове регулювання в Україні. 14

3. Можливості використання альтернативних джерел енергії в Україні. 16

4. Українська альтернативна енергетика поки не зростає  19

Висновок 21

Список  літератури 23

Вступ 

     Людству потрібна енергія, причому потреби в ній збільшуються з кожним роком. Разом з тим запаси традиційних природних палив (нафти, вугілля, газу і ін.) кінцеві. Залишаються два шляхи: строга економія при витрачанні енергоресурсів і використання нетрадиційних поновлюваних джерел енергії.

     Проблеми, пов'язані з походженням, економічністю, технічним освоєнням і способами  використання різних джерел енергії, були і будуть невід'ємною частиною життя  на наший планеті. Прямо або побічно  з ними стикається кожен житель Землі. Розуміння принципів виробництва і споживання енергії складає необхідну передумову для успішного вирішення тих, що набувають все велику гостроту проблем сучасності і в ще більшому ступені – найближчого майбутнього.

     Все більше і більше вчених шукають якомога  рентабельніші джерела, котрі б використовували відновлювані ресурси і котрі б змогли хоча б частково замінити паливні. Найбільш підходять такі джерела як використання енергії текучої води та вітру, океанських припливів та відпливів, тепла земних надр та, звичайно, енергії Сонця. Також багатообіцяючими є дослідження, метою яких є спроба повторити термоядерні процеси, що відбуваються на зірках.

     Світ  наповнений енергією, яка може бути використана для здійснення роботи різного характеру. Енергія може знаходитися і знаходиться в людях і тваринах, в каменях і рослинах, у викопному паливі, деревах і повітрі, в річках і озерах, а ми, у свою чергу, розглянемо способи витягання цієї енергії і її перетворення.

    Одним із ефективних способів вирішення економічних  проблем держави і в водночас досягнення сталого розвитку економіки є впровадження енергозберігаючих технологій. Розвиток альтернативних джерел енергії є особливо актуальним для України на етапі інтеграції до світового економічного простору.

    Розвиток  та використання альтернативних та відновлювальних джерел енергії є вагомим фактором для зміцнення енергетичної безпеки та зменшення негативного техногенного впливу на навколишнє природне середовище. Важливість розвитку альтернативної енергетики є очевидною, адже вона відіграє вирішальну роль у зменшенні парникових викидів, знижені негативного впливу на довкілля, підвищує безпеку енергопостачання, допомагає зменшити залежність від імпорту енергії.

     В даній реферативній роботі розглянуто сучасний стан розвитку основних альтернативних джерел енергії, проблеми використання нових ресурсів енергії в Україні. 

1.Альтернативні джерела енергії 

    Альтернативні джерела енергії – відновлювані джерела енергії, до яких належать енергія  сонячна, вітрова, геотермальна, енергія  хвиль та припливів, гідроенергія, енергія біомаси, газу з органічних відходів, газу каналізаційно-очисних станцій, біогазів, та вторинні енергетичні ресурси, до яких належать доменний та коксівний гази, газ метан дегазації вугільних родовищ, перетворення скидного енергопотенціалу технологічних процесів.

    Міжнародне  енергетичне агентство вважає, що в 2030 році в усьому світі енергія, одержана від сонця, вітру, води, тепла  землі, а також з біомаси, збільшиться  в два рази порівняно із сьогоднішнім днем і складе 16 відсотків від  всього виробництва. Ще оптимістичніше оцінює ситуацію Європейський галузевий союз поновлюваних джерел енергії. На його думку, до 2030 року частка альтернативної енергії виросте до 35 відсотків. Європейська комісія вважає, що в 2020 році в Європі п'ята частина енергії вироблятиметься з екологічно безпечних джерел.

