Тема 3
Енергетика
3.1 Значення енергетики для розвитку
економіки України.
Від стану енергетики залежать темпи науково-технічного прогресу та
виробництва, а отже, і життєвий рівень людей. Джерела енергії, які використовує
людство, поділяються на: відновні – енергія Сонця, вітру,води, морських
припливів, гідроенергія річок, внутрішнього тепла Землі та невідновні –
викопне органічне і мінеральне паливо.
Відновні не порушують теплового балансу Землі, оскільки під час їх використання
відбувається лише перетворення одних видів енергії на інші(наприклад −
енергія Сонця перетворюється спочатку на електроенергію,а потім на тепло або
навпаки).
Використання невідновних джерел енергії супроводжується процесами
окиснення (горіння), за яких більша частина енергії виділяється в біосферу у
вигляді теплової енергії, що спричинює додаткове нагрівання атмосфери та
гідросфери. Існує теплова межа, яку людство не повинно переступати, інакше це
матиме для нього катастрофічні наслідки. За розрахунками вчених небезпечної
межі буде досягнуто в разі використання невідновних джерел енергії в кількості
100 млрд. КВт (0,1%енергії, що надходить на Землю від Сонця). Сьогодні людство
виробляє енергію на базі невідновних джерел в 10 разів менше за
гранично-допустиму кількість. Якщо темпи збільшення виробництва енергії залишаться
незмінними, то теплової межі буде досягнуто в середині ХХІ століття.
Як уже згадувалось, енергетика охоплює енергетичні ресурси,добування,
перетворення, передавання і використання різноманітних видів енергії.
Найпоширенішою галуззю енергетики є електроенергетика. Вона охоплює всі типи
електростанцій: теплові, атомні, сонячні,гідравлічні, вітрові,
теплоелектроцентралі та господарство електромереж.
Провідне місце в електроенергетиці України належить атомним(АЕС) і
тепловим електростанціям (ТЕС) – разом вони дають понад 90%всієї виробленої
електроенергії.
Перші ТЕС були побудовані наприкінці XIX ст., набули масового поширення
у ХХ ст. і до переходу на газ розміщувалися поблизу джерел паливних ресурсів.
Теплові електростанції потужністю понад 2 млн. кВт·год розміщують у великих промислових регіонах.
Найбільшими споживачами електроенергії є промисловість (65%),транспорт і
сільське господарство (по 10%), будівництво, побут та інші галузі.
У великих містах працюють теплоелектроцентралі (ТЕЦ), які є результатом
комбінування двох виробництв: електроенергії та гарячої води для опалення
приміщень у холодну пору року.
Першу атомну електростанцію було введено в експлуатацію в СРСР 27 червня
1954 р. у м. Обнінськ Калузької області Росії. Від того часу ядерна енергетика
у всьому світі почала бурхливо розвиватися. За даними МАГАТЕ (міжнародного
агентства з атомної енергетики) на початок90-рр. ХХ ст. у світі працювало понад
430 енергоблоків ефективною потужністю близько 318 тис. МВт, які забезпечували
17% світового виробництва електроенергії, на різних стадіях будівництва
знаходилося ще 100 реакторів загальною потужністю 80 тис. МВт. На сьогоднішній день
в Україні функціонує чотири АЕС − це Запорізька (6 млн. кВт.),Хмельницька
та Південноукраїнська (по 3 млн. кВт.) та Рівненська(1,818 МВт). Будівництво
Кримської та Чигиринської АЕС зупинено, а Чорнобильську АЕС не експлуатують з
15 грудня 2000 року. За сучасних технологій і дотримання норм безпеки атомна енергетика
є незамінною для промислового Придніпров’я та південних,бідних на енергетичні
ресурси, районів України. На жаль, складність експлуатації і надзвичайно високі
ризики роботи з ядерним паливом стримують більш широке поширення і використання
атомних електростанцій.
Роль гідроенергетики в Україні відносно незначна. Великі гідроелектростанції
(ГЕС) розміщені на Дніпрі: Київська, Канівська,Кременчуцька, Дніпровська,
Дніпродзержинська, Каховська; на Дністрі — Дністровська. Єдину велику ГЕС на
гірських річках було споруджено у Карпатах – це Теребля-Рікська. Всі ГЕС
України дають близько 7% електроенергії. Загалом на ГЕС припадає близько 20% електроенергії,
одержуваної на Землі.
