Альтернативные источники энергии

    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.

     У 2010 році 2,7 % електроенергії Іспанії було отримано з сонячної енергії.  У 2010 році 2 % електроенергії Німеччини було отримано з фотоелектричних установок. У 2011 році близько 3 % електроенергії Італії було отримано з фотоелектричних установок.  Перша в Росії сонячна електростанція потужністю 100 кВт була запущена у вересні 2010 року в Білгородської області.

     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 тріщені, 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.