Зміст (стр. 2 )

1.1  Класифікація відновлювальних джерел енергії

Важливою характеристикою енергоресурсів є якість джерела енергії. Зазвичай під якістю джерел енергії, як відновлювальних, так і невідновлювальних, мають на увазі частку енергії, яка може бути перетворена на механічну роботу. Наприклад, електрична енергія має високу якість, оскільки за допомогою електродвигуна більше 95% її можна перетворити на механічну роботу. Якість теплової енергії, що виділяється при спалювання палива на традиційних ТЕС, або видобутої з гарячих надр Землі, досить низька, оскільки тільки близько 30% теплоти згоряння палива або ентальпії гарячої води і пари з надр Землі перетворюється в кінцевому результаті на механічну роботу. За цією ознакою відновлювальні джерела енергії можна розділити на три групи:

– відновлювальні джерела механічної енергії, основними з яких є гідроенергія, вітрова анергія, енергія хвиль та припливів. В цілому якість цих джерел висока і зазвичай їх використовують для виробництва електроенергії. Коефіцієнт використання вітрової енергії складає до 30%, гідроенергії – 60%, хвильової і припливної енергії – 75%.

– теплові відновлювальні джерела енергії, основними з яких є пряма енергія Сонця, енергія біопалива. Максимальна частка теплоти таких джерел, яка може бути перетворена на механічну роботу, визначається другим законом термодинаміки. На практиці перетворити на роботу вдається приблизно половину теплоти, що допускається другим законом термодинаміки. Для сучасних парових турбін, наприклад, ця величина не перевищує 35%.

– відновлювальні джерела енергії на основі фотонних процесів, до яких належать джерела, що використовують фотосинтез і фотоелектричні явища. Добитися високої ефективності перетворення енергії у всьому спектрі сонячного випромінювання дуже важно, і на практиці ККД фотоприймачів поки не перевищує 25%.

Зокрема для виробництва електроенергії можна виділити наступні види нетрадиційних відновлювальних джерел [1]:

– біомаса (більш точно, тверде паливо з біомаси);

– геотермальна енергія;

– тверді горючі відходи міст та ВЕР промисловості й сільського господарства;

– енергія припливу та хвиль океану;

– вітрова енергія;

– біогаз (газ, який отримується в результаті анаеробної діяльності бактерій з використанням різної сировини та відходів життєдіяльності тварин та людей);

– сонячна енергія на основі різних технологій: фотоелектричні перетворювачі; СЕС (теплові);

– інші вторинні горючі відходи (муніципальні та промислові) як непоновлювальні ресурси.

Як видно з цього переліку, не всі складові, що входять в нього, можна кваліфікувати як нетрадиційні відновлювальні. Зокрема, що стосується ВЕР промисловості та сільського господарства, то це, як правило, відходи виробництв у вигляді викидів горючих речовин чи низькотемпературної теплоти, які утворюються як результат недовикористання спаленого органічного палива. Таким чином, їх застосування – це лише раціональніші шляхи використання органічного палива, що є прямим енергозбереженням. Це ж можна стверджувати і для останнього з пунктів наведеного переліку. Таким чином, до НВДЕ нині необхідно відносити тільки джерела, які мають виключно безпосереднє походження від Сонця та Землі. Такими джерелами вважаються: енергія сонячного електромагнітного випромінювання, енергія вітру, геотермальна енергія, енергія біомаси, енергія морських хвиль, гідроенергія, вилучення теплоти з навколишнього середовища та деякі інші.

1.2  Енергетичний потенціал відновлювальних джерел енергії

Однією з найважливіших характеристик відновлювальних джерел енергії є їх енергетичний потенціал – показник, який визначає кількість енергії, властиву відповідному виду ВДЕ. Для оцінки енергетичних ресурсів відновлювальних джерел енергії, можливих для використання, розрізняють наступні види енергетичного потенціалу ВДЕ [2]:

–  теоретичний, що характеризує загальну кількість енергії;

– технічний – частина теоретичного потенціалу, яку принципово можливо використати за допомогою сучасних пристроїв;

– економічно-ефективний – частина технічного потенціалу, яку в теперішній час доцільно використовувати, виходячи з економічних, соціальних, екологічних та інших факторів.

Кількісні показники енергетичних ресурсів відновлювальних джерел планети показані в таблиці 1.1 [1,3].

Таблиця 1.1 – Енергетичний потенціал відновлювальних енергоресурсів планети

Відновлювальні енергоресурси	Енергетичний потенціал відновлювальних енергоресурсів, млрд т у. п./рік
Теоретичний	Технічний	Економічно-ефективний
Променева енергія Сонця	86000	5	1
Теплова енергія морів і океанів	7500	1	0,1
Енергія вітру	860	5	1
Гідроенергія, зокрема:	6,065	3	1,52
Енергія водотоків	3	2,91	1,5
Енергія хвиль	3	0,05	0,01
Енергія припливів	0,065	0,04	0,01
Енергія біомаси, зокрема:	40	2,55	2,0
Лісів	15	1,5	1,5
Рослин	10	1,0	0,5
Водоростей	15	0,05	0
Геотермальна енергія	16	0,4	1,2
Всього	94422,065	16,95	5,2

Першочерговим завданням для успішної реалізації завдань України щодо широкомасштабного використання енергії відновлювальних джерел є встановлення енергетичного потенціалу кожного з видів ВДЕ на всій території України, для чого створюється єдина інформаційно-аналітична система з розширеними функціями, що дозволяє оперативно вирішувати питання ефективності впровадження енергетичного обладнання в конкретній місцевості.