В останні десятиліття розпочато спорудження альтернативних електростанцій,
які використовують невичерпні природні ресурси і практично не завдають шкоди
навколишньому середовищу. Достатньо потужні вітрові електростанції (ВЕС)
збудовані на морських узбережжях: Новоазовська, Чорноморська, Донузлавська та
Асканійська. Районнезначення можуть мати сонячні електростанції (СЕС) та
геотермальні (що використовують внутрішнє тепло Землі).
Використання енергії відновлюваних джерел дасть можливість знизити
споживання дефіцитних для України нафтопродуктів.
За останні роки в нашій країні поступово зростає потужність електростанцій.
Україна водночас є як експортером, так і імпортером електроенергії. Україна
експортує електроенергію до країн Центральної Європи (Угорщини, Польщі,
Болгарії, Молдови). Донецький регіон частину електроенергії одержує з Росії.
Електроенергія передається на значні відстані за допомогою ліній електропередач
(ЛЕП) великої потужності – 500 і більше КВт (ЛЕП-500,ЛЕП-750, ЛЕП-800,
ЛЕП-1500).
Електричні мережі Міністерства палива та енергетики України нараховують
майже 1 млн. км повітряних і кабельних ліній електропередач усіх класів
напруги, понад 202 тисяч трансформаторних підстанцій загальною потужністю
200832 МВ-А і є складовою Об’єднаної енергетичної системи (ОЕС) України.
Національною енергетичною програмою України до 2010 року визначено низку
стратегічних напрямів розвитку електричних мереж,зокрема, підвищення якості
експлуатації, прискорення процесів їх розвитку та технічного переоснащення.
3.2 Теплові електростанції.
На теплових електростанціях як первинне джерело енергії використовують
органічне паливо: газ, вугілля, сланці, нафтовий мазут.
Підготовка твердого палива до спалювання передбачає
збагачення,роздрібнення і сушіння палива. Підготовка мазуту полягає в його підігріванні,
очищенні від механічних домішок, а іноді в обробленні спеціальними присадками.
У разі спалювання палива хімічно зв’язана енергія перетворюється в теплову, яка
розігріває в котлах воду і перетворює її на перегріту пару. При цьому
температура пари може досягати 540°С, а тиск досягає величини 3,5-6,5 кПа.
Потік перегрітої пари спрямовується на лопаті турбіни, яка призводить до
обертання ротора електричного
генератора. Відпрацьована пара проходить через конденсатор і деаератор.
Конденсатори охолоджуються водою з джерел зовнішнього постачання (річка,
водосховище тощо). У конденсаторі охолоджувальної води передається майже 55%
теплоти пари. Цю частину теплоти не використовують. Саме ці витрати енергії
використовуються в ТЕЦ для підігрівання води та опалення житла. Тому ТЕЦ
будують безпосередньо біля індустріальних міст.
За енергетичним устаткуванням ТЕС поділяють на паротурбінні,газотурбінні
та дизельні.
Паротурбінні електростанції
(ПТЕС). Основне енергетичне устаткування ПТЕС: котлоагрегати, парові
турбіни, турбогенератори та інше обладнання. Паротурбінні електростанції
поділяють на конденсаційні (КЕС) та теплоелектроцентральні (ТЕЦ).
На КЕС тепло, яке отримали під час спалювання палива,перетворюється на
енергію водяної пари, яка подається у конденсаційну турбіну, де внутрішня
енергія пари перетворюється спочатку в механічну енергію обертання турбіни, а
потім електричним генератором у електричний струм. Відпрацьована пара
відводиться у конденсатор,звідки конденсат пари перекачується насосами знов у
парогенератор. Таким чином забезпечується замкнений цикл використання пари.
На відміну від КЕС у теплових електроцентралях перегріта пара неповністю
використовується у турбінах, а частково відбирається для потреб теплофікації.
Комбіноване використання тепла значно підвищує економічність теплових
електростанцій та суттєво знижує вартість виробленої енергії.
До складу ТЕС входять: паливне господарство зі системою підготовки
палива до спалювання; котельне обладнання з установками водопідготовки та
конденсатоочищення; система технічного водопостачання; система шлаковидалення;
електротехнічне господарствота система контролю й автоматичного управління
енергообладнанням.
