Розділ «ВСТУП»

Альтернативні джерела енергії

Даний посібник є коротким оглядом сучасного стану альтернативних енергоресурсів людства. Наведений аналіз існуючих видів джерел енергії, їх еволюції й розглянуті можливі перспективи розвитку. Наведений аналіз деяких проблем освоєння нових джерел енергії (альтернативні або нетрадиційні джерела енергії). Мета посібника - ознайомлення із сучасним станом справ у цій широкій області, орієнтація нових шляхів, що навчаються на пошук, одержання нових форм енергії. Враховуючи різну підготовку студентів, а так само можливість самостійного вивчення окремих розділів, у посібнику наведені досить докладні описи фізичних основ різних методів одержання енергії. Наведені порівняльні характеристики, показані гідності й недоліки кожного з розглянутих методів. Для більш наочної вистави показаний зовнішній вигляд більшості існуючих і проектованих енергетичних установок.

Енергетична безпека країни суттєво залежить від ступеня диверсифікованості енергоносіїв, що використовуються для задоволення її енергетичних потреб. Розвиток біоенергетики є важливою складовою частиною забезпечення енергетичної безпеки багатьох країн, оскільки дозволяє знизити споживання викопних палив залежність від імпортованих енергоносіїв і забезпечити стійке місцеве енергопостачання. Ресурси корисних копалин планети по різним оцінкам обмежені, їх запасів на потреби теплоенергетики вистачить максимум на 100 років, тому розвиток альтернативної чи поновлюваної енергетики є актуальним, прибутковим і своєчасним напрямком робіт. Аналіз стану та основних тенденцій розвитку ПЕК України свідчить, що головною тенденцією його роботи протягом останніх 10 -ти років є зменшення обсягів видобутку паливно-енергетичних ресурсів. В результаті, за рахунок власного видобутку потреби української економіки в вуглеводній сировині забезпечуються лише частково: у природному газі - на 24%, в нафти - на 12 %. В цілому, на сьогоднішній день близько 53 % потреб у паливно-енергетичних ресурсах України задовольняється за рахунок імпорту. Що стосується перспективи, то за підрахунками фахівців, навіть при несприятливому сценарії економічного розвитку України прогнозоване зростання ВВП потребує істотного збільшенні обсягів споживання первинних енергоносіїв: в 2015 р. - на 12 %, а в 2020 р. - на 20 % порівняно з 2000. При цьому забезпеченість України вуглеводнями зі умови збереження нинішніх обсягів їх видобутку становить лише 20-25 років - для нафти, і 30-32 роки - для природного газу. Таким чином, і в майбутньому Україна буде задовольняти власні потреби в вуглеводневих енергоносіях за рахунок імпорту, обсяги якого вимушено зростуть. Забруднення атмосферного повітря внаслідок господарської діяльності, в тому числі підприємствами ПЕК і автотранспортом, викликає зростання захворюваності населення, служить причиною появи кислотних дощів, парникового ефекту і зміни клімату на планеті. Враховуючи прогнозоване зростання в найближчому майбутньому обсягів використання викопних органічних енергоносіїв, антропогенний тиск на довкілля підвищиться, що призведе до подальшого погіршення екологічної ситуації в країні. Таким чином, вищезазначені обставини вимагають на сьогоднішній день розробки нових технологічних рішень і організаційних заходів, заснованих як на більш ефективному використанні традиційних енергоресурсів, так і на широкому впровадженні нетрадиційних і екологічно безпечних енергоносіїв. Основні проблеми, які стоять перед Україною на шляху переходу до сталого розвитку, пов'язані, насамперед, з низькою ефективністю її господарського механізму, з високою енергозатратністю і матеріаломісткістю одиниці вітчизняного валового внутрішнього продукту, з необхідністю пошуку нових джерел енергії та більш високо екологічних технологій. Перехід до сталого розвитку можливий при забезпеченні докорінної перебудови всієї технології господарювання, яка повинна бути спрямована на економію всіх видів ресурсів, застосування відновлюваних джерел енергії та зниження негативного впливу енергетики на соціум і біосферу. Географічні, екологічні умови і специфіка економіки України визначають для неї застосування біомаси, органічних побутових і промислових відходів як одне з найбільш перспективних напрямів розвитку у сфері використання нетрадиційних відновлюваних джерел енергії. Для розвитку даного напрямку в Україні є широкий спектр біоенергетичних ресурсів, регіональних умов, можливості застосуванні різноманітних технологій та вирішення різних господарських завдань. Довгострокова енергетична політика України має бути спрямована на раціональне використання енергоресурсів та енергозбереження з необхідними заходами з охорони навколишнього середовища