Альтернативні джерела енергії. 4

                                                   Вступ.

    Людству  потрібна  енергія,  причому  потреби   в  ній  зростають  з   кожним  ро-

ком.  Разом  з  тим  запаси  традиційних  палив  (нафти,  вугілля,  газу.  ін.)  кінце-

ві.  Кінцеві  також  і  запаси  ядерного  палива  -  урану,  з  якого  можна  отриму-

вати  в  реакторах  плутоній.  Практично  невичерпні  запаси  термоядерного  па-

лива  -  водню,  проте  керовані  термоядерні  реакції  поки  не  освоєні  і  невідо-

мо  коли  вони  будуть  використані  для  промислового  отримання  енергії  в  чистому  вигляді,  тобто  без  участі  вцьому  процесі  реакторів  ділення.  Зали-

шається  два  шляхи:  строга  економія  при  витраченні  енергоносіїв  і  викорис-

тання  альтернативних  джерел  енергії.

                           Що  таке  альтернативні  джерела  енергії.

    Альтернативні   джерела  енергії  -  це  поновлювані   джерела,  до  яких  відно-

сять  енергію  сонячного  випромінювання,  вітру,  морів,  річок,  біомаси,  тепло-

ти  Землі  та  вторинні  енергетичні  ресурси,  які  існують постійно  або  виника-

ють  періодично  у  довкіллі.

                                        Сонячна  енергія  та  перспективи

                                   використання  її  в  Україні.

    Сонячна  енергія  -  це  енергія від Сонця в формі радіації  та  світла.  Ця  енергія значною мірою керує кліматом,  погодою та  є основою життя і в перспективі може  стати екологічно  чистою,  тобто такою,  що  не  виробляє  шкідливих відходів.  Технологія,  що  контролює  сонячну  енергію  називається

сонячною  енергетикою.  На  сьогодні  сонячна енергетика  широко  застосову-

ється  у  випадках,  коли  малодоступність  інших  джерел  енергії  в  сукупності  з

достатньою  кількістю  сонячного  випромінювання  виправдовує  її  економічно.

    Способи   отримання  енергетики  і   тепла  з  сонячного  випромінювання:

1. Отримання  електроенергії  за  допомогою  фотоелементів.
2. Геліотермальна  енергетика  -  нагрівання  поверхні.  що  поглинає сонячні

промені  і  подальший розподіл  і використання  тепла (фокусування сонячного

випромінювання  на  ємкості  з  водою  для  подальшого  використання води  в

опалюванні  або  в  парових  електрогенераторах).

3. ‘’Сонячне  вітрило’’  може  в безповітряному  просторі  перетворювати  со-

нячні  промені  в  кінетичну  енергію.

4. Термоповітряні  електростанції  ( перетворення  сонячної  енергії  в  енергію

повітряного  потоку,  що  направляється  на  турбогенератор).

5. Сончні  аеростатні  електростанції  (генерація  водяної  пари  усередині  ба-

лона  аеростата  за  рахунок  нагрівання  сонячним  випромінюванням  поверхні

аеростата,  покритої  селективно-поглинаючим  покриттям).  Перевага  -  запасу

пари  в  балоні  достатньо  для  роботи  електростанції  в  темний  час  доби  і хмар-

ну  погоду.

    Переваги  сонячної  енергетики:

1. Загальнодоступність  і  невичерпність  джерела.
2. Теоретично,  повна  безпека  для  навколишнього  середовища  (проте  в  да-

ний  час  у  виробництві  фотоелементів  і  в  них  самих  використовуються  шкід-

ливі  речовини).

