Класифікація основних напрямків екологічних досліджень

Три насоси було потрібно з наступного розрахунку: один - для подачі теплою види з океану, другий - для підкачки холодної води з глибини близько 700м, третій - для перекачування вторинної робочої рідини усередині самої системи, тобто з конденсатора у випарник. Як вторинна робочий рідини застосовується аміак. Вперше в історії техніки установка міні-ОТЕС змогла віддати в зовнішнє навантаження корисну потужність, одночасно покривши і власні потреби. Досвід, отриманий при експлуатації міні-ОТЕС, дозволив швидко приступити до проектування ще могутніших систем подібного типу.

2.2 Енергія вітру

У пошуках альтернативних джерел енергії в багатьох країнах чимало уваги приділяють вітроенергетиці. Уже сьогодні в Данії вітроенергетика покриває близько 2% потреб країни в електроенергії. У США на декількох станціях працює близько 17 тисяч вітроагрегатів загальною потужністю до 1500 Мвт. Вітроенергетичні пристрої випускаються не тільки в США і Данії, але і Великій Британії, Канаді, Японії і деяких інших країнах.

Величезна енергія рухомих повітряних мас. Запаси енергії вітру більш ніж в сто разів перевищують запаси гідроенергії всіх річок планети. Постійно і всюди на землі дмуть вітри - від легкого вітерцю, що несе бажану прохолоду в літню спеку, до могутніх ураганів, що приносять незліченну утрату і руйнування. Завжди неспокійний повітряний океан, на дні якого ми живемо. Вітри, що дмуть на просторах наший країни, могли б легко задовольнити всі її потреби в електроенергії! Чому ж такий рясний, доступний та і екологічно чисте джерело енергії так слабо використовується? В наші дні двигуни, що використовують вітер, покривають всього одну тисячну світових потреб в енергії.

Середньорічна швидкість вітру на висоті 20-30 м над поверхнею Землі повинна бути чималою, щоб потужність повітряного потоку, що проходить через належним чином орієнтований вертикальний перетин, досягала значення, прийнятного для перетворення. Вітроенергетична установка, розташована на майданчику, де середньорічна питома потужність повітряного потоку складає близько 500 Вт/м2 (швидкість повітряного потоку при цьому рівна 7 м/с), може перетворити в електроенергію близько 175 з цих 500 Вт/м2.

Енергія, що міститься в потоці рухомого повітря, пропорційна кубу швидкості вітру. Проте не вся енергія повітряного потоку може бути використана навіть за допомогою ідеального пристрою. Теоретично коефіцієнт корисного використання енергії повітряного потоку може бути рівний 59,3 %. На практиці, згідно з опублікованими даними, максимальний коефіцієнт корисного використання енергії вітру рівний приблизно 50 %, проте і цей показник досягається не при всіх швидкостях, а тільки при оптимальній швидкості, передбаченій проектом. Крім того, частина енергії повітряного потоку втрачається при перетворенні механічної енергії в електричну, яке здійснюється з ККД зазвичай 75-95 %. Враховуючи всі ці чинники, питома електрична потужність складає 30-40 % потужності повітряного потоку. Проте іноді вітер має швидкість, що виходить за межі розрахункових швидкостей.

Новітні дослідження направлені переважно на отримання електричної енергії з енергії вітру. Прагнення використання вітру як енергії привело до появи на світло безлічі агрегатів. Деякі з них досягають десятків метрів у висоту, і, як вважають, з часом вони могли б утворити справжню електричну мережу.

Споруджуються спеціальні станції переважно постійного струму. Вітряне колесо приводить в рух динамо-машину - генератор електричного струму, який одночасно заряджає паралельно сполучені акумулятори. Акумуляторна батарея автоматично підключається до генератора в той момент, коли напруга на його вихідних клемах стає більше, ніж на клемах батареї, і також автоматично відключається при протилежному співвідношенні.

Широкому застосуванню агрегатів для перетворення вітру в енергію в звичайних умовах поки перешкоджає їх висока собівартість. Навряд чи потрібно говорити, що за вітер платити не потрібно, проте машини, потрібні для того, щоб запрягти його в роботу, обходяться дуже дорого.

2.3 Сонячна енергія

Сонячна енергія - це кінетична енергія випромінювання (в основному світла), що утворюється в результаті реакцій у надрах Сонця. Оскільки її запаси практично невичерпні (астрономи підрахували, що Сонце буде «горіти» ще кілька мільйонів років), її відносять до поновлюваних енергоресурсів. У природних екосистемах лише невелика частина сонячної енергії поглинається хлорофілом, що міститься в листах рослин, і використовується для фотосинтезу, тобто утворення органічної речовини з вуглекислого газу і води. Таким чином, вона вловлюється і запасається у вигляді потенційної енергії органічних речовин. За рахунок їхнього розкладання задовольняються енергетичні потреби всіх інших компонентів екосистем.

