Геліоустановки на широті 60°

3.3 Геліоустановки на широті 60°

Одним з лідерів практичного використовування енергії Сонця стала Швейцарія. Тут побудовано приблизно 2600 геліоустановок на кремнієвих фотоперетворювачах потужністю від 1 до 1000 кВт і сонячних колекторних пристроїв для отримання теплової енергії.

Геліоустановку на кремнієвих фотоперетворювачах, найчастіше потужністю 2-3 кВт, вмонтовують на дахах і фасадах будівель. Вона займає приблизно 20-30 квадратних метрів. Така установка виробляє в рік в середньому 2000 кВт/ч електроенергії, що достатнє для забезпечення побутових потреб середнього швейцарського будинку і зарядки бортових акумуляторів електромобіля. Денний надлишок енергії в літню пору направляють в електричну мережу загального користування. Взимку ж, особливо вночі, енергія може бути безкоштовно повернена власнику геліоустановки.

Крупні фірми вмонтовують на дахах виробничих корпусів геліостанції потужністю до 300 кВт. Одна така станція може покрити потреби підприємства в енергії на 50-70%.

У районах альпійського високогір'я, де нерентабельно прокладати лінії електропередач, будуються автономні геліоустановки з акумуляторами.

Досвід експлуатації свідчить, що Сонце вже в змозі забезпечити енергопотреби, щонайменше, всіх житлових будівель в країні. Геліоустановки, розташовуючись на дахах і стінах будівель, на шумозахисних огорожах автодоріг, на транспортних і промислових спорудах не вимагають для розміщення дорогої сільськогосподарської або міської території.

Сучасна концепція використовування сонячної енергії якнайповніші виражена при будівництві корпусів заводу в Арісдорфе, де сонячним панелям загальною потужністю 50 кВт ще при проектуванні була відведена додаткова роль елементів перекриття і оформлення фасаду.

ККД кремнієвих фотоперетворювачів при сильному нагріві помітно знижується і, тому, під сонячними панелями прокладені вентиляційні трубопроводи для прокачування зовнішнього повітря. Нагріте повітря працює як теплоносій колекторних пристроїв. Темно-сині, іскристі на сонці фотоперетворювачі на південному і західному фасадах адміністративного корпусу, віддаючи в мережу 9 кВт електроенергії, виконують роль декоративного облицьовування [7].

4. ГИДРОЕНЕРГЕТИКА

Величезні запаси енергії приховані в поточній воді внутрішніх вод. Раніше всього люди навчилися використовувати енергію річок. Переваги гідроелектростанцій очевидні: постійно відновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього середовища.

Витрати на будівництво ГЕС великі, але вони компенсуються тим, що не доводиться платити за джерело енергії - воду. Потужність сучасних ГЕС, спроектованих на високому інженерному рівні, перевищує 100 МВт, а К.П.Д. складає 95% . Така потужність досягається при досить малих швидкостях обертання ротора, тому сучасні гідротурбіни вражають своїми розмірами.

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 одержало б додатково колосальну кількість енергії.

  4.1 Мала гідроенергетика

Україна практично не використовується енергія малих річок. Хоча, як показують розрахунки, в Криму є велика кількість річок з витратою води 2 м3/сек, достатнім для роботи турбіни, на яких можна встановити каскад мікро ГЕС. Турбіни малої потужності вже виготовлені і чекають свого упровадження. Мікро ГЕС - це екологічно чисті підприємства, вони могли б забезпечувати електроенергією туристські підприємства гірського Криму, служби заповідників і інші видалені точкові об'єкти.

До об'єктів малої гідроенергетики відносяться міні-ГЕС - потужністю до 100 кВт, мікро-ГЕС - до 100 кВт і власне малі ГЕС - 15-25 МВт.

Упровадження даних енергозберігаючих заходів дозволить скоротити на 25 -80% споживання електроенергії на існуючих інженерних спорудах і мережах житлово-комунального господарства Автономної Республіки Крим і поліпшити екологічну обстановку в санаторно-курортних зонах Криму.