    Недоліки  сонячної  енергетики:

    Фундаментальні  проблеми:

1. Через  відносно  невелику  величину  сонячної  постійної  (1367 Вт/кв.м.)  для

сонячної  енергетики  потрібне  використання  великих  площ  землі  під  електрос-

танції  (наприклад,  для  електростанції  потужністю  1Гвт це  може  бути  декель-

ка  десятків  квадратних  кілометрів).  Проте  цей  недолік  не  такий  великий, то-

му  що  фотоелектричні  елементина  великих  сонячних  електростанціях  встанов-

люються  на  висоті  1,8-2,5  метра,  що  дозволяє  використовувати землі   під

електростанцією  для  сільськогосподарських  потреб, наприклад,  для  випасу  ху-

доби.

    Проблема  знаходження   великих  площ  землі  під   сонячні  електростанції  ви-

рішується  у  разі  застосування  сонячних  аеростатних  електростанцій,  придат-

них  як  для  наземного,  так  і  для  морського  і  для  висотного  базування.

2. Потік  сонячної  енергії  на  поверхні  Землі  сильно  залежить  від  широти

клімату  .  У  різних  місцевостях  середня  кількість  сонячних  днів  в  році  може

сильно  відрізнятися.

    Технічні  проблеми:

1. Сонячна  електростанція  не  працює  вночі  і  недостатньо  ефективно  пра-

цює  у  ранкових  і  вечірніх сутінках.  При  цьому  пік  електроспоживання  при-

падає  саме  на  вечірні  години.  Крім  того,  потужність  електростанції  може 

стрімко  коливатися  через  зміни  погоди.

2. Висока  ціна  фотоелементів.  Ймовірно,  з  розвитком  технологій  цей  недо-

лік  подолають.

3. Недостатній  коефіцієнт  корисної дії фотоелементів.
4. Поверхню  фото панелей  потрібно  очищати  від  пилу,  інших  забруднень.
5. Через  30  років  експлуатації ефективність  фотоелектричних  елементів  по-

чинає  знижуватися.

    Перспективи   сонячної  енергетики  також   зменшуються  внаслідок  глобального

затемнення  -  антропогенного  зменшення  сонячного  випромінювання,  що  дохо-

дить  до  поверхні  Землі.

    Перспективи   розвитку  сонячної  енергетики  в  Україні.

    Вся  територія   України  придатна  для  розвитку  теплопостачання  з використа-

нням  сонячної  енергії.  У  2010  році  Україна  не  мала  жодної  великої  сонячної

електростанції,  у  2011  в  країні  вже  працюють  батареї  потужністю  67,55  МВт,

в  Криму  будується  один  з найбільших  сонячних  парків  Європи  та світу.  За

короткий  час  в  Україні  вдалося  зробити  ривок  і  вийти в  перші  ряди  за  тем-

пами  розвитку  фотовольтаїки.

                                                   Геотермальна  енергія  та

                                   перспективи  використання  її  в  Україні.

    Як відомо,  з  заглибленням  під  Землю   зростає  температура  (в   середньому  на

3. градуса  по  Цельсію  на  1  кілометр),  а  у  вулканічних  районах  значно  швид-

ше.  Геотермальна  енергія  акумульована  в  перших  10  км  Земної  кори  за  кіль-

кістю  в  10  разів  перевищує  геологічні  ресурси  усіх  видів палива разом узятих.

З  усіх  видів  геотермальної  енергії  мають  найкращі  економічні  показники  гід-

рогеотермальні  ресурси  -  термальні  води,  пароводяні  суміші  і  природна пара.

Аналіз  економічної  доцільності  широкого  використання  термальних  вод  по-

казує  .  що  їх  варто  застосовувати  для  опалення  і  гарячого  водопостачання  ко-

мунально-побутових,  сільськогосподарських  і  промислових  підприємств,для

технологічних  цілей,  добування  цінних  хімічних  компонентів  та  ін..

    Переваги  використання  геотермальної  енергії:

1. Геотермальну  енергію  отримують  від  джерел  тепла  з  великими  темпера-

турами.

2. Вона  має  декілька  особливостей:

• температура  носія  значно  менша  за  температуру  при  спалюванні палива;

• найкращий  спосіб  використання  геотермальної  енергії  - комбінований

(видобуток  електроенергії  та  обігрів).

