Альтернативні джерела енергії

     При роботі двигунів на біодизелі значно зменшуються шкідливі викиди інших  продуктів згоряння, в тому числі  сірки — на 98%, а сажі — від 50 до 61%, гідрокарбонатів — та вуглекислих моно оксидів — на 30-34%. При використанні 100 т біодизеля викиду в атмосферу вуглекислого газу зменшуються на 78,5 т порівняно з використанням нафтового пального.

     Європейські проекти, які виконувалися довгий час, показали неминучість підвищення конкурентної здатності біопалива та зближення його ціни з викопними паливами вже в наступному десятиріччі. В Україні це джерело самозабезпечення енергоносіями має велику перспективу в районах, забруднених радіонуклідами в результаті катастрофи на Чорнобильській АЕС. У процесі вирощування ріпак не потребує великих затрат праці, всі агрозаходи механізовані, а сама рослина здатна очищати поле від радіонуклідів, не нагромаджуючи їх у насінні. Отже, ріпак можна впроваджувати для рекультивації забруднених земель, використовуючи насіння для одержання біодизеля. 
 

     2.9. Біогаз 

     Розвиток  технологій та технічних засобів  виробництва біогазу спрямований  на комплексне вирішення проблем  альтернативного енергозабезпечення тваринницьких ферм, виробництва високоякісних органічних добрив для кормовиробництва та утилізації органічних відходів при зниженні рівня емісій шкідливих речовин в оточуюче середовище. Розроблено та реалізовано концепцію технічного і технологічного вирішення проблеми сумісного використання органічних добрив та рослинної біомаси в біогазових реакторах.

     Нове  устаткування дозволяє отримувати високоякісний  біогаз з органічних добрив із використанням  зеленої маси таких відновлюваних  енергетичних ресурсів, як силосна  кукурудза, багаторічні трави, кормові буряки та гичка цукрових буряків. На нових тваринницьких фермах сучасним є спеціальний блок, що займається біоенергетикою. Це елемент, що дозволяє використати біогаз для енергозабезпечення потреб ферми, екологічно безпечно утилізувати органічні залишки і забезпечити кормовиробництво високоефективними твердими та рідкими біодобривами тощо.

     Біогаз  має в своєму складі незначну кількість  сірки, яка впливає на довговічність  агрегатів установки. Для виділення сірки з біогазу на поверхню бродильної суміші в реакторі за допомогою невеликого компресору задувається свіже повітря. Це призводить до того, що спеціальні мікроорганізми перетворюють газоподібну сірку в твердий стан, після чого вона стає цінною складовою органічних добрив. Біогаз зберігається в гумовому сховищі з об’ємом добового виробітку. В силовій установці (двигун внутрішнього згорання + генератор) газ перетворюється в електричний струм і тепло. З енергії біогазу утворюється 30...35% електричного струму і 70...65% теплової енергії з загальним ККД 85...90%.

Перероблені в  біогазовій установці органічні  добрива зі свиноферми практично  не мають неприємного запаху і  є цінними для сільськогосподарських  культур за вмістом поживних речовин.

     Використання  альтернативних джерел енергії в сільській місцевості дозволяє істотно здешевіти процес агропромислового виробництва. 
 

     3. Нові відкриття

      
     У силу актуальності використання сонячної енергії, є необхідність удосконалення методів добору потужності від фотоелектричних перетворювачів (ФЕП), а також розробка способу добору потужності від ФЕП з урахуванням надійності роботи установки сонячних перетворювачів.  
     Спосіб добору електричної енергії від сонячної батареї, що включає перетворення сонячної енергії в електричну, накопичення її в електричному конденсаторі і передачу споживачу порціями. Цю операцію переміщення енергії повторюють послідовно для кожного елемента сонячної батареї, а енергію передають за допомогою інвертора в мережу змінного струму.  
     Існує поширена думка, що сонячна енергія є екзотичною і її практичне використання - справа віддаленого майбутнього. На жаль, така песимістична думка дійсно існує. Але вона помилкова.  
     Зміст кремнію у земній корі складає 29,5% і перевищує зміст алюмінію в 3,35 рази. У Землі міститься 15,2% кремнію по масі, що відповідає фантастичній масі 9,08.10т. Сонячний кремній з чистотою 99,99% коштує стільки ж, скільки уран для АЕС, хоча зміст кремнію в земній корі перевищує зміст урану в 100000 разів.  
     Світові достовірні запаси урану оцінюються в 2763000т. Причому урановий паливний цикл, що включає виробництво гексафторида урану, значно складніший і небезпечніший хлорсиланового способу одержання сонячного кремнію. Враховуючи неконцентроване розташування і малий зміст урану в земній корі у порівнянні з кремнієм, важко зрозуміти, чому уранове паливо для ядерних реакторів і кремній для сонячних електростанцій мають однакову вартість. Існують кілька причин, що пояснюють таку ситуацію. Однією з них (найбільш вагомою) є той факт, що в розвиток технології і виробництва урану вкладені мільярдні капіталовкладення, що виділялися, в основному у військових програмах і обсяги виробництва урану в 6 разів перевищують обсяги виробництва сонячного кремнію.