    Розвиток  та використання альтернативних та відновлювальних  джерел енергії (вітрової і сонячної енергії, біопалива, тощо) є вагомим фактором для зміцнення енергетичної безпеки та зменшення негативного техногенного впливу на навколишнє природне середовище. Важливість розвитку альтернативної енергетики є очевидною, адже вона відіграє вирішальну роль у зменшенні парникових викидів, знижені негативного впливу на довкілля, підвищує безпеку енергопостачання, допомагає зменшити залежність від імпорту енергії.

    Перспективними  напрямками розвитку альтернативних джерел енергії в Україні є: біоенергетика, видобуток та утилізація шахтного метану, використання вторинних енергетичних ресурсів, позабалансових покладів вуглеводнів, вітрової і сонячної енергії, теплової енергії довкілля, освоєння економічно доцільного гідропотенціалу малих річок України. 

Енергія вітру

     У пошуках альтернативних джерел енергії  в багатьох країнах чимало уваги  приділяють вітроенергетиці.

     Вітер служив людству протягом тисячоліть, забезпечуючи енергію для вітрильних суден, для розмелу зерна і перекачування води. А бурхливий розвиток промисловості призвів до винайдення вітроелектростанції, яка перетворює механічну енергію вітру на електричну за допомогою турбіни.

     Вітроенергетика -  галузь науки і техніки, що розробляє  теоретичні основи, методи і засоби використання енергії вітру для  одержання механічної, електричної  і теплової енергії і визначає сфери доцільного використання енергії  вітру в народному господарстві.

     Уже сьогодні в Данії вітроенергетика  покриває близько 2% потреб країни в  електроенергії. У США на декількох  станціях працює близько 17 тисяч вітроагрегатів загальною потужністю до 1500 Мвт. Вітроенергетичні пристрої випускаються не тільки в  США і Данії, але і Великій Британії, Канаді, Японії і деяких інших країнах.

     Для того, щоб будівництво вітроелектростанції  виявилося економічно виправданим, необхідно, щоб середньорічна швидкість  вітру в даному районі складала не менш 6 метрів за секунду. Саме такою є середньорічна швидкість вітру в Карпатському, Причорноморському, Приазовському, Донбаському, Західно-Кримському, Східно-Кримському регіонах країни. Сьогодні в Україні працює шість вітрових електростанцій: Аджигольська, Асканієвська, Донузлавська, Новоазовська, Сакська й Трускавецька ВЕС.

     У нинішню епоху високих цін  на паливо можна вважати, що вітродвигуни виявляться конкурентноздатними по вартості і зможуть брати участь у задоволенні енергетичних потреб країни. Підраховано, що за нинішнього рівня розвитку вітроенергетики спорудження у «вітряних» регіонах України вітрових електростанцій (ВЕС) дозволило б покрити ледве не третину потреби електроенергії, яку ми споживаємо.

        Вітроелектрична станція – вітроенергетична  установка, що перетворює кінетичну енергію вітрового потоку на електричну в місцях віддалених від мереж.  

     Енергія сонця

     Для стародавніх народів Сонце було богом. Своєю життєдайною силою  Сонце завжди викликало у людей  відчуття поклоніння і страху. Народи, тісно пов'язані з природою, чекали від нього милостивих дарів – урожаю і достатку, гарної погоди і свіжого дощу або ж кари – негоди, бур, граду.

     Сонячна енергія – це кінетична енергія випромінювання (в основному світла), що утворюється в результаті реакцій у надрах Сонця. Це один з найцікавіших, але і найпроблемніших видів “зеленої” енергетики.