    Недоліки  використання  геотермальної  енергії:

1. Низька  термодинамічна  якість.
2. Необхідність  використання  тепла  біля  місця  видобування.
3. Вартість  спорудження  свердловин  виростає  зі  збільшенням  глибини.

    Це  джерело  характеризується  різноплановим   впливом  на  природне  середови-

ще.  Так,  в  атмосферу  надходить додаткова кількість сполук  сірки,  бору,

миш’яку,  аміаку,  ртуті;  викидається  водяна  пара,  збільшуючи  вологість;  суп-

роводжується  акустичним  ефектом;  опускання  земної  поверхні; засолення земель.

    Геотермальна  енергія  в  Україні  та  перспективи  розвитку.

    Геотермальні  ресурси  в  Україні  представляють   собою  перш  за  все  термаль-

ні  води  і  теплоту  нагрітих  сухих  гірських  порід.  Крім  того,  до  перспективних

для  використання  в  промислових  масштабах  можна  зарахувати  ресурси  нагрі-

тих  підземних  вод,  які  виводяться  з  нафтою  та  газом  діючими  свердловина-

ми  нафто-газових  родовищ.

    Україна   має  значний  потенціал   геотермальної  енергії.  Найперспективнішим

для  видобутку  високо потенційних  енергоносіїв  є  Карпатський  геотермічний

район,  який  характеризується  високим  геотермічним  градієнтом  і  відповідно

високими  температурами  гірських  порід  порівняно  з  іншими  регіонами

України.

    Перспективними  регіонами  розвитку  геотермальної  енергетики  є  Крим,  а  та-

кож  Дніпрово-Донецька  западина,   що  включає  в  себе  області:  Чернігівську,

Полтавську,  Харківську,  Луганську  та  ін..

    До  2030  року  цілком  реально  є  створення   енергогенеруючих  геотермальних

установок  сумарною  тепловою  потужністю  2160МВт,  електричною  400МВт.

                              Енергія  вітру  та  перспективи  використання

                                             Її  в  Україні

    За  підрахунками  вчених  загальний  вітроенергетичний  потенціал  Землі  в  30

разів  перевищує  річне  споживання  електроенергії  в  сучасному  світі.  Однак, 

використовується  лише  мізерна  частка  цієї  енергії.  Можливе  використання 

цього  виду  енергії  в  різних  місцях  Землі  неоднакове.  Для  нормальної  роботи 

вітрових  двигунів  швидкість  вітру  не  повинна  в  середньому  за  рік  падати

нижче  4-5  м/с,  а  краще,  коли  вона  становить  6-8  м/с. Для цих установок

шкідливі і  надто  великі  швидкості  вітру  (урагани),  які  можуть  їх  поламати.

Найбільш  сприятливі  зони  для  використання  вітрової  енергії  -  узбережжя  мо-

рів  і  океанів,  степи,  тундра,  гори. Галузь,  яка  спеціалізується  на використанні

кінетичної  енергії  вітру  називається  вітроенергетикою.

    Переваги  вітроенергетики:

1. Зменшує  залежність  від  викопного  палива.
2. Відсутність  впливу  на  тепловий  баланс  атмосфери  Землі.
3. Можливість  перетворення  в  різні  види  енергії  (механічну,  теплову,  елек-

тричну).

    Недоліки  вітроенергетики:

    Географічні   обмеження.

    Одне  з   основних  обмежень  розвитку  вітроенергетики -  це  необхідність  роз-

ташування  установок  у  певних  районах  із  високою  інтенсивністю  вітру.  Інше

обмеження  полягає  в  необхідності  виведення  з  експлуатації  земель,  які  могли

б  бути використані  під  інші  види  господарської  діяльності.  Але  витрати  зем-

лі  на  вітрові електростанції  є  набагато  меншими,  ніж  електростанції  традицій-

них  типів.

    Економічні.