Експлуатація малих ГЕС в Криму дає можливість додатково виробляти до 5 млн. кВт/ч електроенергії в рік, що еквівалентне щорічній економії до 1,5 тис. т дефіцитного органічного палива [2].

5. ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГІЯ

Людство знає про катастрофічні виверження вулканів, що понесли мільйони людських життів, що невпізнанно змінили вигляд багатьох місць на Землі.

Маленька європейська країна Ісландія практично немає джерел енергії. Зате дуже багата ця країна гарячими джерелами і знаменитими гейзерами-фонтанами гарячої води, з точністю хронометра виривається з-під землі. І хоча не ісландцям належить пріоритет у використовуванні тепла підземних джерел, жителі цієї маленької північної країни експлуатують підземну котельну дуже інтенсивно. Столиця - Рейк'явік, опалюється тільки за рахунок підземних джерел. Вже давно працюють електростанції, що використовують гарячі підземні джерела. Перша така електростанція була побудована в 1904 році в невеликому італійському містечку Лардерелло.

За минулі 15 років виробництво електроенергії на геотермальних електростанціях в світі значно виросло. Роботи по вивченню геотермальних джерел і створенню прогресивних систем для витягання і практичного використовування геотермальної енергії ведуться в Україні і багатьох зарубіжних країнах.

Узагальнення і аналіз світового досвіду використовування геотермальної енергії показує, що по масштабах використовування теплоти надр України істотно відстає від багатьох зарубіжних країн. Однією з основних причин є відсутність достатнього економічних і ефективних технологій витягання і використовування низькотемпературних теплоносіїв.

Розробка і освоєння інтенсивних технологій витягання теплоносія і створення ефективних систем використовування теплоти надр є головною науковою і інженерно-технічною проблемою енергетики. Без створення таких технологій і установок не можна розраховувати на широкомасштабне використовування цього енергоджерела [3].

Технічна можливість на сучасному етапі розвитку наукових досягнень, дозволяє досягти в найближчі 15 років до 10-15 % використовування цього потенціалу і одержати до 15 млрд. МВт. ч. додаткової теплової енергії для цілей теплопостачання в північних і північно-західних районах Криму.

Сучасний розвиток геотермальної енергетики припускає економічну доцільність використовування наступних видів підземних геотермальних вод:

1) температурою більш 140°С і завглибшки залягання до 5 км для вироблення електроенергії;

2) температурою біля 100°С для систем опалювання будівель і споруд;

3) температурою біля 60-70°С для систем гарячого водопостачання.

Основні перспективні напрями використовування геотермальної енергії в Таким чином, використовування теплоти геотермальних вод представляє поки що певну складність, пов'язану із значними капітальними витратами на буріння свердловин і зворотне закачування відпрацьованої води, створення корозійностійкого теплотехнічного устаткування. Тому, основними напрямами розвитку геотермальної енергії на найближчу перспективу будуть:

1) розвідка родовищ, оцінка ресурсів, підготовка бази для ГеоТЕЦ;

2) будівництво установок по утилізації теплоти на існуючих геотермальних свердловинах для теплопостачання довколишніх населених пунктів, промислових і сільськогосподарських об'єктів;

3) створення корозійностійкого спеціального тепломеханічного устаткування;

4) організація підприємства по здобичі і утилізації відпрацьованого горючого теплоносія [5].

6. ЕНЕРГІЯ БІОМАСИ

Великі можливості у власному енергозабезпеченні сільськогосподарських підприємств і економії енергетичних ресурсів закладені у використовуванні енергії відходів сільгоспвиробництва і рослинної біомаси. У сільськогосподарському виробництві джерел тепла можна прийняти як будь-які рослинні відходи, що непридатні для використовування по прямому призначенню або не знайшли іншого господарського застосування.