     До  проблем можна віднести такі речі, як: нерівномірність сонячного світла у різних частинах земної кулі, необхідність великих земельних ділянок для  потужних електростанцій, низький ККД  сонячних елементів (але сучасна фізика напівпровідників робить кроки на шляху до вирішення цієї проблеми), неможливість генерувати енергію в темний та нічний час доби. Остання проблема є чи не найгострішою, оскільки потребує використання акумуляторів. Крім того, самі фотоелементи містять отруйні речовини, що ставить проблему їх утилізації. Але, не дивлячись на вищесказане, існує багато цікавих способів використання енергії Сонця, а саме:

• генерування електричної енергії із використанням сонячних елементів;
• генерування електричної енергії із використанням концентраторів сонячного випромінення;
• генерування електричної енергії шляхом нагрівання стисненого повітря для обертання турбін;
• обігрівання будівель через систему пасивного обiгріву;
• нагрівання продуктів харчування в сонячних печах;
• нагрівання води або повітря для господарчих потреб в геліоколекторах;
• нагрівання та охолодження повітря із використанням сонячних камeнів;
• генерування електричної енергії на геосинхронній орбіті із використанням штучних супутників — орбітальної енергетичної системи;
• кондиціонування повітря.

     Розвиток  альтернативних джерел енергії в  Україні находиться у зародковому  стані, однак, як і в ситуації з  вітроенергетикою, ми маємо непоганий  потенціал для розвитку сонячної енергетики. Сьогодні в країні налагоджене  власне виробництво високоефективних кремнієвих сонячних батарей із ККД до 20%. А необхідні для комплектації систем електропостачання системи керування, акумуляторні батареї й інвертори, що перетворюють постійний електричний струм у змінний, виробляються в сусідній Росії.

     В Україні нещодавно введені в експлуатацію п'ять сонячних електростнацій. Одна з них, на сьогоднішній день, найбільша в СНД – на 7,5 МВт в селі Джерельне (Крим) - її розробила і побудувала австрійська компанія Activ Solar. 
 
 
 

     Геотермальна  енергетика 

      Геотермальна енергетика - промислове отримання енергії, зокрема електроенергії, з гарячих джерел, термальних підземних вод.

     Потенціал геотермальних ресурсів найбільшою мірою залежить від глибини залягання  шарів з високою температурою.

     Геотермальні ресурси України представляють собою перш за все термальні води і теплоту нагрітих сухих гірських порід. Крім цього, до перспективних для використання в промислових масштабах можна зарахувати ресурси нагрітих підземних вод, які виводяться з нафтою та газом діючими свердловинами нафтогазових родовищ.

     Україна має значний потенціал геотермальної  енергії. Затверджені Міністерством  екології та природних ресурсів України  потенційні геотермальні ресурси становлять 27,3 млн.м³/добу теплоенергетичних вод, а їх теплоенергетичний потенціал з урахуванням особливостей термальних вод, як теплоносія – 84 млн. Гкал/рік. Річний технічно-досяжний енергетичний потенціал геотермальної  енергії в Україні є еквівалентним 12 млн. т у.п., його використання дозволяє заощадити біля 10 млрд. м³ природного газу.

     Найперспективнішим для видобутку високопотенційних енергоресурсів є Карпатський геотермічний район, який характеризується високим геотермічним градієнтом і відповідно високими температурами гірських порід порівняно з іншими регіонами України. Температура порід в свердловинах, пробурених в Карпатах, на глибині 4 км сягає 210˚С. Необхідні температури теплоносія для геотермальних електростанцій знаходяться на значно менших глибинах (на 1 – 1,5 км), ніж у інших сприятливих місцях.

     Перспективним районом для розвитку геотермальної енергетики є Крим. Глибини пробурених свердловин тут невеликі: до 2000 м; температура термальних вод на гирлі 50 – 70˚С, їх мінералізація – 20 – 70 г/л. На теперішній час низькопотенційні геотермальні енергоресурси Криму використовуються для теплопостачання.

     Третім  перспективним районом для розвитку геотермальної енергетики є Дніпрово-Донецька западина, що включає в себе області: Чернігівську, Полтавську, Харківську, Луганську та інші. Цей регіон одночасно є крупним споживачем теплової та електричної енергії.

     Пріоритетними районами першочергового освоєння геотермальних  ресурсів є Керченський півострів (АР Крим), Львівська та Закарпатська області, окремі родовища в Харківській, Полтавській та Донецькій областях.