Газотурбінні електростанції
(ГТЕС) використовують як резервні джерела енергії (25-110 МВт) для
перекривання навантаження в години “пік” або у разі виникнення в енергосистемах
аварійних ситуацій. Також застосовують комбінування парогазового обладнання
(ПГО), в якому продукти спалювання та нагріте повітря потрапляють у газову
турбіну, а тепло відпрацьованих газів використовується для підігрівання води
або виробництва пари для парової турбіни низького тиску.
Дизельна електростанція
(ДЕС)
– енергетична установка з одним або декількома електричними генераторами з
приводом від дизелів. Великі ДЕС мають потужність до 5000 кВт і більше. На
стаціонарних дизельних електростанціях встановлюють дизель-агрегати потужністю
від 110 до 750 кВт. Стаціонарні дизельні електростанції та енергопотяги
обладнано декількома дизель-агрегатами та мають потужність до 10 МВт.
Пересувні дизельні електростанції мають потужність від 0,2 до5000 кВт, а
потужністю 25-150 кВт розташовують здебільшого в кузові автомобіля або на
залізничній платформі та вагоні. Дизельні електростанції використовують у сільському
господарстві, в лісовій промисловості, у пошукових партіях, військових потребах
як основне,резервне або аварійне джерело електропостачання силових та освітлювальних
мереж. На транспорті дизельні електростанції застосовують як основне
енергетичне обладнання (дизель-електровози).
3.3 Вплив ТЕС на довкілля.
Теплові електростанції, що працюють на твердому паливі, викидають у
атмосферу частки золи та недогорілі частки палива, сірчистий та сірчаний
ангідриди, оксиду азоту та вуглецю, водяну пару тощо.
Під час використання природного газу в атмосферу надходять токсичні
речовини – оксиди азоту та оксид вуглецю, а у разі транспортування палива на
ТЕС та його складування повітря забруднюється пилом. Градирні в системі
охолодження конденсаторів ТЕС суттєво зволожують мікроклімат у районі станції,
сприяють утворенню низької хмарності, туманів, зниженню сонячної активності.
Взаємодія викидів із туманом призводить до утворення стійкої сильно забрудненої
дрібнодисперсної хмари тобто смогу.
Взаємодія ТЕС із гідросферою характеризується в основному споживанням
води, в тому числі необоротним споживанням води, коли вода перетворюється на
пару і розсіюється в атмосфері. За деяким оцінюванням на охолодження конденсаторів
на ТЕС витрати води становлять 120 кг/кВт⋅год. Основним фактором впливу на гідросферу є
скидання теплої води у водойми,наслідками якої можуть бути:
• постійне локальне підвищення температури;
• зміна умов льодоставу і паводків;
• виникнення випаровувань і туманів.
Поряд із порушенням мікроклімату теплові викиди призводять до заростання
водойм водоростями, порушення кисневого балансу, що створює загрозу для життя
мешканців рік та озер.
Основними факторами впливу ТЕС на літосферу є осадження на її поверхні
твердих часток та різних хімічних розчинів; вилучення зі сільськогосподарського
використання орних земель та луків під будівництво ТЕС і золовідвалів. Видалені
з топки зола та шлаки утворюють золошлаковідвали на поверхні літосфери.
Під час промивання поверхонь нагріву котлоагрегатів утворюються розведені
розчини соляної кислоти, натрію, аміаку, солей амонію, заліза та інших речовин.
Отже, електростанція потужністю 1000 МВт, яка працює на вугіллі,викидає
в атмосферу приблизно 5000 тонн SO2; 10000 тонн оксидів азоту. На поверхню
землі надходить близько 400000 тонн золи, в якій міститься 80 тонн важких
металів (As, Pb, Cd,Va та ін.). Така станція підчас спалювання палива витрачає
таку кількість кисню, яку виділяє 100 тисяч гектарів лісу.
3.4 Атомні станції.
Використання ядерної енергії на АЕС стало можливим завдяки відкриттю
реакції ділення ядер важких елементів під впливом нейтронів та створенню
ядерних реакторів для здійснення керованої ядерної ланцюгової реакції. Ядерна
енергетика здійснює перетворення ядерної енергії в інші види − теплову,
електричну, механічну тощо.
Ядерна енергія найбільш концентрована форма енергії, що використовується
людиною. Коли ядра важких атомів діляться на дві частини, відбувається
виділення енергії: миттєве (або вибухове) в атомних бомбах та повільне, кероване
− у ядерних реакторах. У природі існує тільки один елемент, який сам
ділиться − це уран. Уранова руда складається з трьох ізотопів: уран-233,
-235 та -238; і тільки уран-235 підходить як паливо для ядерних електростанцій.