За останній час використовування біомаси в різних її формах (дерево, деревне вугілля, відходи сільськогосподарського виробництва і тварин) в світі в цілому знизилося. Проте, в країнах, що розвиваються, цей вид енергоресурсів складає в середньому 20%. При цьому у ряді країн Африки використовування біомаси для енергетичних цілей рівно зразкова 60% загального енергоспоживання, в азіатських держав - 40%, в країнах Латинської Америки 0 до 30% і у ряді країн Європи, Близького Сходу і Поганої Африки до 10%.

У ряді країн використовування деревного палива, деревного вугілля і сільськогосподарських відходів поставлене на комерційну основу. Слід зазначити, що в сільських районах колишнього радянського союзу частка використовування деревного палива вельми значна і при переході на нові енергоносії можна чекати певного зростання самозаготовок.

Вказане особливо важливе в країнах з тропічним кліматом і в крупних містах, де проблема ліквідації і одночасно енергетичного використовування відходів виконує особливо важливу роль. За тих, що пройшли 10 подітий тільки три країни - США, Данія і Швеція довели виробництво електроенергії але установках, що використовують біомасу відходів до 400 МВт.

Значний розвиток одержала переробка біомаси, заснована на процесах газифікації і отримання рідких палив. Починаючи з 1980 р. щорічне виробництво етанолу досягло, наприклад в Бразилії, 10 млн.л.

При переробці біомаси в етанол утворюються побічні продукти, перш за все - промивальні води і залишки перегонки. Останні є серйозним джерелом екологічного забруднення навколишнього середовища. Представляють інтерес технології, які дозволяють в процесі очищення цих відходів одержувати мінеральні речовини, що використовуються в хімічній промисловості, а також застосовувати їх для виробництва мінеральних добрив[6].

Отримання промислового біогазу рослинного і тваринного походження можливе за рахунок їх зброджування (метанового бродіння) з отриманням метану і знезаражених органічних добрив. Теплотворна здатність 1 м3 біогазу, що складається з 50-80% метану і 20-50% вуглекислого газу, рівна 10-24 МДж і еквівалентна 0,7-0,8 кг умовного палива.

Проблеми утилізації твердих побутових відходів гостро стоять перед всіма країнами. Вихід сміття складає 250-700 кг на душу населення в рік, збільшуючись на 4-6% в рік, випереджаючи приріст населення.

Рішення проблеми переробки сміття знайдене у використовуванні технології твердофазного зброджування на облаштованих полігонах з отриманням біогазу. Ця технологія найдешевша, не оперує з токсичними викидами і стоками.

В даний час в світі діють десятки установок для отримання біогазу із сміття з використанням його в основному для виробництва електроенергії і тепло сумарно потужністю сотні МВт. Розв'язується питання повернення для використовування під забудову земель після витягання газу.

Біогаз частково спалюється в топках казанів, що підігрівають технічну воду, частково подається в дизель-генератор. Перегнійна маса, що перебродила, використовується як повноцінне органомінерального добриво. Вихід біогазу складає 500 м куб/сут.

Останніми роками активно розвивається технологія спалювання зношених автомобільних шин у зв'язку з лавиноподібним накопиченням.

Біогаз з високою ефективністю може трансформуватися в інші види енергії, при цьому коефіцієнт його корисного використовування як паливо на газогенераторах може складати до 83%. Виробництво біогазу в деяких зарубіжних країнах вже зайняло провідне положення в енергетичному балансі сільськогосподарського виробництва.

Автономна Республіка Крим має в своєму розпорядженні достатні ресурси органічних відходів, володіє необхідним науковим і технічним потенціалом для розробки і створення сучасного устаткування для перетворення біомаси в газоподібне паливо.

Комплексною науково-технічною програмою розвитку нетрадиційних відновлюваних джерел енергії в Криму до 2010 р. було передбачено будівництво двох установок по отриманню і використовуванню біогазу на міських очисних спорудах і 9 установок по комплексному використовуванню сільськогосподарських відходів в господарствах Кримського регіону [5].