на всіх етапах життєвого циклу: від видобутку енергоресурсів до споживання енергії. Розробляєма в даний час Енергетична стратегія України на період до 2030 р. і подальшу перспективу, поряд з іншими заходами, передбачатиме й істотну модернізацію енергообладнання електростанцій та котелень, що потребує великих капітальних вкладень. На найближчий же період слід орієнтуватись не тільки на нові технології, але треба використовувати всі наявні в теплоенергетиці резерви з реалізації маловитратних, швидкоокупних проектів, здатних дати вже зараз помітний енергозаощаджуючий ефект і знизити емісію парникових газів. До такого роду проектів після їх техніко-економічного обгрунтування може бути віднесено й спалювання біомаси. Технологічні витрати при використанні поновлюваних енергоресурсів постійно удосконалюються і вартість встановленого кіловата знижується. Використання нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії на сьогодні розглядається як один із найбільш перспективних шляхів вирішення зростаючих проблем енергозабезпечення. Наявність невичерпної ресурсної бази та екологічна чистота НВДЕ (нетрадиційні та відновлювані джерела енергії) є головними їх перевагами в умовах вичерпання ресурсів органічного палива та зростаючих темпів забруднення довкілля. Останнім часом Європейський Союз виступив з ініціативою прискорення розвитку НВДЕ та прийняв низку обов'язкових до виконання рішень з цього питання. Україні, яка має багато проблем з енергозабезпеченням, та бажає у майбутньому стати членом європейської спільноти, також потрібно будувати свою енергетичну політику з врахуванням цього перспективного напряму. Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії стали останнім часом одним із важливих критеріїв сталого розвитку світової спільноти. Здійснюється пошук нових і вдосконалення існуючих технологій, виведення їх до економічно ефективного рівня та розширення сфер використання. Головними причинами такої уваги є очікуване вичерпання запасів органічних видів палива, різке зростання їх ціни, недосконалість та низька ефективність технологій їхнього використання, шкідливий вплив на довкілля, наслідки якого все більше і більше турбують світовому спільноту. В Україні зростає споживання енергоресурсів, при цьому власний видуботок зменшується. Альтернативна енергетика стає одним із базових напрямів розвитку технологій у світі, разом із інформаційними та нанотехнологіями вона стає важливою складовою нового постіндустріального технологічного укладу. До НВДЕ будемо відносити гідроелектростанції (великі, середні та малі), геотермальну, сонячну, фотоелектричну та теплову енергію, енергії припливів, хвиль океану, вітру, тверду біомасу, газу з біомаси, рідкі біопалива та відновлювані муніципальні відходи, а також теплоенергію, що утворюється завдяки тепловим насосам, торф, шахтний метан та вторинні джерела енергії, такі як: скидне тепло, муніципальні промислові відходи, тиск доменного газу та природного газу під час його транспортування. На сьогодні частка НВДЕ у виробництві енергії у світі ще не є значною (близько 14%), але їх потенціал на кілька порядків перевищує рівень світового споживання паливно-енергетичних ресурсів. Темпи зростання обсягів виробництва енергії НВДЕ також значно перевищують аналогічні для традиційних видів енергії. Так, у найближчі 10 років, прогнозується щорічне зростання світових обсягів виробництва електроенергії традиційної електроенергетики порядку 2,8%, а електроенергії на НВДЕ - 9,2%. Існуючі технології НВДЕ не є досить досконалими, мають різний рівень економічної ефективності та різний технічний рівень. Однак всі вони мають такі визначні переваги як дуже низький рівень (або зовсім не мають) викидів парникових газів і мають невичерпний (відновлюваний) запас палива, необхідний для їх реалізації. Деякі з цих технологій вже сьогодні е конкурентоспроможними і є всі підстави сподіватись, що в майбутньому їх економічна ефективність буде зростати на фоні зростання ціни і ускладнення умов видобутку традиційних енергоресурсів. Саме тому ринок НВДЕ у світі набуває все більших темпів розвитку. Минулого року у нові потужності ВДЕ у світі було інвестовано понад 71 млрд, доларів США (не рахуючи великої гідроенергетики), з них 47% - у вітроенергетику, 30% - на фотоелектрику. До цього треба додати 10 млрд. дол. США інвестицій у нові фотоелектричні виробничі потужності, понад 4 млрд. - у нові заводи з виробництва біопалива та 16 млрд. дол. у дослідження і розробки. Різні країни і регіони надають перевагу різним видам ВДЕ, адаптуючи їх використання до місцевих умов. Найбільш динамічно розвиваються такі види НВДЕ як: вітроенергетика, біоенергетика, сонячна енергетика та використання