     Залучення до паливно-енергетичного комплексу  України розвіданих родовищ геотермальних  вод і, в першу чергу, існуючих на цих родовищах свердловин, дасть  можливість створити геотермальні теплогенеруючі установки сумарною тепловою потужністю 200 МВт (з них 140 МВт на основі існуючих свердловин). До 2030 року цілком реально є створення енергогенеруючих геотермальних установок сумарною тепловою потужністю 2160 МВт, електричною 400 МВт.

Гідроенергетика

      Гідроенергетика — галузь відновлюваної енергетики, що спеціалізується на використанні енергії від течії води.

     Багато  тисячоліть вірно служить людині енергія води. Запаси її на Землі  колосальні. Величезним акумулятором енергії служить Світовий океан, що поглинає велику її частину, що поступає від Сонця. Тут відбуваються приливи  і відливи, виникають могутні  океанські течії. Народжуються могутні річки, що несуть величезні маси води в моря і океани. Зрозуміло, що людство у пошуках енергії не могло пройти мимо таких гігантських її запасів. Раніше всього люди навчилися використовувати енергію річок.

     Досвід  багатьох країн доводить, що використання потенціалу малих річок на малих та мікро-ГЕС допомагає вирішити проблему поліпшення енергопостачання численних споживачів. Найбільш ефективні малі ГЕС, створені на існуючих гідротехнічних спорудах. В Україні налічується понад 63 тис. малих річок. Їх гідроенергетичний потенціал складає 30% від загального технічного потенціалу всіх річок України. Найбільші можливості щодо розвитку малої гідроенергетики має Карпатський регіон. Тут будівництво ГЕС має об'єднуватися з реалізацією протиповеневих заходів.

     Переваги  гідроелектростанцій очевидні –  постійно поновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього  середовища. Проте споруда дамби  крупної гідроелектростанції виявилася  завданням куди складнішою, ніж споруда невеликої. Щоб привести в обертання могутні гідротурбіни, потрібно накопичити за дамбою величезний запас води. Для споруди дамби потрібно укласти таку кількість матеріалів, що об'єм гігантських єгипетських пірамід в порівнянні з ним покажеться нікчемним.

     Але поки людям служить лише невелика частина гідроенергетичного потенціалу землі. Щорічно величезні потоки води, що утворилися від дощів і  танення снігів, стікають в моря невикористаними. Якби вдалося затримати  їх за допомогою дамб, людство отримало б додатково колосальну кількість енергії. 

 Енергія морських хвиль та припливів 

      Дещо більшим  від ресурсів гідроенергії є світовий ресурс енергії морських хвиль та припливів.

       Моря та океани займають 71% поверхні  Землі і мають енергію хвиль і припливів та енергію хімічних зв’язків газів, солей, мінералів, приховану енергію течій у різних частинах морів та океанів, невичерпну енергію яких можна виробляти завдяки різниці температур на поверхні і глибині, а також перетворюючи її на традиційні види.

     У припливах і відпливах, що змінюють один одного двічі на день, зосереджена  величезна енергія. Припливи – це результат гравітаційного притягання великих мас води океанів з боку Місяця і, у меншому ступені, Сонця. При обертанні Землі частина води океану піднімається і якийсь час утримується в цьому положенні гравітаційним притяганням. Коли «горб» підйому води досягає суші, як це повинно відбуватися внаслідок обертання Землі, настає приплив. Подальше обертання Землі послабляє вплив Місяця на цю частину океану, і приплив спадає. Припливи і відпливи повторюються двічі на добу, хоча їхній точний час змінюється в залежності від сезону і положення Місяця.

     Дійсний хід приливу і відливу вельми складний. На нього впливають особливості руху небесних тіл, характер берегової лінії, глибина води, морські течії і вітер.

