Альтернативні джерела енергії

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Вступ

альтернативна енергетика вітроенергетика біопаливо

Зараз, як ніколи раніш, гостро постало питання: що чекає на людство - енергетичне голодування чи енергетичний достаток? Очевидно, що зараз людство переживає енергетичну кризу: бажані потреби людства у електричній енергії у декілька разів перевищують виготовлення! І це при тому, що остання цифра є майже фантастичною - 27-30 трлд. кіловат-годин щороку.

Рівень матеріальної, а відповідно і духовної культури людства прямо залежить від кількості енергії, що воно має. Для того щоб виготовити будь-яку річ нам потрібна енергія. Матеріальні потреби людства як і популяція людей постійно збільшуються, тому потреба у енергії збільшується геометрично. Разом з тим запаси традиційних природних палив (нафти, вугілля, газу та ін.) кінцеві. Кінцеві також і запаси ядерного палива - урану і торія, з якого можна отримувати в реакторах-розмножувачах плутоній. Практично невичерпні запаси термоядерного палива - водню, проте керовані термоядерні реакції поки не освоєні і невідомо, коли вони будуть використані для промислового отримання енергії в чистому вигляді, тобто без участі в цьому процесі реакторів ділення. Залишаються два шляхи: строга економія при витрачанні енергоресурсів і використання нетрадиційних поновлюваних джерел енергії.

Минулі роки виявилися виключно багатими на події у сфері альтернативної, не зв'язаної з використанням вуглеводневої сировини, енергетики. Це пов'язано з обмеженою кількістю корисних копалин (торфу, нафты та нафтопродуктів, природного газу, вугілля), які використовуються у роботі традеційних джерел енергопостачання, та з величезною шкодою для навколишнього серидовища. Різкий стрибок цін на нафту в кінці 2007 -- першій половині 2008 років змусив країни -- споживачі вуглеводневих ресурсів серйозніше віднестися до необхідності перекладу своїх енергетичних систем на поновлювані альтернативні джерела енергії. Крім того, дослідження кліматологів все з більшою достовірністю стали свідчити про те, що глобальне потепління вимагає подальших досліджень але, на жаль, стало дуже очевидним фактом: другий рік підряд відкрився Північно-західний прохід -- вільна від льоду морська дорога з Атлантики в Тихий океан уздовж північного побережжя Канади, який колись шукали герої Жюля Верна. Не менш очевидним фактом став і вклад людини у зміни клімату: останні дослідження викопного льоду показали, що концентрація вуглекислого газу в атмосфері в даний час досягла піку за останніх 800 тис. років.

З врахуванням цих проблем звернення до альтернативної енергетики виглядає повністю логічно: навіть притому, що зараз енергія, отримана з поновлюваних альтернативних джерел, в 2 - 5 разів дорожче отриманої за рахунок спалювання вуглеводнів, перспектива мати планету, що нагрівається і в політичному, і у фізичному сенсі, нарешті підштовхнула політиків, перш за все в ЄС, до серйозних рішень. А на виборах в США взагалі переміг кандидат, який пообіцяв за рахунок об'ємних вливань в «зелену» економіку ліквідовувати безробіття і вивести країну з економічної кризи.

Актуальність досліджень альтернативних джерел енергії полягає в тому , що багато країн світу, у тому числі й країни Європи , мають величезний потенціал відновлюваних джерел енергії , який майже не використовується. Особливо це стосується країн, бідних на традиційні джерела енергії, а також територіально малих країн.

Напрями альтернативної енегетики:

1. вітроенергетика

2. геліоенергетика

3. фотоелектричні елементи

4. альтернативна гідроенергетика

5. геотермальна енергетика

6. космічна енергетика

7. воднева та сірководнева енегретика

8. біопаливо

9. розподілене виробництво енергії

1. Вітроенергетика

Вітроенергетика -- галузь енергетики, що спеціалізується на перетворенні кінетичної енергії повітряних мас в атмосфері в електричну, механічну, теплову або в будь-яку іншу форму енергії, зручну для використання в народному господарстві. Таке перетворення може здійснюватися такими агрегатами, як вiтрогенератор (для здобуття електричної енергії), вітряний млин (для перетворення в механічну енергію), вітрило (для використання в транспорті) і іншими.