низькопотенційної енергії із застосуванням теплових насосів. Біомаса відіграє домінуючу роль серед інших видів НВДЕ, формуючи біля 46% ринку відновлюваних джерел енергії. Вона може забезпечувати виробництво тепла, електроенергії та різних видів газоподібного (біогаз), рідкого (біоетанол, біодизель) та твердого палива. Технології переробки біомаси дозволяють також вирішувати проблему утилізації шкідливих побутових та промислових відходів, одержувати як побічні продукти високоякісні добрива, будівельні та інші корисні матеріали. Так за рахунок біоіазу вже сьогодні в країнах ЄС отримується щороку понад 10 млн. МВт*год. електричної та близько 10 млн. Гкал теплової енергії. Лідерами з використання біогазових технологій є такі країни як: Німеччина, Велика Британія, США, Канада, Бразилія, Данія, Китай, Індія та інші. У прогнозованому майбутньому біомаса буде основним видом ВДЕ. Передбачено зростання її обсягів у три рази. В Україні у 2001 р. розроблено "Концепцію розвитку біоенергетики в Україні". Діє науково-технічний центр "Біомаса", за участю якого реалізовано низку проектів, які забезпечують утилізацію деревних відходів з метою отримання енергії. Біомаса є відновлюваним, екологічно чистим паливом за умови її екологічно раціонального виробництва та використання. Сьогодні біомаса за значимістю посідає четверте місце серед палив і забезпечує близько 2 млрд т у. п. на рік, або 14 % загального споживання первинних енергоносіїв у світі (у країнах, що розвиваються – понад 30 %, іноді до 50-80%). Виробництво енергії з відновлюваних джерел, включаючи біомасу, динамічно розвивається в більшості Європейських країн. На сьогодні поновлювані джерела енергії (ПДЕ) покривають 7 % енергоспоживання країн Європейського Союзу, в тому числі біомаса - 4 %, тобто більше половини. Україна має великий потенціал біомаси, яка доступна для енергетичного використання. Основними складовими потенціалу є відходи сільськогосподарського виробництва та енергетичні культури. Залучення цього потенціалу до виробництва енергії може задовольнити близько 13 % потреби України в первинній енергії. Розвиток біоенергетичного сектора в Україні має проходити послідовно та обгрунтовано, з урахуванням можливого впливу на національну економіку та на довкілля. Передумовою для сталого та економічно обгрунтованого використання біомаси на енергетичні потреби е якомога точніша оцінка її потенціалу. Лише за такого підходу можна уникнути можливого негативного впливу на економіку та на навколишнє середовище. Україна володіє значним потенціалом біомаси, доступної для виробництва енергії. Основними складовими потенціалу є сільськогосподарські відходи та енергетичні культури. Широке залучення нетрадиційних і поновлюваних джерел в енергетичний баланс аграрної галузі - перспективний напрям, що забезпечує скорочення енергетичного дефіциту і охорону навколишнього середовища. У нетрадиційній енергетиці особливе місце займає переробка біомаси (органічних сільськогосподарських і побутових відходів) метановим бродінням з отриманням біогазу, що містить близько 70% метану, і знезаражених органічних добрив. Надзвичайно важливою в сільському господарстві, де на різні технологічні потреби витрачається велика кількість палива і безперервно росте потреба у високоякісних добривах, є утилізація біомаси. Гідроенергія друге найважливіше джерело ВДЕ. На її частку припадає понад третина обсягів. Найбільше цієї енергії (80%) виробляють у Франції, Італії, Швеції, Австрії та Іспанії. З екологічних причин велика енергетика не матиме розвитку. Прогнозують збільшення частки гідроелектростанцій невеликої потужності (до 100 МВт). Енергія, отримана завдяки переробці комунальних відходів, становить близько 6% загальних обсягів ВДЕ. Найбільше її виробляють в Німеччині, Франції, Данії та Голландії. Україна має потужні ресурси гідроенергії малих рік - біля 63 тисячі малих рік, потенціал яких складає до 28% від загального гідропотенціалу України. Розвиток малої гідроенергетики буде сприяти децентралізації енергосистем, що дає можливість вирішувати проблеми енергопостачання важкодоступних сільських районів, вирішує комплекс їх економічних, екологічних і соціальних проблем. Це, в першу чергу, стосується територій Західної України, де мікро і міні ГЕС могли б стати основою їх енергозабезпечення. Перевага малої гідроенергетики - малі капітальні витрати, дешева та екологічно чиста енергія, наявність в країні достатнього науково-технічного і виробничого потенціалу та досвіду використання обладнання. Основними причинами недостатнього розвитку цього напряму в дійсний час є складний економічний і фінансовий стан, значне подорожчання будівництва, недостатня підтримка з боку держави. Застосування