     Найвищі і сильніші приливні хвилі виникають  в дрібних і вузьких затоках  або гирлах річок, що впадають в моря і океани. Приливна хвиля Індійського океану котиться проти перебігу Гангу на відстань 250 км. від його гирла. Приливна хвиля Атлантичного океану розповсюджується на 900 км. вгору по Амазонки.

     Енергія морських хвиль — кінетична енергія, що її несе коливання поверхні моря під дією вітру. Відноситься до відновлюваних джерел енергії. За допомогою хвильових перетворювачів (турбін, занурених у воду) енергія хвиль реалізується у електричну або іншу придатну до використання.

     В даний час у ряді країн, і в  першу чергу в Англії, ведуться інтенсивні роботи по використанню енергії  морських хвиль. Британські острови мають дуже довгу берегову лінію, до в багатьох місцях море залишається бурхливим протягом тривалого часу.

     Найбільш  поширеним способом використання енергії  морів та океанів є спорудження  припливних електростанцій (ПЕС). Перша у світі та найбільша на сьогодні ПЕС міститься у Франції на березі Ла-Маншу в гирлі річки Ране. Приплив у цьому місці переміщує 189 тис. м3 води за секунду. Різниця рівнів становить 13 м, а швидкість течії між містами Брестом і Сен-Мало часто досягає 90 км/год. У середині дамби дуже великого накопичувального резервуара містяться 24 турбо-альтернатори-турбогенератори зі зворотними лопатками ротора турбіни. Кожен з них може функціонувати і як турбіна, і як насос, який працює і в бік моря, і в зворотному напрямку.

     Але для України промислове використання цих ресурсів є проблематичним через замерзання Азовського і Чорного морів і відсутність територій для побудови ГЕС. А стосовно припливів— ще й через вкрай низький потенціал: припливна хвиля на Чорному морі не перевищує 10 см, а необхідна висота становить, як мінімум, 5 м.  

 Біоенергетика  

      Біоенергетика – галузь електроенергетики, заснована на використанні біопалива, яке створюється на основі використання біомаси.

     Біомаса – це постійна або змінна субстанція рослинного або тваринного походження, що підлягає біодеградації, яка походить з продуктів та відходів лісної та сільськогосподарської продукції, промислового виробництва. До біомаси відносять усю рослинну і вироблену тваринами субстанцію. Цінність біомаси як палива у великому ступені залежить від сорту біопалива та його вологості. При використанні біомаси в енергетичних цілях для виробництва тепла, електроенергії і палива, розрізняють енергетичні рослини і органічні відходи.

     Енергетичними рослинами вважаються:

• швидко зростаючі сорти дерев і спеціальні однорічні рослини з високим вмістом сухої маси для використання як твердого палива;
• цукро- та крохмалевмісні польові культури для переробки в етанол, а так само маслянисті культури для виробництва біодизеля для застосування як рідкого палива;
• польові культури, придатні для силирування і використання у виробництві біогазу.

     До  органічних відходів відносяться відходи, що виникають в сільському, лісовому, домашньому господарстві і промисловості: відходи деревообробки, солома, трава, листя, гній, шлам, органічні відходи домашнього господарства і т. д.

     До  біогенного твердого палива відносяться  усі невикопні види палива органічного  походження, які до моменту їх використання знаходяться в твердому стані, як наприклад: деревина усіх видів і  у будь-якій формі, солома, макуха, зерно, кукурудза, злаки, цукровий буряк, рапс, рослинні олії, біологічні відходи, экскріменти, водорості і т. д.

     Виробництво електроенергії і тепла з твердої  біомаси на сьогодні здійснюється в  основному шляхом спалювання в твердопаливних котлах, з отриманням пари високого тиску. Цей процес здійснюється за допомогою біомасових енергетичних установок. Розрізняють відповідно:

• біомасові котельні — установки що виробляють тільки тепло;
• біомасові теплоелектроцентралі (Біо-ТЕЦ) — виробляють разом з теплом ще і електрику.