     У 1990 році елементів із сонячного кремнію склав 14,2% у порівнянні з 14,7% із хлорсиланового кремнію. Технологія "Сіменс" передбачала використання особливо чистих кварцитів зі змістом домішок 20.10 по масі. Дослідженнями фірмою "Симменс" було показано, що якість кварцитів одне з найвищих у світі, а наявні запаси достатні для виготовлення сонячних фотоелектричних станцій потужністю більш 1000 ГВт.  
     Враховуючи, що 1 кг кремнію в сонячному елементі виробляє за 30 років 300 МВт.год електроенергії, легко підрахувати нафтовий еквівалент кремнію. Пряме перерахування електроенергії 300 Мвт.год з урахуванням теплоти згоряння нафти 43,7 МДж/кг дає 25 т нафти на 1 кг кремнію. Якщо прийняти ККД ТЕС, що працює на мазуті, 33%, то 1 кг кремнію по виробленої електроенергії еквівалентний приблизно 75 тоннам нафти. У зв'язку з високою надійністю термін служби за основним компонентом - кремнієм і сонячним елементам може бути збільшений до 50-100 років. ККД 25-30% буде досягнуто у виробництві в найближчі 10 років. У випадку заміни сонячних елементів кремній може бути використаний не одноразово і кількість циклів його використання не має обмежень у часі.  
     Саме такий розвиток технологій одержання фотоелементів дало поштовх до створення і впровадження сонячних елементів для одержання екологічно чистої енергії.  
     На сьогоднішній день уже створена велика кількість фотоелектричних установок. Дослідження фотоелементів продовжуються і розширюються, адже як відомо, технології очищення кремнію й інших матеріалів вимагають достатнього фінансування, тобто дорожнеча фотоелементів є на сьогоднішній день негативним фактором, що додає інерційність розвитку сонячної енергетики.  
     Але, незважаючи на технологічні і фінансові труднощі, застосування фотоелектричних перетворювачів розширюється.  
     Однієї з найбільш перспективних технологій сонячної енергетики на сьогоднішній день є створення фотоелектричних станцій із сонячними елементами на основі кремнію, що перетворюють в електричну енергію пряму і розсіяну складові сонячної радіації з ККД 12-15%. Лабораторні зразки мають ККД 23% . Світове виробництво сонячних елементів уже перевищує 50 МВт у рік і збільшується щорічно на 30%!  
     Сучасний рівень виробництва сонячних елементів відповідає початковій фазі їхнього використання для освітлення, підйому води , телекомунікаційних станцій, живлення побутових приладів в окремих районах і в транспортних засобах. Вартість сонячних елементів складає 2,5-3 дол/у.т. при вартості електроенергії 0,25-0,56 дол/кВт.ч. Сонячні енергосистеми заміняють керосинові лампи, свічі, сухі елементи й акумулятори, а при значному віддаленні від енергосистеми і малої потужності навантаження - дизельні електрогенератори і лінії електропередач.  
     У США, наприклад, вже існує кілька експериментальних фотоелектричних станцій потужністю від 0,3 МВт до 6,5 МВт, що працюють на енергосистему. Оскільки питома вартість не залежить від її розмірів і потужності, у ряді випадків доцільно модульне розміщення на даху будинку, котеджу, ферми. До того ж власник СЕС зможе продавати електроенергію енергосистемі в денний час і купувати її в енергетичної компанії по іншому лічильнику в нічні години. Перевагою такого використання, крім політики заохочення малих і незалежних виробників енергії, є економія на опорних конструкціях і площі землі, а також сполучення функції даху і джерела енергії. Підрахунки показують, що при модульному розміщенні СЕС 1 млн.кВт здатна забезпечити електроенергією 500000 будинків і котеджів.  
     Такі енергозберігаючі технології для будинків є найбільш прийнятними через економічну ефективність використання. Їхнє застосування дозволить знизити енергоспоживання в будинках до 60%. Як приклад успішного застосування цих технологій можна відзначити проект "2000 сонячних дахів" у Німеччині, а також унікальний проект сонячної електростанції. Голландська промислова корпорація «Shell Solar» разом з німецькою фірмою «GEOSOL» побудувала сонячну електростанцію в околицях Лейпцигу. Проектна потужність цього енергетичного комплексу, до складу якого ввійшли тридцять три з половиною тисячі фотоелектричних модулів, дорівнює п'ятьом тисячам кіловат. Ця гігантська електростанція займає площу, рівним 20 футбольним полям (16 га) і може забезпечити електрикою 2 тис. будинків. "Чим більше буде будуватися подібних гелиоэлектростанций потужністю хоча б у трохи мегават, тим швидше буде налагоджене масове виробництво сонячних елементів, а це, у свою чергу, зробить одержувану із сонячної енергії електричну більш дешевою", - заявив на урочистій церемонії відкриття об'єкта міністр по справах охорони навколишнього середовища ФРН Юрген Трітін.  
     Найбільш практичне застосування у світі одержали гібридні сонячно-паливні електростанції з параметрами: ККД 13,9%, температурою пари 371^oС з тиском пари 100 бар, вартістю виробленої електроенергії 0,08 - 0,12 дол/кВт.ч. У США сумарна потужність електростанції складає 400МВТ при вартості 3 дол/у.т. СЕС працює в піковому режимі при відпускній ціні за 1 квт.ч електроенергії в енергосистемі: з 8 до 12 години - 0,066 дол. і з 12 до 18 години - 0,353 дол. ККД СЕС може бути збільшено до 23% - середнього ККД системних електростанцій, а вартість електроенергії знижена за рахунок комбінованого виробу електричної енергії і тепла. Також у США сонячні водонагрівачі загальною потужністю 1400МВТ встановлені в 1,5 млн. будинків.  
     Сонячні електростанції можуть бути використані як для рішення локальних енергетичних задач, так і для ріення глобальних проблем енергетики. Як відомо, сьогодні практично відсутні маневрові електростанції. Через це багато теплових електростанцій працюють у режимі, що не враховує експлуатаційні вимоги до устаткування, що у свою чергу, приводить до швидкого зносу устаткування і зниженню надійності його роботи. Розглядаючи таку проблему, на сьогоднішній день вже існують проекти, що дозволяють застосовувати фотоелектричні установки для покриття пікових навантажень на ТЕС, а також для живлення власних потреб ТЕС, в аварійних режимах. Це напрямок досліджень на сьогоднішній день є найбільш перспективним для всієї енергетики країни.  
     На закінчення можна сказати, що Україна має потенційні можливості використання геліоенергетики. На її території енергія сонячної радіації за один середньорічний світловий день складає в середньому 4 кВт*годину на 1м2 ( у літні дні - до 6 - 6.5 кВт*годину ) тобто близько 1,5 тисячі кВт*годину за рік на кожен квадратний метр. Це приблизно стільки ж, скільки в середній Європі, де використання сонячної енергії носить самий широкий характер. Крім сприятливих кліматичних умов на Україні є високо кваліфіковані наукові кадри в області використання сонячної енергії. Усі вищевикладені фактори дають підставу вважати, що на Україні існують необхідні і достатні умови для широкомасштабного впровадження геліоенергетики в промисловість і народне господарство.  
 