1. Порівняно  високі  інвестиції  у  вітроенергетичні  проекти  в  порівнянні  з 

традиційними  галузями  енергетики,  що  працюють  на  викопному  паливі.

2. Низька  щільність  енергії.

    Екологічні  недоліки.

1. Вплив  на  клімат. Вітрогенератори  забирають  частину  кінетичної  енергії

рухомих  повітряних  мас,  що  призводить  до  зниження  швидкості  їх  руху. При

масовому  використанні  вітряків  це  уповільнення  теоретично  може  мати  сут-

туєвий  вплив  на  локальні  (і  навіть  глобальні)  кліматичні  умови  місцевості.

Також  знижується  вентиляція  міст.

2. Використання  кисеню,  викиди  вуглекислого  газу  і  інших  забруднювачів.
3. Можлива  шкода  для  птахів,  кажанів,  деяких  інших  видів  тварин.

    Інші  недоліки.

1. Вплив  на  радіозв’язок.
2. Шум.  Вітряні  енергетичні  установки  виділяють  два  різновида  шуму:  ме-

ханічний  і  аеродинамічний.

3. Непередбачувані  зміни  швидкості  вітру  в  перебіг  доби  і  сезону,  що  ви-

магають  резервування  вітрової  станції  або  акумуляції  виробленій  енергії.

    Потенціал   вітрової  енергії  в  Україні  і  перспективи  розвитку.

    Україна   має  потужні  ресурси   вітрової  енергії:  річний  технічний   вітроенер-

гетичний  потенціал  дорівнює  30  млрд  кВт  на  год.  В  умовах  України  за  до-

помогою  вітроустановок  можливим  є  використання  15-19%  річного  об’єму

енергії  вітру,  що  проходить  крізь  перетин  поверхні  вітроколеса.  Очікувані  об-

сяги  виробництва  електроенергії  з  1  кв. метру  перетину  площі  вітроколеса

в  перспективних  регіонах  складають  800-1000  кВт  на  год.  за  рік.

    Застосування  вітроустановок  для  виробництва   електроенергії  в  промислових

масштабах  найбільш  ефективно  в  регіонах  України,  де  середньорічна  швид-

кість  вітру  більша  5  м/с:  на  Азово-Чорноморському  узбережжі,  в Одеській,

Херсонській,  Запорізькій,  Донецькій,  Луганські,  Миколаївській  областях,

АР  Крим  та  в  районі  Карпат.

    Експлуатація  тихохідних  багатолопатових   вітроустановок  з  підвищеним  обер-

таючим  моментом  для  виконання  механічної  роботи (помолу  зерна,  підняття

та  перекачки  води  і  т.п.)  є  ефективною  практично  на  всій  території України.

    Вітроенергетика   україни  має  достатній   досвід  виробництва,  проектування,  бу-

дівництва,  експлуатації  та  обслуговування  як  вітроенергетичних  установок, так

і  вітроенергетичних  станцій;  в  країні  є  достньо  високий  науково-технічний

потенціал  і  розвинена  виробнича  база.  В  останній  час  розвитку  вітроенерге-

тичного  сектора  сприяє  державна  підтримка,  що  забезпечує  реалізацію  ініціал-

тив  по  удосконаленню  законодавства,  структури  керування,  створенню  вигід-

них  умов  для  внутрішніх  і  зовнішніх інвесторів.

                                                        Енергія біомаси

                                                   та  перспективи

                                           використання  її  в  Україні.