7. ВОДНЕВА ЕНЕРГІЯ

На даний момент водень є «паливом майбутнього, що розробляється». На це є декілька причин: при окисленні водню утворюється як побічний продукт вода, з неї ж можна водень здобувати. А якщо врахувати, що 73% поверхні Землі покриті водою, то можна вважати, що водень невичерпне паливо. Так само можливе використовування водню для здійснення термоядерного синтезу, який ось вже декілька мільярдів років відбувається на нашому Сонці і забезпечує нас сонячною енергією.

7.1 Керований термоядерний синтез

Керований термоядерний синтез використовує ядерну енергію яка виділяється при злитті легких ядер, таких як ядра водню або його ізотопів дейтерію і тритію. Ядерні реакції синтезу широко поширені в природі. Найближча до нас зірка - Сонце - це природний термоядерний реактор, який вже багато мільярдів років забезпечує енергією життя на Землі. Ядерний синтез вже освоєний людиною в земних умовах, але поки не для виробництва мирної енергії, а для виробництва зброї він використовується у водневих бомбах. Починаючи з 50 років, в нашій країні і паралельно в багатьох інших країнах проводяться дослідження по створенню керованого термоядерного реактора. Із самого початку стало ясно, що керований термоядерний синтез не має військового застосування.

Існують величезні запаси палива для термоядерної енергетики. Дейтерій - це широко поширений в природі ізотоп, який може здобуватися з морської води. Тритій буде виробляється в самому реакторі з літію. Запаси дейтерію і літію достатні для виробництва енергії в перебігу багатьох тисяч років і це паливо, як і продукт реакцій синтезу - гелій - не радіоактивні.

Не дивлячись на великі успіхи досягнуті в цьому напрямі, термоядерним реакторам належить ще пройти великий шлях перш, ніж буде побудований перший комерційний термоядерний реактор. Розвиток термоядерної енергетики вимагає великих витрат на розвиток спеціальних технологій і матеріалів і на фізичні дослідження. При нинішньому рівні фінансування термоядерна енергетика не буде готова раніше, ніж 2020-2040 р.

Водень, найпростіший і легший зі всіх хімічних елементів, можна вважати ідеальним паливом. Він є усюди, де є вода. При спалюванні водню утворюється вода, яку можна знову розкласти на водень і кисень, причому цей процес не викликає ніякого забруднення навколишнього середовища. Водневе полум'я не виділяє в атмосферу продуктів, якими неминуче супроводжується горіння будь-яких інших видів палива: вуглекислого газу, окислу вуглецю, сірчистого газу, вуглеводнів, золи, органічних перекисів н т.п. Водень володіє дуже високою теплотворною здатністю: при спалюванні 1 г водню виходить 120 Дж тепловій енергії, а при спалюванні 1 г бензину - тільки 47 Дж.

Водень можна транспортувати і розподіляти по трубопроводах, як природний газ. Трубопровідний транспорт палива - найдешевший спосіб дальньої передачі енергії. До того ж трубопроводи прокладаються під землею, що не порушує ландшафту. Газопроводи займають менше земельної площі, ніж повітряні електричні лінії. Передача енергії у формі газоподібного водню по трубопроводу діаметром 750 мм на відстань понад 80 км обійдеться дешевше, ніж передача тоги ж кількості енергії у формі змінного струму по підземному кабелю. На відстанях більше 450 км трубопровідний транспорт водню дешевше, ніж використовування повітряної лінії електропередачі постійного струму з напругою 40кВ, а па відстані понад 900 км - дешевше за повітряну лінію електропередачі змінного струму з напругою 500 кВ.