Енергію вітру відносять до поновлюваних видів енергії, оскільки вона є наслідком діяльності сонця. Вітроенергетика є галуззю, що бурхливо розвивається, так в кінці 2010 року загальна встановлена потужність всіх вiтрогенераторiв склала 196,6 гігават. У тому ж році кількість електричної енергії, виробленої всіма вiтрогенераторами світу, склала 430 тераватт (2,5 % всій виробленій людством електричній енергії). Деякі країни особливо інтенсивно розвивають вітроенергетику, зокрема, на 2009 рік в Данії за допомогою вiтрогенераторiв виробляється 20 % всiєї електрики, в Португалії -- 16 %, у Ірландії -- 14 %, в Іспанії -- 13 % і в Нiмеччині -- 8 %. У травні 2009 року 80 країн світу використовували вітроенергетику на комерційній основі.

Крупні вітряні електростанції включаються в загальну мережу, дрібніші використовуються для постачання електрикою вiддалених районів. На відміну від викопного палива, енергія вітру практично невичерпна, повсюдно доступна і більш екологічна. Проте, спорудження вітряних електростанцій зв'язане з деякими труднощами технічного і економічного характеру, що уповільнюють поширення вітроенергетики. Зокрема, непостійність вітрових потоків не створює проблем при невеликій пропорції вітроенергетики в загальному виробництві електроенергії, проте при зростанні цієї пропорції, зростають також і проблеми надійності виробництва електроенергії. Для вирішення подібних проблем використовується інтелектуальне управління розподілом електроенергії.

Вітряні млини використовувалися для помелу зерна в Персії вже в 200 роцi до н.е. Млини такого типа були поширені в ісламському світі в 13 столітті, якi були принесені до Європи хрестоносцями.

«Млини на козлах, так звані німецькі млини, були до середини XVI ст єдино відомими. Сильні бурі могли перевернути такий млин разом із станиною. В середині XVI століття один фламандець знайшов спосіб, за допомогою якого це перекидання млина стало неможливим. У млині він ставив пересувний лише дах, і для того, щоб повертати крила за вітром, необхідно було обернути лише дах, тоді як сама будівля млина була міцно укріплена на землі» (К. Маркс. «Машини: вживання природних сил і науки»).

Маса козлового млина була обмеженою у зв'язку з тим, що її доводилося повертати вручну. Тому була обмеженою і її продуктивність. Вдосконалені млини отримали назву шатрових. У XVI столітті в містах Європи починають будувати водонасосні станції з використанням гiдродвигуна і вітряного млина. Толеда -- 1526 р., Глочестер -- 1542 р., Лондон -- 1582 р., Париж -- 1608 р., та ін.

В Нідерландах багаточисельні вітряні млини відкачували воду із земель, захищених греблями. Відвойовані біля моря землі використовувалися в сільському господарстві. У посушливих областях Європи вітряні млини застосовувалися для зрошування полів. Вітряні млини, що виробляють електрику, були винайдені в 19 столітті в Данії. Там в 1890 роцi була побудована перша вiтроелектростанцiя, а до 1908-го року налічувалося вже 72 станції потужністю від 5 до 25 кВт. Найбільші з них мали висоту башти 24 метри і чотирилопатеві ротори діаметром 23 метри. Попередниця сучасних вiтроелектростанцiй з горизонтальною віссю мала потужність 100 кВт і була побудована в 1931 році в Ялті. Вона мала башту заввишки 30 метрів. До 1941-го року одинична потужність вiтроелектростанцiй досягла 1,25 МВт. У період з 1940-х по 1970-і роки вітроенергетика переживає період занепаду у зв'язку з інтенсивним розвитком передавальних і розподільних мереж, що давали незалежне від погоди енергопостачання за помірні гроші. Відродження інтересу до вітроенергетики почалося в 1980-х, коли в Каліфорнії почали надаватися податкові пільги для виробників електроенергії з вітру.

Потужність ветрогенератора залежить від площі, ометаємой лопатями генератора, і висоти над поверхнею. Наприклад, турбіни потужністю 3 МВт (V90) виробництва данської фірми Vestas мають загальну висоту 115 метрів, висоту башти 70 метрів і діаметр лопатей 90 метрів.

Повітряні потоки на поверхні Землі/моря є ламінарними -- шари, що пролягають нижче, гальмують розташовані вище. Цей ефект помітний до висоти 1 км, але різко знижується вже на висотах більше 100 метрів. Висота розташування генератора вище за цей пограничний шар одночасно дозволяє збільшити діаметр лопатей і звільняє площі на землі для іншої діяльності. Сучасні генератори (2010 рік) вже вийшли на цей рубіж, і їх кількість різко зростає в світі. Вiтрогенератор починає виробляти струм при швидкостi вітру 3 м/с і відключається при швидкостi вітру більше 25 м/с. Максимальна потужність досягається при швидкостi вітру 15 м/с. Потужність, що віддається, пропорційна третій мірі швидкості вітру: при збільшенні вітру удвічі, від 5 м/с до 10 м/с, потужність збільшується у вісім разів.