фотоелектричних джерел енергії і сонячних колекторів у Європі невпинно зростає, але їхня енергетична потужність надто мала. Геотермальну енергію використовують лише в країнах з певним геотермальним потенціалом (Італія - 92,2% і Франція 5,2% від цього виду енергії). Вітроенергетика на даний час є найбільш розвиненим видом НВДЕ в Україні. Україна має власні розробки вітроенергетичних установок (ВЕУ) та власне промислове виробництво, є і ліцензійні ВЕУ. Працюють вісім вітрових електростанцій (ВЕС) в Криму, Приазов'ї та в Карпатському регіоні. Починаючи з 1997 року, коли була прийнята Комплексна програма будівництва ВЕС, вітроенергетика в Україні отримала державну підтримку у виді надбавки до тарифу за електроенергію та прямого фінансування. Головним стримуючим фактором розвитку вітроенергетики в Україні є низька техніко-економічна ефективність ВЕУ, що не дозволяє їй конкурувати на рівних з традиційними видами енергії. Шлях досягнення більш високих показників ефективності - це збільшення одиничної потужності ВЕУ до мегаватного класу, залучення приватного капіталу для інвестування у вітроенергетичну промисловість. Цьому буде сприяти запровадження так називаного „зеленого” тарифу. Серед проблемних питань розглядається наявність ознак монополізму в цій сфері, де розробки, виробництво ВЕУ, будівництво ВЕС та виробіток електроенергії підпорядковано одному відомству (НКАУ). За думкою керівництва НАЕР необхідно розділити функції виробництва електроенергії і відповідно вибору постачальника ВЕУ, що створить конкурентні умови та підніме якість установок. Сонячна енергія в Україні на сьогодні використовується для гарячого водопостачання, опалення з використанням сонячних колекторів та виробництва електроенергії на основі фотоелектричних перетворювачів. Сонячні колектори випускаються підприємствами України, вітчизняні фотоелектричні установки тільки починають виходити на ринок, хоча відчувається гостра потреба в сировині за прийнятною ціною. Потрібна державна підтримка для відродження існуючого в країні потенціалу з виробництва сонячного кремнію (раніше 10% світового виробництва було в Україні). Геотермальна енергетика є досить перспективним джерелом енергії для України. Найбільш сприятливі умови для використання геотермальних вод існують у Закарпатті і в Криму, але навіть в цих районах використовується не більше 2% потенціалу. Геотермальні води можуть бути використані для опалення та гарячого водопостачання. Перспективним напрямом також є спорудження ГеоТЕС, які є екологічно чистими і рентабельними з низькими термінами окупності (менше 5 років). Джерел низькопотенційної енергії існує достатньо у всьому світі, і в Україні у тому числі. Це і енергія ґрунту, грунтових вод, водоймищ і повітря. Розвинута промисловість країни, низька ефективність використання енергії, значні обсяги стоків, відходів обумовлює дуже значний потенціал цієї вторинної енергії, який можна використати при відповідному розвитку теплонасосних технологій. Науково-промисловий потенціал для створення вітчизняного виробництва теплонасосних установок (ТНУ) в Україні достатній. Екологічна ефективність і економічна доцільність розвитку цього напряму доведені світовим досвідом. Перепонами на шляху широкомасштабного впровадження цих надзвичайно перспективних технологій в Україні є поки що їх відносно висока ціна систем з використанням ТНУ для приватних будинків, відсутність досвіду і спеціального обладнання для установки теплонасосних систем, а також відсутність інформації щодо переваг цих технологій. Для промислових підприємств головною причиною неуваги є ще поки що відносна дешева енергія традиційних джерел (газу, вугілля та ін.). Надійним додатковим джерелом енергії в Україні може бути синтез газ, який можна одержати із бурого вугілля, відходів переробки кам'яного вугілля, торфу та ін., а також шахтний метан. За розрахунками фахівців Національного агентства з питань забезпечення ефективного використання енергетичних ресурсів (НАЕР) у 2008 році виробництво синтез газу може вирости до 1 млрд. м, а в найближчі 15-20 років планується досягнути виробництва 40 млрд. м синтезгазу, що є еквівалентом 25 млрд, м природного газу. В Україні розроблено нові технології виробництва синтез газу практично з будь-якої біомаси, є приклад побудови експериментального заводу, планується розширювати будівництво нових заводів по переробці бурого вугілля в синтез- газ. За запасами шахтного метану Україна посідає 4 місце у світі, але його видобуток (утилізація) складає всього 80 млн. м на рік. Якщо використати сучасні та перспективні технології, Україна може у найближчий час видобувати 2-4 млрд, м метану, а в перспективі до 6-9 млрд, м3 метану на рік.