Підраховано, що приблизно такого ж відсотка сонячної енергії цілком достатньо для забезпечення потреб транспорту, промисловості і нашого побуту. Однак сонячна енергія падає на всю поверхню Землі, ніде не досягаючи особливої інтенсивності. Тому її потрібно вловити на порівняно великій площі, сконцентрувати і перетворити в таку форму, яку можна використовувати для промислових, побутових і транспортних потреб.

Оскільки енергія сонячного випромінювання розподілена за великою площею (іншими словами, має низьку щільність), будь-яка установка для прямого використання сонячної енергії повинна мати збираючий пристрій (колектор) з достатньою поверхнею.

Простий пристрій такого роду - це колектор, чорна плита, добре ізольована знизу. Вона прикрита склом або пластмасою, яка пропускає світло, але не пропускає інфрачервоне теплове випромінювання. У просторі між плитою і склом найчастіше розміщують чорні трубки, через які течуть вода, масло, ртуть, повітря, сірчистий ангідрид і т.п. Сонячне випромінювання, проникаючи через скло або пластмасу в колектор, поглинається чорними трубками і плитою і нагріває робочу речовину в трубках. Теплове випромінювання не може вийти з колектора, тому температура в нім значно вища (па 200-500°С), ніж температура навколишнього повітря. У цьому виявляється так званий парниковий ефект. Звичайні садові парники, по суті справи, є простими колекторами сонячного випромінювання. Але чим далі від тропіків, тим менш ефективний горизонтальний колектор, а повертати його услід за Сонцем дуже важко і дорого. Тому такі колектори, як правило, встановлюють під певним оптимальним кутом на південь.

Складнішим і дорожчим колектором є увігнуте дзеркало, яке зосереджує падаюче випромінювання в малому об'ємі біля певної геометричної крапки - фокусу. Відзеркалювальна поверхня дзеркала виконана з металізованої пластмаси або складена з багатьох малих плоских дзеркал, прикріплених до великої параболічної підстави. Завдяки спеціальним механізмам колектори такого типу постійно повернені до Сонця, це дозволяє збирати можливо більшу кількість сонячного випромінювання. Температура в робочому просторі дзеркальних колекторів досягає 3000°С і вище.

Сонячна енергетика відноситься до найбільш матеріаломістких видів виробництва енергії. На думку фахівців, найпривабливішою ідеєю щодо перетворення сонячної енергії є використання фотоелектричного ефекту в напівпровідниках.

Але, для прикладу, електростанція на сонячних батареях поблизу екватора з добовим виробленням 500 МВт·ч (приблизно стільки енергії виробляє досить велика ГЕС). Ясно, що таке величезна кількість сонячних напівпровідникових елементів може. окупитися тільки тоді, коли їх виробництво буде дійсне дешево. Ефективність сонячних електростанцій в інших зонах Землі була б мала із-за нестійких атмосферних умов, щодо слабкої інтенсивності сонячної радіації, яку тут навіть в сонячні дні сильніше поглинає атмосфера, а також коливань, обумовлених чергуванням дня і ночі.

Проте сонячні фотоелементи вже сьогодні знаходять своє специфічне застосування. Вони виявилися практично незамінними джерелами електричного струму в ракетах, супутниках і автоматичних міжпланетних станціях, а на Землі - в першу чергу для живлення телефонних мереж в не електрифікованих районах або ж для малих споживачів струму (радіоапаратура, електричні бритви і запальнички і т.п.).

2.4 Біопаливо

Передбачається, що органічні палива залишаться головним джерелом енергії протягом наступних десятиріч, але, крім цього, знадобляться також сталі, чисті та зручні джерела енергії.

Біопалива виробляються з біомаси (як правило - рослин), а рідкі біопалива можуть використовуватися у транспортних засобах. Ми є одним з найбільших світових дистриб'юторів біопалив і розробляємо кращі біопалива, що здатні забезпечити зменшення викидів СО2 та сталу альтернативу паливним джерелам.

На сьогоднішній день двома основними формами біопалива є етанол та FAME (складні метилові ефіри жирної кислоти), джерелами виробництва яких переважно є продовольчі сільськогосподарські культури, такі як пшениця або цукровий очерет. Ми працюємо над пошуком джерел, що не являють собою конкуренцію продовольчим культурам, над розробкою процесів перетворення, що забезпечують низький рівень СО2, а також над виробництвом ефективних палив.

Наші дослідження в галузі біопалив включають пошук альтернативних сировинних матеріалів. Ми намагаємося знайти нові ензими для розщеплення целюлози в рослинах, таких як солома. Із джерел, таких як деревна стружка або паперові відходи, в процесі газифікації, тобто їх нагрівання до низької температури для створення речовини, подібної до деревного вугілля, виробляється синтетичний газ, що може бути перетворений на без сірчане рідке паливо.

