Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

План лекции:

1).Основные причины перехода на возобновляемые источники энергии.

2).Национальная программа развития местных и возобновляемых энергоисточников РБ.

3). Нетрадиционные способы получения электрической энергии.

В настоящее время поворот к использованию энергии ветра, солнца, воды происходит на новом более высоком уровне развития науки и техники. Использование традиционных энергоресурсов приводит к значительному загрязнению окружающей среды.

Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводит к глобальным изменениям климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с все нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии.

Это виды энергии, непрерывно возобновляемые в биосфере земли. К ним относится энергия солнца, ветра, воды, исключая применения данной энергии на гидроаккумулирующих электроэнергетических станциях. Энергия приливов, волн водных объектов. Геотермальная энергия с использованием природных подземных теплоносителей. Биомасса, включающая в себя специально выращенные для получения энергии растения, в том числе деревья, а также отходы производства и потребления, за исключением отходов, полученных в процессе использования углеводородного сырья и топлива. А также биогаз; газ, выделяемый отходами производства и потребления на свалках таких отходов; газ, образующийся на угольных разработках. Возобновляемые источники энергии используют энергию солнца, тепла, земных недр, вращения Земли.

Все виды энергии (океанов, ветра, морей) непрерывно возобновляются в атмосфере земли.

Основные причины, указывающие на важность перехода к нетрадиционным источникам энергии:

- Глобально-экологический фактор (сегодня известен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий. Их применения неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первой половине 21 века.)

- Политический (та страна, которая первой освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и диктовать цены на топливные ресурсы)

- Экономический (переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки химической и других отраслях промышленности). Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную постоянно растут.

- Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками ниже стоимости традиционных источников. Цены на альтернативную энергию снижаются, а на традиционную постоянно растут.

- Социальный (численность и плотность населения постоянно растут, при этом трудно найти районы строительства атомных электростанций, ГРЭС, где производство энергии было бы безопасно для окружающей среды)

- Эволюционно-исторический (в связи с ограниченностью топливных ресурсов на земле, а также с нарастающим изменением в атмосфере и биосфере, различных катастроф традиционная энергетика – тупиковая. Поэтому необходимо начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.

Традиционная энергетика основана на применение ископаемого топлива, запасы которого ограничены. Она зависит от величины поставок и уровня цен на него. Возобновляемая энергетика базируется на самых разных природных ресурсах, что позволяет беречь невозобновляемые источники и использовать их в других отраслях экономики и сохранить для будущих поколений экологически чистую энергию. Возобновляемые – экологически чистые, при их работе практически нет отходов, выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и водоемы, их не надо добывать, перерабатывать и транспортировать. Часто ВИЭ- электростанции легко автоматизируются и могут работать без прямого участия человека. В технологиях возобновляемой энергетике реализуются новейшие достижения новых научных направлений. В частности, развитие таких технологий позволяет создавать дополнительные рабочие места за счет сохранения научной, производственной и эксплуатационной инфраструктуры энергетики.

Целью региональной программы энергосбережения является разработка стратегии и первоочередных мер в области энергосбережения, направленных на улучшение социальных условий жизни населения, с учетом меняющихся экономических условий, действующего федерального и регионального законодательства проведения ценовой и тарифной политики. Реализация этой цели приведет к решению следующих социально-экономических задач:

1. Сокращение потребности в бюджетных ресурсах на содержание жилищно-коммунальных задач.

2. Снижение затрат на производство электроэнергии и тепла.

3. Ослабление тяжести платежей населения за коммунальные услуги.

4. Снижение себестоимости продукции.

5. Улучшение экологической обработки продукта.

6. Снижение потребления тепловых ресурсов.

Для этого необходимо:

- создание правовых основ в области энергосбережения;

- финансовое обеспечение;

- внедрение энергосберегающих технологий в производственной сфере;

- использование местных видов топлива.

Закон Республики Беларусь «Об энергосбережении» - регулирует отношения, возникающие в процессе деятельности физических лиц в области энергосбережения в целях повышения эффективности использования ТЭР.

В соответствии с Национальной программой развития местных и возобновляемых энергоисточников на 2011-2015 годы, утвержденной постановлением Совета министров РБ от 10.05.2011 №586 на территории республики выявлено 1840 площадок для размещения ветроустановок с теоретически возможным энергетическим потенциалом 1600 МВт и годовой выработкой электроэнергии 2, 4 млрд. кВт.ч. На 1 января 2011 г. суммарная установленная мощность ВЭУ составляет 1, 56 МВт, а объем замещения – 0, 4 тыс. т. у. т.

По данным государственной сети гидрометеорологических наблюдений, среднегодовой фоновый ветер на высоте установки датчиков направления и скорости ветра (10-12 метров) составляет 3-4 м/с, поэтому при выборе площадок ВЭУ требуются специальные исследования и тщательная проработка технико-экономимческого обоснования их строительства.