Під час виробництва енергетичного палива спочатку до складу руди входить не
більше 0,7%урану-235. У процесі збагачення руди концентрація цього ізотопу збільшується
до 90 відсотків. Перетворення ядерної енергії в електричну здійснюється на
атомних електростанціях, основною складовою частиною яких є ядерний реактор.
Під час поділу 1 кг урану виділяється стільки теплової енергії, скільки
можна отримати, спалюючи 2000 тонн вугілля. До того ж в атмосферу не
потрапляють шкідливі домішки і діоксид карбону (IV) – вуглекислий газ. Єдиною
відмінністю між атомною електростанцією і станцією, що працює на вугіллі, є
джерело теплової енергії. Кінцеві технологічні процеси перетворення механічної
енергії в електричну на обох типах станцій збігаються.
У більшості країн світу експлуатують переважно енергетичні реактори на
теплових нейтронах із слабо збагаченим або природним ураном, водо-водяного
типу, в яких вода використовується як теплоносій та сповільнювач. На них
припадає 75% реакторів, у тому числі 55%становлять реактори типу “з водою під
тиском”, до числа яких відноситься ВРЕР-1000.
Основна частина ядерного реактора – активна зона, де протікає ланцюгова
реакція ділення ядерного палива у вигляді ТВЕЛів. Діаметр ТВЕЛа – 9,1 мм,
діаметр паливних таблеток (спечений порошок UO2) –7,53 мм, маса завантаження
двоокису урану у ТВЕЛі становить 1565 г. ТВЕЛи об’єднано в тепловидільні збірки
(ТВЗ) касетного типу, які містять 317 ТВЕЛів та 12 напрямних стрижнів
керування. Кількість ТВЗ в активній зоні – 163, з них з регулювальними
стрижнями – 61.
Заміну касет, які вигоріли, роблять на зупиненому реакторі. Щорічно
вивантажують близько 33% робочих касет і довантажують таку ж кількість палива.
Активну зону реактора становлять стрижні (трубки) з ядерним паливом у
вигляді ТВЕЛів і регулювальні стрижні (кадмій, бор). Ці стрижні омиваються водою(під
великим тиском за температури до300°С), яка є і уповільнювачем нейтронів і теплоносієм.
Ця вода створює перший замкнений контур: активна зона –
змійовик-нагрівач. Вона радіоактивна, тому всі ці частини реактора і нагрівача
обмежені бетонним кожухом, який захищає навколишнє середовище від шкідливого
впливу радіоактивного випромінювання активної зони.
Другий водяний контур (захищений від радіоактивних елементів)становлять
– вода у нагрівачу, паропровід та конденсатор. Це ще один замкнений контур.
Вода цього контуру, нагріта до високої температури під великим тиском у
нагрівачу, перетворюється на пару і через паропровід спрямовується на турбіну,
яка приводить у дію генератор електричного струму. Таким чином, ядерна
енергія перетворюється спочатку у внутрішню енергію пари, яка виконує механічну
роботу, обертаючи ротор електричного генератора, а в кінцевому результаті – в
енергію електричного струму. Відпрацьована пара від турбіни надходить у
конденсатор, який ще через один контур зв’язаний з відкритою водоймою та
градирнею.
Для зниження радіації до безпечного рівня і створення нормальних умов
праці реактор екранують спеціальним екраном, до складу якого входить
сповільнювач “швидких” нейтронів. Це може бути вода, свинець,залізо чи бетон,
який містить залізну руду.
Атомна енергетика – це не тільки атомні електростанції, а й комплекс
підприємств, які потрібні для забезпечення їх паливом. Це рудники, де
видобувають уранову руду, заводи із її збагачення і видалення оксиду урану, підприємства,
на яких відокремлюють ізотопи урану та створюють тепловидільні елементи. Після
того, як ці елементи будуть використані на АЕС, їх транспортують на завод, де з
відпрацьованого палива відокремлюють продукти поділу і неспалене паливо. Цей
цикл закінчується захороненням решток поділу та інших радіоактивних елементів.
Добова витрата мазуту на ТЕЦ потужністю 2 000 МВт становить8,3 тис.