 

     4. Вклад України у розвиток альтернативних  джерел енергії

     На сучасному етапі розвитку України збалансоване платоспроможне використання традиційних енергетичних ресурсів та зменшення їхнього споживання за рахунок впровадження новітніх технологій з перспективних напрямів розвитку перетворюються на гостру потребу сьогодення, найважливішу складову енергетичної безпеки держави.

     На  жаль, нинішній стан справ у сфері енергоресурсів поки-що гальмує розвиток ринкових відносин у економіці країни, сприяє наявності прямих втрат та неефективному використанню ресурсів.

     Одним з нових стратегічних напрямів державної політики у сфері енергоефективності є створення державної системи моніторингу виробництва, споживання експорту та імпорту енергоносіїв.

     Перспективними  напрямами використання альтернативних та відновлюваних джерел енергії в Україні є: біоенергетика (на базі використання біомаси як для прямого спалювання, так і для отримання біогазу); розвиток виробництва синтетичного газу; розвиток виробництва біопалива (біоетанол, сумішеві бензини, біодизель); використання шахтного метану; мала гідро та теплоенергетика.

     Досить  перспективним, а отже достатньо  привабливим як для держави, так і для приватних інвесторів, є виробництво біопалива. Так зокрема, в Україні діє біля 70 спиртових заводів використання продукції та відходів виробництва яких може дозволити виробляти біоетанол. Є відповідні вітчизняні розробки (на рівні технічних умов) виробництва сумішевих бензинів у пропорції 60 на 40. Промислове впровадження цієї технології може дати 500 000 тон достатньо дешевого біопалива на рік, що дозволить значно покращити стан забезпечення паливом сільського господарства. 

     Що  ж до інших місцевих видів палива (буре вугілля, торф, солома, відходи  деревооброб-ки тощо) їх економічно доцільний  потенціал складає 36 мільйонів тон  умовного палива на рік. Існуючі технології як прямого спалювання, так і виробництво синтетичного палива, можуть дати заміщення 30 мільярдів кубометрів природного газу.

     Розвиток  і впровадження відновних джерел енергії та альтернативних видів  палива потребує законодавчої підтримки. Окрім того, розвиток власних джерел енергії зменшить залежність від імпортних енергоносіїв. На цьому наголошували учасники наради з питань дотримання вимог Кіотського протоколу та правового забезпечення виробництва в Україні альтернативних видів палива.

     Загалом в Україні є чудові розробки з  енергоефективних та енергозберігаючих технологій, але для переходу від окремих експериментів до промислового використання, маємо, забезпечити фінансування кожного конкретного проекту, або програми.