     Біомасу можна використовувати в дуже різний спосіб, наприклад, у приватних  господарствах, місцевих котельнях, електрокотельнях. Для приватних та місцевих котелень на сьогодні існує велика кількість  різноманітних конструкцій котлів, пристосованих для спалювання різних асортиментів та видів біомаси.

     Щорічно приріст біомаси у світі оцінюється в 200 млрд. т (в перерахунку на суху речовину), що енергетично еквівалентно 80 млрд. т нафти. Одним із джерел біомаси є ліси. При переробці ділової деревини 3-4 млрд. т складають відходи, енергетичний еквівалент яких складає 1,1-1,2 млрд. т нафти. Світова потреба в енергії (11 млрд. т у.п.) складає тільки 12% енергії щорічного світового приросту біомаси. Частка і кількість біомаси, використовуваної для одержання енергії, постійно знижується, що можна пояснити порівняно низькою теплотою згоряння біомаси, унаслідок високого вмісту в ній води.

     Надзвичайно важливим для України є масштабне  застосування рослинної біомаси  як через пряме спалювання, так  і через конверсію її на біогаз, «біодизель», генераторний чи піролізний газ, що можуть виступати ефективними замінниками природного газу, вугілля, моторних палив, інших нафтопродуктів і первинних енергоносіїв.

     Найбільшої  уваги заслуговує перетворення біомаси  та органічних відходів на біогаз, оскільки в цьому випадку, окрім палива, виробляються цінні органічні добрива, вкрай необхідні для збереження гумусу в українських чорноземах.

      Біогаз –  це газ, який утворюється з біомаси (з відходів тваринництва, харчової промисловості, стічних вод та твердих побутових відходів).

     Отриманий біогаз може використовуватись як для  газифікації сіл, так і в якості моторного палива для роботи малих  ТЕЦ електричною потужністю до 1 МВт, чого достатньо для забезпечення електрикою близько 4 тис. чол.

     Біогаз, одержуваний з відходів життєдіяльності тварин і птиці, може замінити в Україні 6 млрд. м³ природного газу, однак для його одержання необхідні значні інвестиції, строк окупності яких складає 4-5 років.

     Найпростіше енергію біомаси можна утилізувати  шляхом спалювання в котельних установках та побутових печах. Це є реальною альтернативою імпорту російського газу, але на заваді стоїть відсутність ефективних збору, переробки та зберігання біомаси. В Україні надлишок соломи та стебел усіх культур складає 21,1 млн. т. Спалювання 20% ресурсів соломи дозволило б забезпечити електрикою та теплом потреби сільського населення України. Однак, використання біомаси в енергетичних цілях проходить тільки своє становлення.

     Біопаливо або біологічне паливо – органічні матеріали, як-от деревина, відходи та спирти, які використовуються для виробництва енергії.

     Біопаливо сьогодні розглядається в Україні  як вагома альтернатива традиційному пальному. Вважається, що його виготовлення в найближчі роки буде максимально вигідним для української економіки. Проте виробництво біопалива в промислових обсягах ще не налагоджене так як, приміром, у Німеччині, яка займає лідируючі позиції з виробництва біодизелю в ЄС. В Україні працюють лише мінізаводи чи дослідницькі установки з виробництва біодизелю, який, як правило, використовується у сільському господарстві.

     Україна має сприятливі передумови для виробництва  біодизельного палива з рапсу, а  також метанолових і етанолових добавок із різних продуктів рослинництва для підвищення октанового числа  бензину. Особливо високоякісне дизельне пальне можна виробляти з відходів деревини. Для виробництва дизельного пального можна використовувати також відходи нафтопереробки, відпрацьовані моторні мастила, шлами очистки каналізаційних стоків, фільтрати полігонів побутових відходів, пластикові пляшки, гумові покришки та інші горючі побутові й промислові відходи, щорічний вихід яких в Україні досягає 50 млн. т.