Найбільшого поширення в світі набула конструкція вiтрогенератора з трьома лопатями і горизонтальною віссю обертання, хоча подекуди ще зустрічаються і дволопастні. Найбільш ефективною конструкцією для територій з малою швидкістю вітрових потоків визнані вiтрогенератори з вертикальною віссю обертання, т.з. роторні, або карусельного типа. Зараз все більше виробників переходять на виробництво таких установок, оскільки далеко не всі споживачі живуть на побережжі, а швидкість континентальних вітрів зазвичай знаходиться в діапазоні від 3 до 12 м/с. У такому вiтрорежимi ефективність вертикальної установки набагато вища. Варто відзначити, що у вертикальних вiтрогенераторiв є ще декілька істотних переваг: вони практично безшумні, і не вимагають абсолютно жодного обслуговування, при терміні служби більше 20 років! Системи гальмування, розроблені останніми роками, гарантує стабільну роботу навіть при періодичних шквальних поривах до 60 м/с.

Найбільш перспективними місцями для виробництва енергії з вітру вважаються прибережні зони, але вартість інвестицій в порівнянні з сушею вище в 1,5 -- 2 рази. У морі, на відстані 10--12 км. від берега (а інколи і далі), будуються офшорні вітряні електростанції. Башти вiтрогенераторiв встановлюють на фундаменти з паль, забитих на глибину до 30 метрів.

Можуть використовуватися і інші типи підводних фундаментів, а також плаваючі підстави. Перший прототип плаваючої вітряної турбіни побудований компанією H Technologies BV в грудні 2007 року. Вiтрогенератор потужністю 80 кВт, встановлений на плаваючій платформі в 10,6 морських милях від берега Південної Італії на ділянці моря завглибшки 108 метрів.

5 червня 2009 року компанії Siemens AG і норвезькі Statoil оголосили про установку першої в світі комерційної плаваючої вiтроенергетичної турбіни потужністю 2,3 МВт, виробництва Siemens Renewable Energy.

У 2010 році сумарні потужності вітряної енергетики виросли у всьому світі до 196,6 ГВт. У всьому світі в 2008 році в індустрії вітроенергетики було зайнято більше 400 тисяч чоловік. У 2008 році світовий ринок устаткування для вітроенергетики виріс до 36,5 мільярдів євро, або близько 46,8 мільярдів американських доларів.

У 2010 році в Європі було сконцентровано 44 % встановлених вітряних електростанцій, в Азії -- 31 %, у Північній Америці -- 22 %.

У 2007 році вітряні електростанції Німеччини виробили 6,2 % від всієї виробленої в Німеччинні електроенергії. У 2009 році 19,3 % електроенергії в Данії вироблялося з енергії вітру . У 2009 році в Китаї вітряні електростанції виробляли близько 1,3 % сумарного вироблення електроенергії в країні. У КНР з 2006 року діє закон про поновлювані джерела енергії. Передбачається, що до 2020 року потужнiсть вітроенергетики досягне 80-100 ГВт. Португалія і Іспанія в деякі дні 2007 року з енергії вітру виробили близько 20 % електроенергії . 22 березня 2008 року в Іспанії з енергії вітру було вироблено 40,8 % всiєї електроенергії країни.

В Україні діють сім вітроелектростанцій (ВАГА), оснащених власними вітроагрегатами. В 1998-1999 роках стали до ладу три нові ВАГА, вартість електроенергії на яких нижча, ніж на збудованих раніше. Процес будівніцтва української вітроенергетики почався в 1996 році, коли була запроектована Новоазовська ВЕС проектною потужністю 50 МВт. В 2000 році працювало 134 турбіні з 3500 запроектованих та закладено близько 100 фундаментів під турбіни потужністю 100 кВт кожна. Фактична потужність станції при штаті 34 працівника - 14,5 МВт. Приблизно такий же штат співробітників буде на ВАГУ, коли вона досягне проектної потужності. Від 2009 р. вітроелектростанції в Україні отримали право на використання зеленого тарифу.Основна частина вартості вiтроенергiї визначається первинними витратами на будівництво споруджень ВЕУ (вартість 1 кВт встановленій потужності ВЕУ ~$1000).