Водень

Багато людей розглядають водень як «паливо майбутнього», але йому ще доведеться пройти довгий шлях, перш ніж він стане таким. Це переносник енергії, подібно до електроенергії, і, таким чином, має вироблятися з іншої речовини. Частіше за все, водень виробляється з використанням пари, що реагує з метаном і перетворюється на водень або вуглець. Він також може бути вироблений з води шляхом електролізу.

Потім водень може зберігатися та перетворюватися в енергію через водневі паливні елементи, що зараз використовуються для автомобілів. У транспортних засобах з водневими паливними елементами хімічна реакція, що відбувається всередині паливного елемента - звичайно між воднем та киснем - створює електроенергію для електродвигуна, і єдиним вихлопом, що утворюється в результаті цього процесу, є водяна пара.

Ми вивчаємо все можливе про використання водню для заправки автомобілів і думаємо над тим, яким чином задовольнити майбутній попит споживачів. Ми беремо участь у дослідницьких та демонстраційних проектах, а також вже відкрили групу комерційних водневих заправних станцій.

3. Інноваційний розвиток альтернативних джерел енергії в Україні

В умовах досить складної ситуації з енергетичними ресурсами у світі зростає роль енергетичних джерел енергії. Такими джерелами відповідно закону України « Про альтернативні джерела енергії» ( №555-IV, від 20.02.2003р.) є енергія сонячного випромінювання, вітру, морів, річок, біомаси, теплоти Землі та вторинні енергетичні ресурси, які існують постійно або виникають періодично у довкіллі і їх енергія може бути перетворена в корисну роботу.

Останніми роками в Україні розроблено й прийнято кілька прогресивних законів,що стосуються розвитку в сфері використання альтернативних джерел енергії (АДЕ) і когенерації. Так у 2000р.було прийнято Закон « Про альтернативні види рідкого і газового палива» (№ 1391-XIV від 14.01.2000р.), в якому визначені основні принципи державної політики у сфері альтернативних видів палива. Однак конкретні фінансові механізми для цього не розглянуто,лише зазначено,що фінансування таких заходів « здійснюється за рахунок коштів підприємств,установ,організацій незалежно від форм власності, коштів державного та місцевого бюджету, інших незаборонених законом джерел.»

У лютому 2003р. Верховна Рада України прийняла Закон « Про альтернативні джерела енергії» ( №555-IV, від 20.02.2003р.), який визначає правові, економічні, екологічні і організаційні основи використання відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) в Україні, що має сприяти розширенню сфер їх застосування у паливно-енергетичному комплексі. Згідно з положенням Закону, поняття « альтернативні джерела енергії», включає в себе ВДЕ і вторинні енергетичні ресурси. Державне регулювання АДЕ здійснює Кабінет Міністрів України і спеціальний уповноважений центральний орган виконавчої влади. Фінансування заходів у галузі ВДЕ передбачається за рахунок коштів,закладених в оптових тарифах на електричну і теплову енергію,державного і місцевого бюджетів, добровільних внесків та інших коштів,не заборонених законодавством України. Однак Закон не передбачає жодних фінансових стимулів і механізмів підтримки для виробників і споживачів відновлюваної енергії.

У 2003р. група українських експертів у галузі альтернативної енергетики розробила стратегію розвитку нетрадиційних, відновлюваних і позабалансових джерел енергії, як складову частину проекту Енергетичної стратегії України до2030р. Відповідно до проекту, частка ВДЕ в загальному споживанні первинних енергоносіїв має скласти 4,7% у 2010р, що еквівалентно 9,3 млн. тонн у.п.,та 35 млн. тонн у.п.- 17,5% у 2030р.

За висновками європейських експертів,альтернативні джерела енергії зможуть забезпечити 50% світового споживання первинної енергії до2040р. На відміну від інших джерел енергії, біомаса являє собою універсальне джерело, яке можна використовувати для виробництва електроенергії и тепла, а також отримання біопалива для транспортних потреб. За оцінками провідних фахівців, протягом найближчих 50-ти років біомаса може забезпечувати 35-40% світового енергоспоживання.

В Україні наявні різноманітні джерела біомаси, енергетичний потенціал якої, за даними Третьої Міжнародної конференції «Енергія з біомаси» організованої Інститутом технічної теплофізики НАН України і Науково технічним центром «Біомаса»( вересень,2006р., м. Київ) становить 24,2 млн. тонн у.п.Біомасу в енергетичних цілях можна використовувати в процесі без перервного спалювання деревини, соломи, а також у переробному вигляді, як рідкі або газоподібні палива.

Найперспективнішим для використання в Україні у найближчому майбутньому вважаються такі технології: дерево спалюванні станції централізованого тепло постачання і промислові деревоспалювальні котли для встановлення у держсільгоспах і деревообробних комбінатах; соломоспалювальні фермерські котли та котли для малих тепломереж; біогазові установки для великих тваринницьких ферм і підприємств харчової промисловості; технології спільного спалювання біомаси з вугіллям на вугільних електростанціях; виробництво моторного пального з біомаси.