Водень - синтетичне паливо. Його можна одержувати з вугілля, нафти, природного газу або шляхом розкладання води. Згідно оцінкам, сьогодні в світі виробляють і споживають близько 20 млн. т водню в рік. Половина цієї кількості витрачається на виробництво аміаку і добрив, а інше - на видалення сірі з газоподібного палива, в металургії, для гідрогенізації вугілля і інших палив. У сучасній економіці водень залишається швидше хімічним, ніж енергетичною сировиною [3].

7.2 Сучасні і перспективні методи виробництва водню

Зараз водень виробляють головним чином (близько 80%) з нафти. Але це неекономічний для енергетики процес, тому що енергія, одержувана з такого водню, обходиться в 3,5 рази дорожче, ніж енергія від спалювання бензину. До того ж собівартість такого водню постійно зростає у міру підвищення цін на нафту.

Невелику кількість водню одержують шляхом електролізу. Виробництво водню методом електролізу води обходиться дорожче, ніж вироблення його з нафти, але воно розширятиметься і з розвитком атомної енергетики стане дешевшим. Поблизу атомних електростанцій можна розмістити станції електролізу води, де вся енергія, вироблена електростанцією, піде на розкладання води з утворенням водню. Правда, ціна електролітичного водню залишиться вище за ціну електричного струму, зате витрати на транспортування і розподіл водню настільки малі, що остаточна ціна для споживача буде цілком прийнятна в порівнянні з ціною електроенергії.

Сьогодні дослідники інтенсивно працюють над здешевленням технологічних процесів великотоннажного виробництва водню за рахунок ефективнішого розкладання води, використовуючи високотемпературний електроліз водяної пари, застосовуючи каталізатори, полунепроніцаємиє мембрани і т.п.

Велику увагу надають термолітічеському методу, який (у перспективі) полягає в розкладанні води на водень і кисень при температурі 2500 °С. Но таку температурну межу інженери ще не освоїли у великих технологічних агрегатах, у тому числі і працюючих на атомній енергії (у високотемпературних реакторах поки розраховують лише на температуру біля 1000°С). Тому дослідники прагнуть розробити процеси, що протікають в декілька стадій, що дозволило б виробляти водень в температурних інтервалах нижче 1000°С.

Сьогодні ми не в змозі точно передбачити, скільки коштуватиме водню. Але якщо врахувати, що ціни всіх сучасних видів енергії проявляють тенденцію до зростання, можна припустити, що в довгостроковій перспективі енергія у формі водню обходитиметься дешевше, ніж у формі природного газу, а можливо, і у формі електричного струму [2].

7.3 Використовування водню

Коли водень стане таким же доступним паливом, як сьогодні природний газ, він зможе усюди його замінити. Водень можна буде спалювати в кухонних плитах, у водонагрівачах і опалювальних печах, забезпечених пальниками, які майже або зовсім не відрізнятимуться від сучасних пальників, вживаних для спалювання природного газу.

Як ми вже говорили, при спалюванні водню не залишається ніяких шкідливих продуктів згорання. Тому відпадає потреба в системах відведення цих продуктів для опалювальних пристроїв, що працюють на водні, Більш того, водяна пара, що утворюється при горінні, можна вважати корисним продуктом - він зволожує повітря. А відсутність димарів не тільки сприяє економії будівельних витрат, але і підвищує до. п. д. опалювання на 30%.

Водень може служити і хімічною сировиною в багатьох галузях промисловості, наприклад при виробництві добрив і продуктів харчування, в металургії і нафтохімії. Його можна використовувати і для вироблення електроенергії на місцевих теплових електростанціях [8].

7.4 «Водневий» автомобіль

Французький автомобільний концерн Renault спільно з компанією Nuvera Fuel Cells планує розробити серійний автомобіль, що використовує як паливо водень, вже до 2010 р.

Мал 4. Схема розташування паливних елементів усередині автомобіля.

Nuvera - невелика американська компанія, з 1991 року що займається розробкою двигунів, альтернативних домінуючим зараз бензиновим і дизельним. У основі розробок Nuvera лежить так званий "паливний елемент".