Вітряні генератори в процесі експлуатації не споживають викопного палива. Робота ветрогенератора потужністю 1 МВт за 20 років дозволяє заощадити приблизно 29 тис. тонн вугілля або 92 тис. баррелів нафти. Ветрогенератор потужністю 1 МВт скорочує щорічні викиди в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн So2, 4 тонн оксидів азоту . По оцінках Global Wind Energy Council до 2050 року світова вітроенергетика дозволить скоротити щорічні викиди СО2 на 1,5 мільярда тонн .

Вiтрогенератори вилучають частину кінетичної енергії рухомих повітряних мас, що призводить до зниження швидкості їх руху. При масовому використанні вітряків (наприклад в Європі) це уповільнення теоретично може робити помітний вплив на локальні (і навіть глобальні) кліматичні умови місцевості. Зокрема, зниження середньої швидкості вітрів здатне зробити клімат регіону ледве більш континентальним за рахунок того, що повільно рухомі повітряні маси встигають сильніше нагріватися влітку і охолоджуватися взимку. Також відбір енергії у вітру може сприяти зміні режиму вологості прилеглій території. Втім, учені доки лише розвертають дослідження в цій області, наукові роботи, що аналізують ці аспекти, не дають кількісну оцінку дії широкомасштабної вітряної енергетики на клімат, проте дозволяють укласти, що воно може не настільки нехтувати малим, як вважали раніше.

2. Сонячна енергетика

Сонячна енергетика -- напрям нетрадиційної енергетики, заснованої на безпосередньому використанні сонячного випромінювання для здобуття енергії в якому-небудь вигляді. Сонячна енергетика використовує невичерпне джерело енергії і є екологічно чистою, тобто що не виробляє шкідливих відходів. Виробництво енергії за допомогою сонячних електростанцій добре узгоджується з концепцією розподіленого виробництва енергії.

На Землi досить сприятливi умови для використання сонячної енергетики. Потік сонячного випромінювання, що проходить через майданчик в 1 м, розташований перпендикулярно потоку випромінювання на відстані однієї астрономічної одиниці від центру Сонця (на вході в атмосферу Землі), рівний 1367 Вт/м (сонячна постійна). Через поглинання, при проходженні атмосферної маси Землі, максимальний потік сонячного випромінювання на рівні моря (на Екваторі) -- 1020 Вт/м. Проте слід врахувати, що середньодобове значення потоку сонячного випромінювання через одиничний горизонтальний майданчик як мінімум в три рази менше (через зміни дня і ночі і зміни кута сонця над горизонтом). Взимку в помірних широтах це значення в два рази менше. Можливе вироблення енергії зменшується через глобальне затемнення -- зменшення потоку сонячного випромінювання, що доходить до поверхні Землі.

Iснує декiлька рiзновидiв добування енергії за допомогою сонячного промiння:

1) перетворення сонячної енергії в електрику за допомогою теплових машин: парові машини (поршневі або турбінні), що використовують водяну пару, вуглекислий газ, Пропан-Бутан, фреони; двигун Стірлінга і т. д.;

2) геліотермальная енергетика -- нагрівання поверхні, що поглинає сонячні промені, і подальший розподіл і використання тепла (фокусування сонячного випромінювання на посудинi з водою для подальшого використання нагрітої води в опалюванні або в парових електрогенераторах);

3) термовоздушниє електростанції (перетворення сонячної енергії в енергію повітряного потоку, що направляється на турбогенератор);

4) сонячні аеростатні електростанції (генерація водяної пари усередині балона аеростата за рахунок нагріву сонячним випромінюванням поверхні аеростата, покритої селективно-поглинаючим покриттям). Перевага -- запасу пари в балоні досить для роботи електростанції в темний час доби і за поганої погоди.

У використаннi сонячної енергетики є свої переваги та недолiки.

Переваги:

1) загальнодоступність і невичерпність джерела;

2) теоретично, повна безпека для довкілля, хоча існує вірогідність того, що повсюдне впровадження сонячної енергетики може змінити альбедо (характеристику відбивної (розсіюючою) здатності) земної поверхні і привести до зміни клімату (проте при сучасному рівні вжитку енергії це украй маловірогідно);

3) залежнiсть вiд погоди i часу доби;

Недолiки:

1) необхідність акумуляції енергії;

2) Висока вартість конструкції;

3) необхідність періодичного очищення відзеркалювальної поверхні від пилу;

4) нагрітi атмосфери над електростанцією;

Є також екологічні проблеми, пов'язанi з використанням сонячної енергії.