Енергоресурси відновлювальних джерел енергії є практично на всій території України. До основних складових відновлюваної енергетики України відносяться вітроенергетика, сонячна енергетика, мала гідроенергетика, біоенергетика, геотермальна енергетика і енергетика довкілля. Загальний річний технічний енергетичний потенціал відновлювальних джерел енергій України в перерахунку на умовне паливо становить біля 98 млн т у. п. (табл. 1.2), що становить більше 50% загального енергоспоживання в Україні на даний час і 30% енергоспоживання у 2030 році.

Річні показники технічного енергетичного потенціалу основних напрямів освоєння енергії відновлювальних джерел в Україні наведені у таблиці 1.2 [4].

Таблиця 1.2 – Потенціал енергії відновлювальних джерел в Україні

№ з/п	Напрями освоєння ВДЕ	Річний технічний енергетичний потенціал
млрд кВт∙год/рік	млн т у. п./рік
1	Вітроенергетика	79,8	28,0
2	Сонячна енергетика	38,2	6,0
3	Мала гідроенергетика	8,6	3,0
4	Біоенергетика	178	31,0
5	Геотермальна теплова енергетика	97,6	12,0
6	Енергетика довкілля	146,3	18,0
Загальні обсяги заміщення традиційних ПЕР за рахунок ВДЕ	548,5	98,0

1.3  Сучасний стан і перспективи розвитку відновлювальної енергетики

ВДЕ використовуються як у розвинених, так і в країнах, що розвиваються. Великих успіхів в освоєнні ВДЕ досягли країни, де відновлювальна енергетика дістала всебічну державну економічну й законодавчу підтримку, а у розвиток ВДЕ вкладаються значні кошти, в тому числі у розвиток нових технологій. На початку ХХІ ст. частка всіх відновлювальних джерел енергії (включаючи традиційну гідроенергетику, дрова) у світовому енергоспоживанні склала біля 14%, а у електроспоживанні – 19%. Інтенсивне зростання використання енергії нетрадиційних ВДЕ, особливо на початку ХХІ ст., характерне для більшості розвинених й багатьох країн, що розвиваються. Так, частка електроенергії, виробленої за рахунок нетрадиційних ВДЕ, у 2006 році у країнах ЄС (у загальному виробництві): у Данії – 12,1%, Фінляндії – 13,1%, Угорщині – 4%, Греції – 2,8%, Італії – 2,8%, Іспанії – 2,8%, Німеччині (у 2007 р.) – 14,2%, що склало 87,6 млрд. кВт·год, у тому числі: малі ГЕС – 20,7 млрд. кВт·год, ВЕС – 39,5, ТЕС на біомасі і біогазі – 23,8, сонячні батареї – 3,5, геотермальні – 0,1. В Японії загальний внесок у виробництво електроенергії нетрадиційних ВДЕ, що складав у 2000 р. 1,2%, планується збільшити до 2010 р. до 3%, а до 2030 р. – до 10%. До 2020 р. Росія планує збільшити частку нетрадиційних джерел енергії у паливноенергетичному балансі країни до 4,5%, а Китай – до 16%. Практично всі розвинені країни і багато які країни, що розвиваються, мають національні програми, направлені на стимулювання прискореного освоєння ВДЕ. Серйозною мотивацією розвитку ВДЕ для багатьох країн, особливо тих, які залежать від імпорту традиційних енергоресурсів, виявляється забезпечення енергетичної безпеки. Вартість багатьох технологій використання ВДЕ і одержуваної енергії неухильно знижується завдяки їх вдосконаленню й зростанню масштабів виробництва. Нетрадиційні ВДЕ стають все більш конкурентоздатними у наступних секторах енергетики: виробництво електроенергії; теплопостачання; комплексне енергопостачання автономних споживачів. До середини ХХІ ст. нетрадиційні ВДЕ можуть стати одним із найважливіших енергетичних ресурсів. Їх внесок в енергобаланс багатьох країн може досягти 40–50%. Враховуючи, що багато які нетрадиційні ВДЕ характеризуються нестабільністю енергетичного потенціалу (мінливістю швидкості вітру, інтенсивності сонячного випромінювання, витрат річок та ін.), вони використовуються у комбінованих енергосистемах у поєднанні один з одним і з традиційними джерелами енергії. Крім того, ВДЕ у локальних системах тепло електропостачання застосовуються спільно з різними типами акумуляторів теплової й електричної енергії, а також із системами акумулювання на основі водню, що підвищує ефективність ВДЕ й забезпечує безперебійне енергопостачання споживачів. При цьому у майбутньому ВДЕ можуть стати одним із основних джерел виробництва водню із води.