Наступний розділ:

РОЗДІЛ 1. Джерела енергії


В нашій електронній бібліотеці ви можете безкоштовно і без реєстрації прочитати «Альтернативні джерела енергії» автора В.П.Чучуй на телефоні, Android, iPhone, iPads. Зараз ви знаходитесь в розділі „ВСТУП“ на сторінці 1. Приємного читання.

Зміст

  • ВСТУП
  • РОЗДІЛ 1. Джерела енергії

  • РОЗДІЛ 2. Гідроенергетика

  • РОЗДІЛ 3. Енергія припливів і відливів

  • РОЗДІЛ 4. Хвильош електростанції

  • РОЗДІЛ 5. Енергія морських течій

  • РОЗДІЛ 6. Теплова енергія океану

  • РОЗДІЛ 7. Термоелектричні генератори

  • РОЗДІЛ 8. Гео й гідротермальна енергетика

  • РОЗДІЛ 9. Вітрова енергія

  • РОЗДІЛ 10. Сонячна енергетика

  • РОЗДІЛ 11. Фотоелектричні перетворювачі

  • РОЗДІЛ 12. Сонячні батареї

  • РОЗДІЛ 13. Космічні сонячні станції

  • РОЗДІЛ 14. Енергія біомаси

  • РОЗДІЛ 15. Термоядерна енергія

  • РОЗДІЛ 16. Воднева енергетика

  • РОЗДІЛ 17. Двигун стирлінга

  • РОЗДІЛ 18. Кавітаційні генератори

  • РОЗДІЛ 19. Магнітогідродинамічні генератори

  • РОЗДІЛ 20. Використання енергії атмосферної електрики

  • РОЗДІЛ 21. Використання енергії постійних магнітів

  • РОЗДІЛ 22. Сонячні повітряні електростанції

  • РОЗДІЛ 23. Осмотичні електростанції

  • РОЗДІЛ 24. П'єзоелектричні генератори

  • РОЗДІЛ 25. Сумішевій бензин

  • РОЗДІЛ 26. Біодизельне паливо

  • РОЗДІЛ 27. Технології продуктування біогазу

  • РОЗДІЛ 28. ТЕхнології виробництва твердого палива з біомаси