тонн, а якщо станція працює на вугіллі – 10 тис. тонн. У той же час потреба в
паливі АЕС такої самої потужності становить 180 кг. Збільшення потужності
енергоблоків до 1000 МВт робить АЕС конкурентоспроможними порівняно з ТЕЦ. Тому
АЕС проектуються як великі енергетичні комплекси потужністю 4-6 млн. кВт, через
те, що будування великих АЕС вигідно з економічної точки зору.
Сьогодні на основі досліджень стала реальною задача комплексного використання
атомних станцій для виробництва електричної та теплової енергії. Тому їх
розташовують поблизу міст та промислових комплексів. Оскільки для АЕС практично
не існує проблеми транспортування палива, то і розташовувати їх можна у районах
із напруженим паливо-енергетичним балансом. Єдиною суттєвою умовою є
необхідність їх спорудження біля водних джерел для забезпечення охолодження реакторів.
3.5 Вплив АЕС на навколишнє середовище.
Нагромадження в природі невластивих для неї радіоактивних речовин украй
шкідливо діє на біосферу.
Ядерні відходи утворюються не лише на стадії, коли відпрацьоване паливо
виймають з реакторів та відправляють на перероблення, але й у процесі
видобування уранової руди, збагачення урану, виготовлення ядерного пального та
в результаті аварій. Відходи залишаються радіоактивними від десятків років до
сотень тисяч років. Досі ядерна промисловість не знайшла безпечної технології
перероблення та утилізації радіоактивних відходів.
Кількість радіоактивних відходів зростає на стадії збагачення уранової
руди, з якої виготовляють ТВЕЛи. У реактор типу РБМК завантажується майже І80 тонн
таких ТВЕЛів, які в результаті роботи реактора перетворюються на
високорадіоактивні відходи.
Відпрацьовані ТВЕЛи кілька років зберігають на території АЕС у спеціальних
басейнах із водою, поки трохи знизиться їх радіоактивність,після чого в
особливих контейнерах спеціальними поїздами їх перевозять на підприємство для
регенерації ядерного палива. Тут ТВЕЛи обробляють, вилучаючи з них уран, який
ще не “вигорів”, і виготовляють із нього нові твели.
Деякі країни (США, Канада і Фінляндія) планують здійснювати захоронення
своїх відходів на територіях своїх країн із мінімальним переробленням. Велика
Британія, Франція, Росія та Японія здійснюють “глибоке” перероблення з
наступним захороненням відходів у контейнерах, залитих склом. Інші держави,
зокрема й Україна,“тимчасово” зберігають відходи у спеціальних сховищах.
Україна, за даними Національної комісії радіаційного захисту України при
Верховні Раді, накопичила 120 млн. м3 твердих та рідких радіоактивних відходів.
Перероблення 1 дм3 за світовими цінами коштує 50 доларів – це означає, що
Україна має витратити не менше 60 трлн. доларів на знешкодження своїх запасів
радіоактивних відходів.
Забруднення починається на стадії видобування сировини. Після вилучення
урану 90% добутої з надр породи повертається у звалища і перетворюється на
джерело забруднення атмосфери радіоактивним газом радоном, який викликає у
ссавців рак легенів. Кількість радіоактивних відходів зростає на стадії
збагачення руди. В результаті роботи реактора радіоактивним стає все, що
контактує з відпрацьованим ядерним паливом(машини, контейнери, обладнання, одяг
персоналу). Все це необхідно ховати та охороняти сотні років, щоб не потрапило
до зловмисників. АЕС виробляє сотні видів радіоактивних речовин, яких раніше не
було в біосфері і до яких живі істоти не пристосовані. Радіоактивні відходи накопичуються,
їх кількість стрімко збільшується, створюючи загрозу життю на планеті.
3.6 Гідроелектростанції (ГЕС).
Гідроенергетика має дуже важливе значення для стабільного функціонування
українського енергетичного сектору – лише ГЕС та ГАЕС (гідроакумулювальні
електростанції) забезпечують покриття пікових навантажень і автоматичне
регулювання частоти та потужності в Об’єднаній енергетичній системі України.
Гідроенергетичні ресурси – це запаси потенціальної енергії річкових
потоків та водойм.
Рушійною силою в гідроелектростанції є потік річкової води, який приводить
в дію гідротурбіну поєднану з електрогенератором.