Энергосбережение за счет использования альтернативных (нетрадиционных и возобновляемых) источников энергии опирается на применении солнечных коллекторов и электростанций, тепловых насосов, гелиоустановок, фотоэлектрических и ветроэнергетических установок.

Ветроэнергетика – это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра – кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии. Возобновляемыми энергоресурсами называют целую гамму энергоресурсов, основной характеристикой которых является то, что они постоянно возобновляются, не смотря на их использование. Кроме энергии приливов и отливов, все возобновляющиеся энергоресурсы получают подпитку от солнца – практически единственного источника энергии на нашей планете.

К достоинствам ветроэнергетики можно отнести возможность использования энергии ветра в труднодоступных местах. ВЭУ в автономном режиме, т. е. не зависят от внешней сети (энергосистемы). Возможно применение ветровых энергоустановок в комбинации с другими источниками энергии. В процессе производства ветровой энергии не используется топливо, соответственно отсутствуют затраты на закупку и доставку сырья.

Главным недостатком этого вида энергии является низкая плотность энергии на единицу площади, что требует значительной поверхности для размещения ВЭУ. Также низкая предсказуемость изменения скорости ветра в течение суток и сезона, требующая резервирования ветровой станции или аккумулирования производственной энергии; отрицательное влияние на среду обитания человека и животных, пути сезонной миграции птиц и телевизионную связь.

Солнечная энергетика – направление нетрадиционной энергетики основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Используется неисчерпаемый источник энергии в каком-либо виде. Солнечная энергия является экологически чистой, т.е. не производящей вредных отходов.Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

- получение электроэнергии с помощью фотоэлементов;

- преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин.

Достоинства:

- общедоступность и неисчерпаемость источника;

- теоретически полная безопасность для окружающей среды.

Недостатки:

- зависимость от погоды и времени суток;

- как следствие необходимость аккумуляции энергии;

- высокая стоимость конструкции;

-необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли,

- нагрев атмосферы над электростанцией.

Тепловая энергия океанов оценивается величиной порядка 1018 Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Последнее десятилетие характеризуется определенными успехами в использовании тепловой энергии океана.

Несоизмеримо более мощным источником водных потоков являются приливы и отливы. Подсчитано, что потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн. миллиардов киловатт-часов в год.

Геотермальная энергия – это энергия внутренних областей Земли.

Геотермальные ресурсы огромны. Геотермальная энергия может быть использована двумя основными способами – для выработки электроэнергии и для обогрева домов, учреждений и промышленных предприятий. Применение геотермальных вод не может рассматриваться как экологически чистое потому, что пар часто сопровождается газообразными выбросами, включая сероводород и радон – оба считаются опасными. На геотермальных станциях пар, вращающий турбину, должен быть конденсирован, что требует источника охлаждающей воды. В результате сброса как охлаждающей, так и конденсационной горячей воды возможно тепловое загрязнение среды. Сброс такой воды в реки или озера мог бы уничтожить в них пресноводные формы жизни. В геотермальных водах нередко содержатся значительное количество сероводорода – дурно пахнущего газа, опасного в больших количествах.

Водород, самый простой и легкий из всех химических элементов, можно считать идеальным топливом. Он имеется всюду, где есть вода. При сжигании водорода образуется вода, которую можно снова разложить на водород и кислород, причем этот процесс не вызывает никакого загрязнения окружающей среды. Водород обладает очень высокой теплотворной способностью: при сжигании 1 г водорода получается 120 Дж тепловой энергии, а при сжигании 1 г бензина - только 47 Дж. Водород можно транспортировать и распределять по трубопроводам, как природный газ. Водород – синтетическое топливо. Его можно получать из угля, нефти, природного газа либо путем разложения воды. Согласно оценкам, сегодня в мире производят и потребляют около 20 млн. т. водорода в год.

Биоэнергетика – это энергетика, основанная на использовании биотоплива. Она включает использование растительных отходов, искусственное выращивание биомассы, в частности быстрорастущих деревьев и получения биогаза, образующегося в процессе биологического разложения биомассы или органических бытовых отходов. Биомасса – наиболее дешевая и крупномасштабная форма аккумулирования возобновляемой энергии.

Источники биомассы, характерные для нашей республики:

1) Продукты естественного разложения (древесина, листья и т. п.).

2) Отходы жизнедеятельности людей, включая производственную деятельность (твердые бытовые отходы и др.).

3) Отходы с/х производства (навоз, куриный помет, ботва и т. д.).

4) Специально выращиваемые высокоурожайные агрокультуры и растения.

Переработка биомассы в топливо осуществляется по трем направлениям:

1) Биоконверсия, или разложение органических веществ в анаэробных условиях специальными видами бактерий с образованием газообразного топлива или жидкого.

2) Термохимическая конверсия (пиролиз, газификация) твердых органических веществ в «синтез – газ», метанол, искусственный бензин, древесный уголь.

3) Сжигание отходов в котлах и печах специальных конструкций.