При виробництві фотоелементів рівень забруднень не перевищує допустимого рівня для підприємств мікроелектронної промисловості. Сучасні фотоелементи мають термін служби 30--50 років. Вживання кадмію, зв'язаного в з'єднаннях, при виробництві деяких типів фотоелементів, з метою підвищення ефективності перетворення, ставить складне питання їх утилізації, яке теж не має доки прийнятного з екологічного погляду рішення, хоча такі елементи мають незначне поширення і з'єднанням кадмію при сучасному виробництві вже знайдена гідна заміна. Останнім часом активно розвивається виробництво тонкоплівкових фотоелементів, у складі яких міститься всього біля 1 % кремнію, по відношенню до маси підкладки на яку наносяться тонкі плівки. Через малi витрати матеріалів на поглинаючий шар, тут кремнію, тонкоплівкові кремнієві фотоелементи дешевше у виробництві, але доки мають меншу ефективність і неусувну деградацію характеристик в часі. Крім того, розвивається виробництво тонкоплівкових фотоелементів на інших напівпровідникових матеріалах, зокрема CIS і CIGS, гідних конкурентів кремнію. Так, наприклад, в 2005 році компанія «Shell» прийняла рішення концентруватися на виробництві тонкоплівкових елементів, і продала свій бізнес по виробництву монокристалічних (нетонкоплівкових) кремнієвих фотоелектричних елементів. Сонячні концентратори викликають великі за площею затінювання земель, що призводить до сильних змін грунтових умов, рослинності і т.д. Небажана екологічна дія в районі розташування електростанцій: вони викликають нагрiв повітря при проходженні через неї сонячного випромінювання, сконцентрованого дзеркальними відбивачами. Це призводить до зміни теплового балансу, вологості, напряму вітрів; в деяких випадках можливі перегрів і спалах систем, що використовують концентратори, зі всіма витікаючими звідси наслідками. Вживання низькокиплячих рідин і неминучі їх витоки у сонячних енергетичних системах під час тривалої експлуатації можуть призвести до значного забруднення питної води. Особливу небезпеку представляють рідини, що містять хромати і нітрити, що є високотоксичними речовинами.

В середині 2011 року у фотоелектричній промисловості Німеччини було задiяно більше 100 тисяч людей. У сонячній енергетиці США працювали 93,5 тисяч людей.

Використання сонячної енергетики вельми перспективне. Енергія, що згенерувала на основі сонячного випромінювання, зможе до 2050 року забезпечити 20-25 % потреб людства в електриці і скоротить викиди вуглекислоти. Як вважають експерти Міжнародного енергетичного агентства (IEA), сонячна енергетика вже через 40 років при відповідному рівні поширення передових технологій вироблятиме близько 20-25 % всiєї необхідної електрики, і це забезпечить скорочення викидів вуглекислого газу на 6 млрд тон щороку.

В наш час iснує навiть транспорт, який працює на енергії сонця. Фотоелектричні елементи можуть встановлюватися на різних транспортних засобах: човнах, електромобілях і гібридних автомобілях, літаках, дирижаблях і т. д. Фотоелектричні елементи виробляють електроенергію, яка використовується для бортового живлення транспортного засобу, або для електродвигуна електричного транспорту. В Італії і Японії фотоелектричні елементи встановлюють на дахи поїздів. Вони виробляють електрику для кондиціонерів, освітлення і аварійних систем.

Ще 20 листопада 1980, Стів Птачек зробив політ на літаку Solar Impulse, що харчується лише сонячною енергією. На 2010 р. сонячний пілотований літак протримався в повітрі 24 години. Військові випробовують великий інтерес до безпілотних літальних апаратів (БЛА) на сонячній енергії, здатних триматися в повітрі надзвичайно довго, -- місяці і роки. Такі системи могли б замінити або доповнити супутники.

3. Біопаливо

Біопаливо -- або біологічне паливо -- (англ . biofuels) -- органічні матеріали такі як деревина, відходи та спирти, які використовуються для виробництва енергії. Це -- поновлюване джерело енергії, на відміну від інших природних ресурсів, таких як нафта, вугілля й ядерне паливо. Офіційне визначення біопалива -- будь-яке паливо, яке містить (за об'ємом) не менш ніж 80% матеріалів, отриманих від живих організмів, зібраних у межах десяти років перед виробництвом.

Подібно до вугілля й нафти, біомаса -- це форма збереженої сонячної енергії. Енергія сонця «захоплюється» через процес фотосинтезу під час росту рослин. Одна перевага біологічного палива в порівнянні з іншими типами палива -- те, що воно повністю розкладається мікроорганізмами, і тому відносно безвинне для навколишнього середовища.