На деяких гідростанціях використовують метод наливного водосховища, або
гідроакумуляції. Протягом дня вода переходить із вищого рівня водойми на
нижчий, обертаючи при цьому гідротурбіни. Вночі, коли споживання енергії
незначне, насоси, на які подається надлишкова енергія з гідроелектростанції,
перекачують воду з нижчого рівня на вищий. Надлишок води спускають через
водозлив. Гідроакумулювальні електростанції (ГАЕС) включаються в регіональну
енергомережу з іншими електростанціями і виконують роль демпфера – самі
споживають електроенергію, коли вона є в надлишку, і повертають у мережу, коли
її недостатньо. Електричні машини гідроакумулювальних станцій можуть працювати
як насоси, коли качають воду у верхнє водоймище, і як гідротурбіни
електрогенератора — коли вода з верхнього водоймища перетікає в нижнє. Першу в
СРСР гідроакумулювальну електростанцію було споруджено у 1971 році на правому
березі Київського моря.
3.7 Вплив ГЕС на довкілля.
Використання ГЕС призводить не тільки до позитивних, але й до негативних
наслідків, які завдають шкоди водним екосистемам,порушують їх умови, погіршують
якість води, зменшують біопродуктивність. Наслідки гідротехнічного будівництва
на екосистеми водних об’єктів можна поділити на такі типи:
• морфометричні – зміна окреслення та довжини берегових
ліній,перерозподіл глибин, зміна площі водного дзеркала;
• гідрофізичні – збільшення та зменшення водності, перерозподіл водного
стоку у просторі та часі, зміна швидкості течії, зміна водообміну та
терморежиму;
• гідрохімічні – зміна загальної мінералізації та іонового вмісту,зміна
газового (кисневого) режиму, збільшення вмісту органічних та біологічних
речовин;
• токсикоекологічні та радіоекологічні параметри: збільшенн явмісту
важких металів, пестицидів, радіонуклідів, збільшення індексів біотестів;
• гідробіологічні та біопродуктивні параметри: зміна флори та фауни, в
тому числі зменшення рідкісних, цікавих та господарсько важливих видів,
розвиток шкідливих видів, поява цвітіння води,заростання та заболочення
водоймищ, погіршення умов самоочищення.
Утворення штучних водосховищ нерідко негативно впливало на географічні,
економічні і кліматичні характеристики біосфери. З затоплених водосховищами площ переселено
десятки мільйонів людей,переміщено промислові підприємства, дороги, лінії
електропередач,трубопроводів тощо. Передусім, це стосується створення
водосховищ, які затоплюють великі площі сільськогосподарських угідь і лісів. На
кожний кіловат потужності гідроелектростанції затоплюється майже 300 м2 землі.
Для спорудження ГЕС затоплюють найцінніші
сільськогосподарські угіддя.
Крім того, утворення великих водоймищ змінює мікроклімат регіону.
3.8 Альтернативні джерела енергії.
До альтернативних джерел енергії відносять енергію вітру,
сонця,геотермальну, припливну та відливну та ін. Однак під час побудови схем енергопостачання
слід брати до уваги, що енергія цих джерел змінна в часі та просторі, тобто не
є стабільною, але самовідновною.
Самовідновні джерела мають меншу концентрацію енергії. Вона не сконцентрована
в якихось місцях, а розсіяна на великому просторі. Ці джерела раціонально
можуть бути використані лише в безпосередній близькості від споживача без
передання енергії на значну відстань.
Енергія вітру.
За висновками вчених загальний річний вітроенергетичний
потенціал Землі в 30 разів перевищує річне споживання енергії людством усієї
земної кулі. Енергія, що надходить відвітрових електростанцій (ВЕС), на
сьогодні покриває зовсім малий відсоток світових потреб, їх внесок у
забезпечення теплом і світлом зростатиме в міру виснаження запасів викопного
палива.
Для нормальної роботи вітроенергетичних двигунів середньорічна швидкість
вітру повинна бути не меншою за 4-5м/сек. В Україні до таких місць належать
узбережжя Чорного моря, особливо Крим, Карпати та південні степові райони.
Ефективнішим використання енергії вітру буде,якщо ВЕС встановити на платформі у
морі, вітри там більш постійні, ніжна суші.