Паливний елемент - пристрій, що не має рухомих частин, в якому відбувається хімічна реакція водню і кисню, в результаті якої виробляється електрика. Побічними продуктами реакції є тепло, що виділяється, і деяка кількість води.

Принцип "паливного елементу" в корінні відрізняється від звичного процесу електролізу, вживаного зараз в батареях і акумуляторах. Розробники стверджують, що їх продукція - це по суті справи "вічна батарея", що має дуже значний термін служби. Крім того, на відміну від звичної батареї, "паливний елемент" не потребує заряджання.

Взагалі-то зусилля Nuvera направлені на створення водневого двигуна, який би був повноцінною альтернативою традиційним бензиновим і дизельним моторам. А автомобілі з такими двигунами по своїх технічних характеристиках ні в чому не поступалися звичним машинам. Але це - плани на майбутнє. Поки ж йдеться тільки про гібридні двигуни, здатні працювати і на звичному паливі.

Поки ж фахівці сходяться на думці, що масового "настання" автомобілів на гібридних, а потім і чисто водневих двигунах, слід чекати не раніше 2010 року.

Загалом, поживемо - побачимо. Якщо на той час крізь вихлопні гази хоч що-небудь вдасться роздивитися [7].

ВИСНОВКИ

Різке збільшення цін на паливо, труднощі з його одержаному, виснаження паливних ресурсів - всі ці видимі ознаки енергетичної кризи викликали останніми роками в багатьох країнах виник значний інтерес до нових джерел енергії.

Людство, в процесі свого розвитку зіткнулося з новою, дуже гострою проблемою, такою як виснаження природних запасів енергії, таких як нафта, газ, кам’яне вугілля. Тому у 21столліті одна з головних задач науки – пошук альтернативних джерел енергії.

У другій половині 20 століття людство досягло деякого прогресу у цьому напрямі. Були висунуті теорії та ідеї щодо використання таких нетрадиційних видів енергії. Це енергія вітру, енергія світового океану, енергія сонця, гідроенергетика, геотермальна енергія, енергія біомаси, воднева енергія.

Запаси енергії вітру більш ніж в сто разів перевищують запаси гідроенергії всіх річок планети. За оцінками різних авторів, загальний вітроенергетичний потенціал Землі рівний 1200 ТВт.

Енергетичні джерела океану мають різні по потенціалу ресурси. Значні енергетичні можливості містять в собі: енергія хвиль і приливів; енергія хімічних зв'язків газів, живильних речовин, солей і інших мінералів; прихована енергія водню; енергія течій, спокійно і нескінченно рухомих в різних частинах океану.

Потенційні можливості енергетики, заснованої на використовуванні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі. Використовування всього лише 0.0125 % кількості енергії Сонця могло б забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а використовування 0.5 % - повністю покрити потреби на перспективу.

Ці види енергії є досить перспективними, але витрати на їх будівництво високозатратні і в найближчій перспективі не може бути рекомендована для упровадження у великих об'ємах через високу питому вартість енергетичних установок, низький коефіцієнт використовування встановленої потужності установок.

Вони всі володіють колосальними запасами енергії. Але людина поки що неспроможна у повному обсязі використовувати увесь цей енергетичний потенціал.

 
ЛІТЕРАТУРА

1. Львович М.І. ”Світові водні ресурси і їх майбутнє” – М.:Мысль, 1974 р. 448с.

2. Интернет издание «Мембарана.Ру». (www.membrana.ru)

3. Нетрадиционные источники энергии. – М.: Знание, 1982. – 120 с.

4.Смірнов Г.Н. Океанологія, „Вища школа”, Москва, 1987 р.402 с.

5. Скинер Б. „Хватит ли человечеству ресурсов? М.:Мир, 1989 р. -264ст.

6. http://energy.org.ru.

7. www.alterenergy.ru/

8. www.inversiya.com/