Сільськогосподарська продукція, яку вирощують для використання як біопаливо, включає кукурудзу і сою (перш за все в США), льон та ріпак (перш за все в Європі), цукровий очерет в Бразилії й пальмову олію в Південно-Східній Азії. Розкладена мікроорганізмами продукція промисловості, сільського господарства, лісового господарства та побутові відходи також можуть використовуватися для отримання біоенергії, наприклад, солома, лісоматеріал, добриво, рисове лушпиння, стічні води й залишки продуктів харчування. Ці продукти перетворюються на біогаз через анаеробне травлення. Біомаса, яка використовується як паливо, також часто складається з недовикористаної продукції, такої як соломи й відходів тваринництва.

Біопаливо сьогодні розглядається в Україні як вагома альтернатива традиційному пальному. Вважається, що його виготовлення в найближчі роки буде максимально вигідним для української економіки. Виготовлення готового продукту є набагато вигіднішим для України ніж експорт сировини, в основному в Польщу та Німеччину. Станом на 2007 рік згідно з розрахунками Інституту цукрового буряка УААН і НТЦ «Біомаса» (м. Київ), собівартість біодизелю у наший країні складає 0,42 євро/л, біоетанолу -- 0,67 євро/л. Проте виробництво біопалива в промислових обсягах ще не налагоджене так як, приміром, у Німеччині, яка займає лідируючі позиції з виробництва біодизелю в ЄС. За різними оцінками, у 2006 р. в Україні мінізаводи чи дослідницькі установки з виробництва біодизелю працювали в 12 областях, виготовивши 20 тис. т продукції, яка, як правило, використовувалась у сільському господарстві.

У червні 2006 року було створено асоціацію «Укрбіоенерго». Її завданням було популяризувати біопаливо в Україні. До неї ввійшли близько 30 виробників біоенергетичної сировини, технологічного устаткування, біопалива, а також ряд учених. У грудні 2006 року Кабмін затвердив Програму розвитку виробництва дизельного біопалива на 2007--2010 роки.

Зареєстровано законопроект, у якому депутати запропонували до 2018 року скасувати податок на прибуток для виробників біологічних видів палива (біоетанол, біодизель, біогаз й біоводень), а до січня 2013 року -- податок на ввезення сировини й устаткування.

4. Геотермальна енергетика

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

Геотермальна енергія (природне тепло Землі), акумульована в перших десятьох кілометрах Земної кори, за оцінкою МРЕК-ХІ досягає 137 трлн. т.у.п., що в 10 разів перевищує геологічні ресурси усіх видів палива разом узятих.

З усіх видів геотермальної енергії мають найкращі економічні показники гідрогеотермальні ресурси - термальні води, пароводяні суміші і природна пара.

Гідрогеотермальні ресурси, які використовуються на сьогодні практично, складають лише 1% від загального теплового запасу надр. Досвід показав, що перспективними в цьому відношенні варто вважати райони, в яких зростання температури з глибиною відбувається досить інтенсивно, колекторські властивості гірських порід дозволяють одержувати з тріщин значні кількості нагрітої води чи пари, а склад мінеральної частини термальних вод не створює додаткових труднощів по боротьбі із солевідкладеннями і кородуванням устаткування.

Аналіз економічної доцільності широкого використання термальних вод показує, що їх варто застосовувати для опалення і гарячого водопостачання комунально-побутових, сільськогосподарських і промислових підприємств, для технологічних цілей, добування цінних хімічних компонентів і ін.

Гідрогеотермальні ресурси, придатні для одержання електроенергії, складають 4% від загальних прогнозних запасів, тому їхнє використання в майбутньому варто пов'язувати з теплопостачанням і теплофікацією місцевих об'єктів.

В Україні прогнозні експлуатаційні ресурси термальних вод за запасами тепла еквівалентні використанню близько 10 млн. т.у.п. на рік.

Серед перспективних районів для пошуків і розвідки геотермальних ресурсів знаходиться Донецький басейн.

Значні масштаби розвитку геотермальної енергетики в майбутньому можливі лише при одержанні теплової енергії безпосередньо з гірських порід (петрогеотермальна енергія). В цьому випадку теплоносій визначеного потенціалу утворюється в результаті теплообміну води, яка нагнітається при контакті у тріщині, з високотемпературними гірськими породами в зоні природної чи штучно створеної проникності з наступним виведенням теплоносія на поверхню.

Мінімальна - технологічно прийнятна для виробництва електроенергії при існуючих технічних можливостях - температура гірських порід складає 150°С. Така температура гірських порід у межах України зафіксована на глибинах 3-10 км (у Донбасі - 4-6 км). Відповідно до проведеної оцінки геологічні ресурси геотермальної енергії найбільш перспективних в Україні площ в інтервалі глибин 3-10 км складають близько 15 трлн. т.у.п. до 7 км - 3 трлн. т.у.п.