У 2003 році в Україні з'явилися перші 600-кіловатні вітроагрегати бельгійської
фірми “Турбовіндс”, їх тепер виробляють на вітчизняних підприємствах. Зараз ми
маємо понад 75 МВт загальної потужності вітроенергетики, що відповідає
забезпеченню електроенергією 30 тис. квартир. Але це дуже мало і поки що не
робить вітроенергетику передовим сектором енергетики. Вітроенергетика потребує
набагато більших потужностей і серйознішого фінансування. За даними агентства з
відновлюваної енергетики загальна потужність перспективних вітроелектростанцій
в Україні оцінюється в16000 МВт з можливим річним виробленням електроенергії
майже30млрд кВт/год.
Енергія Сонця. Сонце являє собою віддалений від Земліт ермоядерний
реактор, в якому відбувається поєднання двох ядер водню в ядро гелію. Енергія на
Землю потрапляє головним чином за рахунок електромагнітного випромінювання. Сонце
– це невичерпне джерело екологічно чистої енергії, але воно не може
використовуватися рівномірно. Кількість сонячної енергії, яка за рік надходить
на 1м2 Землі змінюється від 3000 Мдж/м2 в пустелях, до 8
Мдж/м2 на півночі. До того ж тривалість сонячного опромінювання
поверхні землі змінюється залежно від хмарності.
Енергію сонця можна перетворити в електроенергію за допомогою геліоенергетичних
установок. В експериментальних системах величезна кількість керованих
комп’ютером дзеркал спостерігають Сонце і фокусують сонячне світло на центральному
пункті збору сонячної енергії,що зазвичай розташований на горі, або високій
вежі. Це висококонцентроване сонячне світло забезпечує розігрів теплоносія,
який під високим тиском подається на лопаті турбіни, що виробляє електричний струм.
Найбільша в світі сонячна станція функціонує в Піренейських горах на
півдні Франції з 1970 р. У ній досягається температура до 2000оС. Ця
енергія використовується для виробництва чистих металів, а надмірне тепло для
виробництва електричного струму. Існують експериментальні геліоенергетичні
установки в Італії, Японії, США.
Електроенергію виробляють також за допомогою батарей фотогальванічних
елементів. Фотогальванічний елемент − це прямий перетворювач світлової
енергії в електричну.
Енергія припливів і коливань хвиль.
Установка, що використовує енергію коливань хвиль,
була введена в експлуатацію на північному заході Шотландії в 1995 р. Вона має
масу 8000 т, висоту 20 м і розташована за 100 м від берега на глибині 15 м. Це
перша промислова станція, що працює на енергії морських хвиль і дає енергію
потужністю2 МВт, достатню для забезпечення електрикою 400 будинків.
У більшості сучасних перетворювачів енергії використовуються водно-повітряні
колони. У широкій вертикальній трубі під час проходження хвилі рівень води
піднімається та опускається, наче поршень у циліндрі. Під час піднімання води
повітря у верхній частині колони стискається і спрямовується до лопатив
турбіни, пов’язаної з електрогенератором, якій виробляє електричну енергію.
Геотермальні ресурси −
це частина теплової енергії твердої, рідкої та газоподібної фаз земної кори, яку можна
ефективно видобувати із надр і використовувати для
теплопостачання споживачів або
на виробництво електроенергії. Їх
поділяють на гідротермальні ресурси –
теплота пари і термальних вод, та
петрогеотермальні ресурси – теплота гірських порід.
Гідротермальні джерела, у
свою чергу, поділяють
на водяні, пароводяні та парові.
Водяні геотермальні джерела залягають на різній глибині. Одна із основних умов їх існування −
наявність непроникного для води шару води гірських порід, який передає
тепло від мантії до формацій, що містять у великих кількостях
воду. Перебуваючи під
тиском, вищим від атмосферного, вода тут може нагріватися
до температури, що перевищує 100°С, і виходити на поверхню, як правило, у
вигляді пароводяної суміші.
Температура води або
пари у всіх
геотермальних джерелах залежить
від їх відстані до мантії землі. Термальні води, котрі підігріті до
температур, необхідних для
енергетичного використання, часто зустрічаються на глибинах від двох до
шести кілометрів. Велика частина термальних
вод – це жорсткі та високомінералізовані води (із
вмістом солей від 1 до 35 г/л і вище та температурою води від 30 до 90°С), які
не відповідають вимогам, що ставлять до теплофікаційних вод. Безпосереднє
використання термальних вод у
традиційних системах теплопостачання здебільшого неможливе. Існує
також проблема скидання
використаної води, оскільки, по-перше, її
температура відносно висока (може
досягати 60-70°С) і, по друге, у ній можуть міститися шкідливі
речовини (феноли тощо).