    В  Законі  України   термін  ‘‘біомаса’’  вживається  в наступному  значенні: -  ‘це

біологічно  відновлювальна  речовина  органічного  походження,  що  зазнає  біо-

логічного  розкладу  (відходи  сільського  господарства  (рослинництва  й  тварин-

ництва),  лісового  господарства  та  технічно  пов’язаних  з  ним  галузей  промис-

ловості,  а  також  органічна  частина  промислових  та  побутових  відходів).  До

біологічних  видів  палив  (біопалив)  відносять  тверде,  рідке  або  газоподібне

паливо,  виготовлене з біологічно  відновлювальної сировини  (біомаси),  яке мо-

же  використовуватися  як  паливо  або  компонент  інших  видів  палива’’

    Тверде  біопаливо.  Основними  технологіями  термічної  переробки  деревини

та  біомаси  є  пряме  спалювання,  газифікація  і  піроліз.  Наййпростіше  рішення –

це  спалювання  органічних  відходів  на  спеціальних  заводах,  що  забезпечує 

одержання  побутового  тепла.  Недолік  -  спалювання  обходиться  в  10  разів  до-

рожче,  ніж  на  ТЕЦ,  проте  головне  тут  -  не  одержання  тепла,  а  охорона  нав-

колишнього  середовища.  Існують  шляхи  здешевлення  цього  процесу:  виробниц-

тво  на таких заводах не  лише  тепла,  а й електроенергії.  Такий досвід,  напри-

клад, є  в  Японії.  Інший  недолік  -  спалювання  сміття  супроводжується  новими

відходами  -  твердими  й  газоподібними.  Потрібні  спеціальні  фільтри,  але  це

ще  більше  здорожує  процес.

    Рідке  біопаливо.  Виробництво  рідкого  біопалива   проводять  в  єдиному   техно-

логічному  процесі  з  насіння  енергомістких  культур  або  в  два  етапи  перероб-

ки6  насіння  в  олію  і олію  в біопаливо.  Технологія  випуску  дизельного  палива

з  ріпакової  олії  побудована  на  фізичній  та  хімічній  переробці  відфільтрованої

олії  до  форми  метилового  ефіру.

    Переваги  біологічного  дизельного  палива  порівняно  з  дизельним паливом  із

дизельним  із  нафти:

1. Швидке  біологічне  розщеплення  -  через  21  день  на  98%  (дизельне на 72%)
2. Сприятливе  відношення  до  утворення  ‘’тепличного  ефекту’’,  що  випливає

з відновлюю чого  характеру  сировини.

    3.  сприятливий склад відпрацьованих  газів (половинний  вміст диму,  нижчий

на  20%  вміст  твердих  частинок).

    Недоліки:

1. Ускладнений  запуск  двигуна  при  температурі  нижче  + 5  градусів  по  Цель-

Сію.

2. Потрібно  ґрунтовно  переобладнати  двигуни.

    Біогаз.  Біогаз  -  це  різновид  біотоплива.  Його  добувають  із  відходів  тварин-

ництва,  арчової  промисловості,  стічних  вод  та  побутових  відходів  (від сортова-

них,  без  неорганічних  домішок та  домішок  неприродного  походження).  Тобто,

застосовувати  можна  будь-які  місцеві  природні  ресурси.  Сам  процес  утворення

газу  -  це  так  зване  метанове  бродіння  (без  доступу  повітря),  яке  відбувається

внаслідок  життєдіяльності  мікроорганізмів  і  супроводжується  рядом  біохімічних

реакцій.  Власне  сам  прцес  утворення  біогазу  складається  з  двох  етапів:  пер-

ший  -  розщеплення  мікроорганізмами  біополімерів  до  мономерів;  другий  - пе-

реробка  мономерних  біомолекул  мікроорганізмами.

    Біогаз,  одержуваний  з  відходів  життєдіяльності  тварин  і  птахів,  може  замі-

нити  в  Україні  6  млрд  кубічних  метрів  природного  газу,  однак  для  цього 

одержання  потрібні  значні  інвестиції,  строк окупності яких  складає 4 – 5 роки.

Щорічні  потреби  споживання  в  Україні  становлять  70  млрд  кубічних  метрів

природного  газу  (дані  на  2008 рік).

    Виробництво   біогазу  дозволяє  скоротити   кількість  викидів  метану  в  атмос-

феру,  таким  чином,  воно є  найбільш  ефективним  засобом  боротьби  з  глобаль-

ним  потеплінням.  Біомаса,  яка  залишається  після  переробки  відходів  може

використовуватися  в  сільському  господарсті  як  добриво.