У Дніпровсько-Донецькій западині і Донбасі прогнозні ресурси петрогеотермальної енергії в інтервалі глибин 4-10 км складають 9 трлн. т.у.п., в тому числі до 7 км - 1,9 трлн. т.у.п. Щільність ресурсів на технологічно доступних глибинах 4-5 км складає близько 7 млн. т.у.п./км.

Геотермальна енергія з успіхом використовується в Росії, Грузії, Ісландії, США.

Перше місце по виробленню електроенергії з гарячих гідротермальних джерел займає США. У долині Великих Гейзерів (штат Каліфорнія) на площі 52 кв. км діє 15 установок, потужністю понад 900 МВт.

«Країна льодовиків», так називають Ісландію, ефективно використовує гідротермальну енергію своїх надр. Тут відомо понад 700 термальних джерел, які виходять на земну поверхню. Близько 60% населення користується геотермальними водами для обігріву житлових приміщень, а в найближчому майбутньому планується довести це число до 80%. При середній температурі води 87°С річне споживання енергії гарячої води складає 15 млн. ГДж, що рівноцінно економії 500 тис. т кам'яного вугілля на рік. Крім того, ісландські теплиці, в яких вирощують овочі, фрукти, квіти і навіть банани, споживають щорічно до 150 тис. м кубiчних гарячої води, тобто понад 1,5 млн. Гдж теплової енергії.

Середній потік геотермальної енергії через земну поверхню складає приблизно 0,06 Вт/м² при температурному градієнті меншому ніж 30 градусів С/км. Однак є райони зі збільшеними градієнтами температури, де потоки складають приблизно 10-20 Вт/м², що дозволяє реалізовувати геотермальні станції (ГеоТЕС) тепловою потужністю 100 МВт/км² та тривалістю експлуатації до 20 років.

Якість геотермальної енергії невелика і краще її використовувати для опалення будівель та попереднього підігріву робочих тіл звичайних високотемпературних установок. Також використовують це тепло для ферм по розведенню риби та для теплиць. Якщо тепло з надр виходить при температурі більше 150^oС, то можна говорити про виробництво електроенергії. Побудовано ГеоТЕС на Філіппінах потужністю більше 900 тис. кВт.

Масштаб використання геотермальної енергії визначають декілька факторів: капітальні витрати на спорудження свердловин, ціна яких зростає зі збільшенням глибини. Оптимальна глибина свердловин 5 км. Геотермальні води використовують двома способами: фонтанним (теплоносій викидається в навколишнє середовище) та циркуляційним (теплоносій закачується назад в продуктивну товщу). Перший спосіб дешевше, але екологічно небезпечний, другий дорожчий, але забезпечує збереження навколишнього середовища.

Можна здійснювати разом з добуванням тепла і добування хімічних елементів та сполук з розсолів, як на дослідному заводі в Дагестані, де добувають сполуки магнію, літію та брому.

До категорії гідротермальних конвективних систем відносяться підземні басейни пари чи гарячої води, які виходять на поверхню з землі, утворюючи гейзери, фумароли, озера багнюки тощо. Їх використовують для виробництва електроенергії за допомогою методу, що ґрунтується на використанні пари, яка утворюється при випаровуванні гарячої води на поверхні.

Іншим методом виробництва електроенергії на базі високо- та середньотемпературних геотермальних вод є використаня процесу із застосуванням двоконтурного (бінарного) циклу. В цьому процесі вода, отримана з басейну, використовується для нагрівання теплоносія другого контуру (фреону чи ізобутану), котрий має меншу температуру кипіння. Установки, що використовують фреон як теплоносій другого контуру, зараз підготовлені для діапазону температур 75--150°С і при одиничній потужності 10--100 кВт.

Також є розробки по отриманню теплової енергії зі штучно утворених тріщин в гарячих сухих породах.

Геотермальні системи, де в зонах зі збільшеним значенням теплового потоку розташовуються глибокозалягаючий осадовий басейн (Угорський басейн), температура води -- 100 °C.

У використаннi геотермальної енергетики є свої переваги та недолiки.

Переваги:

1) геотермальну енергію отримують від джерел тепла з великими температурами;

2) вона має декілька особливостей:

o температура теплоносія значно менша за температуру при спалюванні палива;

o найкращий спосіб використання геотермальної енергії -- комбінований (видобуток електроенергії та обігрів).