Петротермальні родовища розміщені
у районах земної
кори, де немає води. За
температурного градієнта 20-40°С на 1 км у товщі землі на глибинах понад 3
км досягають температури,
достатньої для підігріву води або одержання пари.
Термальну воду використовують для
опалення за однією
із таких принципових схем:
• воду із
свердловин подають безпосередньо
в опалювальні прилади;
• здійснюють попереднє оброблення
води;
• застосовують двоконтурну
систему, за якої вода, котра циркулює у
системі опалення або
гарячого водопостачання, нагрівається водою у проміжному
теплообміннику.
Одноконтурна система може
бути застосована лише
для слабо-мінералізованих вод.
За другою схемою
здійснюють хімічну підготовку води з
тим, щоб термальна
вода відповідала властивостям теплофікаційної води.
Воднева енергетика. До надзвичайно перспективних і
екологічно привабливих джерел добування теплової та електричної енергії
належить водень, який має
високу теплотворну здатність
і є екологічно
чистим паливом, оскільки в
результаті його згоряння
утворюється лише водяна пара.
Головними перевагами водню разом
з екологічністю є
практично невичерпна
ресурсна база для
його одержання та
можливість універсального
використання (в енергетиці, на
транспорті, в елементах живлення різних електронних
пристроїв тощо).
Широке використання водню
як джерела енергії
стримується відсутністю
ефективних водневих технологій,
здатних замінити традиційну
енергетику та існуючі традиційні види
палива і технології на транспорті.
Біоенергетичні технології. Життя та
діяльність людей супроводжуються утворенням
великої кількості органічних
відходів – побутове сміття, каналізаційні
стоки, відходи виробництва
сільськогосподарської продукції
(солома, лушпиння тощо),
деревообробки (тирса, обрізки,
гілки, хвоя тощо).
Звалища навколо великих
міст забирають величезні площі,
забруднюють повітря, ґрунт
і воду. А
тим часом розроблено технології, що дають
змогу добувати з цих
відходів енергію. Досить перспективна
технологія переробки відходів —
за допомогою метанобактерій. Ці мікроорганізми активно розмножуються в
будь-яких органічних рештках,
продукуючи в результаті
своєї життєдіяльності цінну енергетичну
сировину — біогаз (суміш метану
й чадного газу). Технологія
добування біогазу дуже
проста. Бетонні місткості або
колодязі будь-якого об'єму
заповнюють органічними відходами,
сміттям, листям, тирсою й т. п. Місткість має бути щільно закритою, щоб
не було доступу кисню. Газ, який утворюється в результаті бродіння, відводиться
до приймального пристрою
або безпосередньо в
газову трубу. Після процесу
бродіння залишається добриво
− знезаражене, без
запаху, не менш цінне
за гній. Сьогодні
таку технологію широко
застосовують в Китаї та Індії, де
функціонують мільйони подібних установок.
Останнім часом дедалі
ширше використовують технології добування палива з органічних речовин, що продукуються
рослинами. У Бразилії з відходів
виробництва цукру з цукрової тростини
добувають технічний спирт, що
використовується як паливо
для автомобілів (причому вартість
цього палива нижча,
ніж бензину, а
забруднення повітря, в результаті
його згоряння, менше).
В Австралії успішно виготовляють так звану “зелену нафту”
− продукт переробки спеціальних мікроскопічних водоростей, які вирощують
у штучних басейнах.
Для України особливого
значення набуває технологія
добування палива з ріпакової
олії. Ріпак, невибаглива
рослина, дає до 1
т олії з гектара, до того ж його можна вирощувати на
землях, непридатних ні для чого іншого, наприклад
на полях зрошення,
де нейтралізуються каналізаційні
стоки, й навіть на землях
30-кілометрової зони відчуження
навколо Чорнобильської АЕС,
бо, як з'ясувалось,
радіонукліди не нагромаджуються в
ріпаковій олії. Її можна або безпосередньо заливати в баки дизелів (які,
щоправда, треба модернізувати), або
ж із неї
можна виготовляти спеціальне дизельне
паливо − “біодизель”, котре
за всіма характеристиками подібне
до дизельного палива,
але при цьому екологічно чистіше
й дешевше; нарешті,
цю олію можна
додавати до дизельного палива (до 20%), що не змінює
енергетичних показників двигунів.