    Використання  мікроскопічних  одноклітинних   водоростей.  Такі  водорості   ви-

рощуються  в  спеціальних  штучних  лагунах,  заповнених  морською  водою. 

Пальне  (бензин)  добуте  з  ‘’зеленої  нафти’’дешевше,  ніж  аналогічні  продукти

перегонки  природного  газу.

    Перспективи   розвитку  використання  біомаси  в Україні. 

    В  нашій   країні  технології  утилізації  біомаси  починають  тільки  розвиватися,

але  у  них  хороші  перспективи  при  комерціалізації  в  найближчому  майбутньо-

му,  особливо  в  світлі  різкого  підвищення  вартості  природного  газу.

                                 Енергія  води  та  перспективи  розвитку

                                      її  в  Україні.

    З  різних  форм  водної  енергії  найбільше   значення  з  точки  зору  широкого

практичного  використання  на  сучасному  етапі  має  використання  механічної

енергії  водотоків,  яке  досягається  спорудженням  гідроелектростанцій  (ГЕС)  різ-

них  видів. 

    У  найпростішому   вигляді  ГЕС  складається  з  греблі,  що  підпирає  воду  в  рус-

                                                                 7

лі  річки,  і  будівлі  ГЕС,  що  міститься  з  низової  сторони  греблі.  У  будівлі  ГЕС

розміщене  енергетичне  обладнання  -  турбіни,  генератори  тощо.  Вода  від  греблі

до  будівлі  підводиться  напорними  трубопроводами.  У  більш  складних  проект-

тах  до  складу  ГЕС  можуть  входити  різного  виду  водопровідні  деривації 

(відкритий  канал,  тунель  та  ін..),  напірний  трубопровід,  відвідні  споруди.

    Переваги  ГЕС:

1. ГЕС  зменшують  потребу  народного  господарства  в  енергетичному  паливі,

підвищують  надійність  і  якість  енергозбереження.

2. Скорочують  потребу  в  газомазутному  паливі.
3. ГЕС  і  ГАЕС  (гідро акумулюючи  електростанції)  дають  найбільш  дешеву

електроенергію.

4. Не  виділяють  шкідливих  речовин  в  навколишнє  середовище  і  не  викорис-

товують  атмосферний  кисень  для  виробництва  електроенергії.

5. Відновлюванісь  гідроенергетичних  ресурсів.

    Будівництво   гребель  і  водосховищ  тягне  за  собою  такі  негативні  наслідки:

1. Греблі  перешкоджають  міграції  риб,  руху  транспорту,  затримують  твердий

стік  і  стік  азоту  і  фосфору,  змінюють  береги,  знижують  паводки.

2. Створення  водосховищ  викликає  значне переміщення населення,  вирубку

лісів,  проведення  компенсаційних  робіт,  безповоротне  вилучення  стоку  для  на-

повнення  водосховища.

3. Відбувається  зміна  клімату  в  прибережній  смузі
4. Погіршується  якість  води  внаслідок  зменшення  поточності,  дефіциту  кис-

ню,  збільшення  азоту  і  фосфору,  появи  синьо-зелених  водоростей,  повторного

забруднення.

    Слід  зазначити,  що  негативний  вплив  на  довкілля,  характерний  для   великих

ГЕС,  не  характерний  для  міні-ГЕС,  які  використовують  природні  водяні  напори

без  необхідності  будівництва  масштабних  гідротехнічних  споруд.  Мала  енерге-

тика  України  через  її  незначну  питомну  вагу  (0,2%)  в  загальному  енергобалан-

сі  не  може  суттєво  впливати  на  умови  енергозабезпечення  країни.  Однак  екс-

плуатація  малих  ГЕС  дає  можливість  виробляти  близько  250  млн  кВт  на  год.