Недоліки:

1) низька термодинамічна якість;

2) необхідність використання тепла біля місця видобування;

3) вартість спорудження свердловин виростає зі збільшенням глибини;

4) це джерело характеризується різноплановим впливом на природне середовище. Так в атмосферу надходить додаткова кількість розчинених в підземних водах сполук сірки, бору, мишяка, аміаку, ртуті; викидається водяна пара, збільшуючи вологість; супроводжується акустичним ефектом; опускання земної поверхні; засолення земель.

Висновок

На поновлювані (альтернативні) джерела енергії доводиться всього біля 1 % світового вироблення електроенергії. Йдеться перш за все про геотермальні електростанції (ГЕОТЕС), які виробляють чималу частину електроенергії в країнах Центральної Америки, на Філіппінах, в Ісландії; Ісландія також являє собою приклад країни, де термальні води широко використовуються для обігріву, опалювання.

Сонячні електростанції (СЕС) працюють більш ніж в 30 країнах.

Останнім часом багато країн розширюють використання вiтроенергетичних установок (ВЕУ). Більш всього в країнах Західної Європи (Данія, ФРН, Великобританія, Нідерланди), в США, в Індії, Китаї. Данія отримує 25% енергій з вітру.

Як паливо в Бразилії і інших країнах все частіше використовують етиловий спирт.

Перспективи використання поновлюваних джерел енергії пов'язані з їх екологічною чистотою, низькою вартістю експлуатації і очікуваним паливним дефіцитом в традиційній енергетиці. За оцінками Європейської комісії до 2020 року в країнах Євросоюзу в індустрії поновлюваної енергетики буде створено 2,8 мільйонів робочих місць. Індустрія поновлюваної енергетики створюватиме 1,1 % ВВП. Росія може отримувати 10% енергій з вітру.

Згідно із звітом ООН, в 2008 році у всьому світі було інвестовано $140 млрд в проекти, пов'язані з альтернативною енергетикою, тоді як у виробництво вугілля і нафти було інвестовано $110 млрд.

У всьому світі в 2008 році інвестували $51,8 млрд у вітроенергетику, $33,5 млрд в сонячну енергетику і $16,9 млрд в біопаливо. Країни Європи в 2008 році інвестували в альтернативну енергетику $50 млрд, країни Америки -- $30 млрд, Китай -- $15,6 млрд, Індія -- $4,1 млрд.

У травні 2009 року 13 % електроенергії в США були вироблені з поновлюваних джерел енергії. 9,4 % електроенергії було вироблено на гідроелектростанціях, близько 1,8 % були отримані з енергії вітру, 1,3 % з біомаси, 0,4 % з геотермальних джерел і 0,3 % від енергії сонця.

У Австралії в 2009 році 8 % електроенергії виробляється з поновлюваних джерел.

Розглянувши найбільш перспективні заміни паливній енергетиці я прийшла до висновків, що майбутнє світової енергетики саме за альтернативною енергетикою. Незважаючи на те, що зараз найбільша увага приділяється атомній енергетиці, я вважаю, що в наступному сторіччі людство прагнутиме до "чистої" енергетики, до того ж, така енергетика може стати рентабільнішою за традиційну.

Протягом всього свого існування людина постійно змінювала основне джерело енергії: спочатку це було Сонце, потім вогонь, потім вугілля, а зараз нафта і газ. Але ніколи ще людство не відчувало такої гострої потреби у швидкому переході до нових джерел енергії як зараз. Тому, на мою думку, такий перехід потрібно зробити якомога раніше. Звісно, рано чи пізно, економічні фактори змусять нас відмовитись від користування нафтою і газом, але економічна потреба виникне значно пізніше, ніж екологічна.

Список лiтератури та методичних посiбникiв

1). Матеріал з Вікіпедії -- вільної енциклопедії [Електронний русурс] - Режим доступу: http://ru.wikipedia.org/wiki

2). Шипунов Ф.Я. Организованность биосферы. - М.: Наука, 1980. - 288 с.Фоули Р. Еще один неповторимый вид. Экологические аспекты эволюции человека. - Мир, М., 1990, 365 с.

3) Сытник К.М., Брайон А.В., Городецкий А.В. Биосфера, экология, охрана природы. - Киев, "Наукова думка", 1987, 499 с.

4) Экология Израиля. [Електронний русурс] - Режим доступу: http://www.allotherworld.ru/page.php?al=israel07

5) Реймерс Н.Ф. Природопользование. [Електронний русурс] - Режим доступу: http://www.twirpx.com/file/364358/

Размещено на www.allbest.ru